Pornirea motoarelor asincrone

Pornirea motoarelor asincrone

    Alegerea procedeelor de pornire a motoarelor  asincrone trebuie sa se faca lundu-se in consideratie atat cerintele sistemului de actionare electric cat si pe cele ale retelelor  de distributie a energiei electrice. Astfel, cuplul de pornire al motorului trebuie sa fie mai mare decat cuplul static al mecanismului de antrenat, iar in timpul pornirii sa se asigure accelerarea rapida a mecanismului de antrenat, fara socuri dinamice periculoase , mai ales, elementelor transmisiei. Curentul de pornire sa nu conduca la caderi de tensiune, care sa duca la perturbari in functionarea celorlalte receptoare cuplate la aceeasi retea si totodata curentii de pornire san u conduca la solicitari termice daunatoare, mai ales izolatiei infasurarilor.

    Alegerea tipului de motor facandu-se in functie de cerintele schemei de actionare in care intra motorul ca element , metodele de pornire ale motoarelor asincrone se aleg in functie de tipul constructive al rotorului si de parametrii retelei de alimentare.

3.1.Pornirea motoarelor asincrone cu rotorul in scurtcircuit            

 Pornirea motorului asincron si a oricarui motor, in este general, legata de valoarea 515w2215f cuplului de pornire si a socului de current la pornire. Pentru ca rotorul sa se poata accelera trebuie ca motorul sa dezvolte un cuplu mai mare decat cuplul rezistent  produs de masina de lucru actionata si de frecari. Diferenta dintre cuplul motorului si cupul rezistent in decursul procesului tranzitoriu de pornire,  determina si timpul total de pornire, care poate influenta sensibil productivitatea masinilor de lucru.

    Marimea curentului de pornire absorbit de la reteaua de alimentare este limitata de unele conditii impuse de insasi reteaua electrica sau de motor. Valoarea instantanee a curentului statoric poate atinge de 10.14 ori valoarea curentului nominal. Pe masura ce motorul accelereaza si slunecarea scade, scade si curentul absorbit de la retea pana la limitele impuse de cuplul rezistent stationar. In cazul unor motoare puternice si al unor retele slabe, se impune micsorarea curentului de pornire.

    Alegerea procedeului de pornire a motoarelor asincrone trebuie sa aiba loc cu respectarea anumitor factori, printer care, unii legati de cerintele sistemului de actionare electrica , iar altii de necesitatiile retelelor de distributie a energiei electrice. Se prefera o pornire lina, fara socuri dinamice periculoase , mai ales a elementelor transmisiei. Curentul de pornire nu trebuie sa conduca la suprasolicitari termice, daunatoare mai ales izolatiei infasurarilor . Cuplul electromagnetic al motorului este necesar sa asigure accelerarea rapida a sistemului de actionare.

   3.1.1.Pornirea motoarelor cu rotorul in colivie. Conectarea direct de la retea.

      Motoarele asincrone cu rotorul in colivie pot fi puse in functiune fara nici un dispozitiv special , prin simpla aplicae a tensiunii la infasurarea statorica..Curentul initial de pornire coincide cu curentul de scurtcircuit

                                             Ip =

curent a carui valoare este de patru pama la sapte ori curentul nominal. Zk  este impedanta de scurtcircuit ( s = 1 ).

    Curentul mare preluat de la retea , desi ni reprezinta un pericol direct pentru motor din cauza duratei de pornire relative scurte , produce importante caderi de tensiune in reteaua de alimentare , caderi care pot deranja alti consumatori si mai ales iluminatul electric din retelele mixte de conectare si masurare.

    Pornirea prin cuplarea directa la retea este rapida si cu socuri dinamice ridicate in elementele cinematice ale transmisiei. Din aceasta cauza , motoarele cu rotorul in colivie au limitate ca valoare atat cuplurile de pornira Mp , cat si cuplurile maxime.

    Efectele dezavantajelor aratate mai sus si care insotesc pornirea sunt limitate prin norme si standarde. Astfel STAS 1764-70 limiteaza pentru motoarele cu puteri de la 0,06 kW pana la 132 kW curentii de pornire la valoti Ip < (4-7,5) In, cuplurile de pornire Mp = (1,2-2,2) Mn si capacitatea de supraincarcare Km =(1,9 - 2,4). Aceste valori depend de puterea motorului cat si de turatia lui.

    Datorita cresterii puterii retelelor de alimentare , metoda cuplarii directe la retea a motorului asincron cu rotorul in colivie a luat o larga raspandire , atat in retelele de joasa , cat si in cele  cu tensiuni pana la 10 kv.

    Pentru a raspunde la intrebarea daca este posibila sau nu conectarea directa a unui motor , practica a aratat ca pentru o pornire normala trebuie indeplinita conditia

           <   +    .

    Pornirea prin reducerea tensiunii de alimentare are ca scop reducerea curentului de pornire . Dar trebuie avut in vedere ca prin reducerea tensiunii de alimentare se reduce si cuplul care este proportional cu patratul tensiunii aplicate. Reducerea tensiunii se poate face prin pornirea motoarelor in stea daca tensiunea nominala a retelei este pentru triunghi , prin introducerea in circuitul de alimentare autotransformator sau a unor impedante.

    Procedeele de pornire a motoarelor asincrone difera dupa tipul constructive al rotorului: in scurcircuit sau bobinat. In alegerea unuia sau alteia dintre metodele de pornire , vom avea in vedere si considerentele de ordin economic.

    Pornirea directa a motoarelor in scurtcircuit se  intalneste la actionarea unor masini unelte simple: ventilatoare, polizoare. Acest procedeu de pornire conduce la schemele cele mai simple si mai sigure in exploatare, ele constand in aplicarea simultana in stator a tensiunilor nominale de faza. Curentul de pornire  Ip coincide cu curentul de scurtcircuit la tensiunea nominala, fiind  relativ ridicat. La motoarele cu colivie simpla, de puteri nominale, pana la  100 W, curentului de pornire, la rotor blocat este de  (5÷8) In.

        3.1.1.1.  Pornirea directa a unui motor intr-un singur sens.

    In figura de mai jos este  redata  schema electrica de  principiu pentru  comanda automatizata a pornirii directe a unui motor asincron intr-un singur sens.                                                                                              fig.3.1.   Pornirea directa a unui motor intr-un singur sens

    Daca apasam pe butonul de pornire b1 , cu intreruptorul  a1 inchis, contactorul C actioneaza.; se conecteaza astfel la retea infasurarea statorica a motorului asincron cu rotorul in scurtcircuit. Prin inchiderea simultana a contactului  auxiliar normal deschis c se asigura alimentarea bobinei  contactorului C, precum si automentinerea contactorului C, dupa incetarea apasarii butonului b1 . Releele electromagnetice  e2 de current maximal protejeaza  motorul la supracurenti moderati, dar de durata . Motorul se opreste dupa dorinta prin actionarea butonului de oprire b2 , care intrerupe alimentarea bobinei contactorului C. 

        3.1.1.2.  Pornirea unui motor in ambele sensuri.  

   Pentru pornirea in ambele sensuri,   in comparatie cu schema de pornire intr-un singur sens, mai apare un contactor pentru celalalt sens de functionare si o interblocare a contactoarelor, pentru evitarea unor comenzi gresite care ar putea duce la inchiderea simultana contactelor principala de forta c1 si c2 , si deci  la scurtcircuitarea retelei de alimentare. Functionarea schemei este asemanatoare cu schema de pornire intr-un singur sens cu mentiunea ca prin apasarea  butonului b1 motorul va functiona intr-un sens, iar prin apasarea butonului b2  motorul va functiona in celalalt sens. Schimbarea functionarii dintr-un sens in altul se poate  face dupa ce in prealabil motorul a fost oprit prin apasarea butonului de oprire b3. Daca sunt necesare mai multe de comanda a pornirii si a opririi amplasate in diferite locuri, butoanele de oprire se conecteaza in serie,  iar butoanele de pornire in paralel.                                                                                                                                                                                                                                  fig. 3.2.  Pornirea unui motor in ambele sensuri

     3.1.1.3.     Comanda pornirii stea-triunghi.  

  Curentii de pornire se micsoreaza sensibil daca se utilizeaza pornirea stea-triunghi. Aceasta metoda de pornire indirecta consta in aplicarea tensiunilor nominale infasurarilor trifazate statorice, conectata initial in stea. La atingerea unei viteze de circa 95.90% , din cea de sincronism, infasurarea trifazata se comuta in  triunghi. Comutarea poate avea loc manual folosindu-se un comutator stea-triunghi sau  automat ca in figura demai jos.

    La apasarea butonului de pornire b2 sunt alimentate simultan contactorul C1 si releul de timp d1 .Contactele c1 se inchid conectand statorul motorului in stea. Contactul c1 permite alimentarea contactorului de linie C3 , care conecteaza statorul la retea. Dupa un timp tp , reglat anterior, releul de timp d1 isi inchide , astfel ca C1 isi pierde alimentarea si , inchizand contactul c1 alimenteaza contactorul C3. Acesta isi inchide contactele  principale care conecteaza infasurarile statorului in triunghi.  Releul de timp este reglat la timpul corespunzator atingerii a  95 % din viteza de regim stationar.

                                                                                             fig. 3.3.  Comanda pornirii stea-triunghi      

   Curentul si cuplul de pornire se micsoreaza de trei ori fata de cazul pornirii directe cu infasurarea statorica conectata in triunghi. Inconvenientul mentionat limiteaza  aplicarea pornirii stea-triunghi numai acolo unde pornirea se face in gol, excluzandu-se pornirile in plina sarcina cu acest porcedeu .

    La comutarea in triunghi au loc salturi de curenti si de curenti si de cuplu, motorul trecand pe caracteristica mecanica de functionare , corespunzatoare tensiunii  .

    Nerespectarea atingerii vitezei de rotatie de circa 90.95 % din viteza de sincronism,  la trecerea din stea in triunghi , face sa apara salturi de curent si de cuplu apropiate de cele realizate la pornirea directa in triunghi , ceea ce anuleaza avantajele specifice acestui procedeu de pornire.

    Daca dupa efectuarea pornirii stea-triunghi apar sarcini reduse in functionarea , mai mici de 1/3 din valoarea nominala , statorul poate fi comutat din nou in stea . In acest mod , scade curentul absorbit , factorul de putere si randamentul inbunatatindu-se; se realizeaza astfel reducerea pierderilor de energie .

    Pornirea stea-triunghi poate fi aplicata numai motoarelor asincrone, a caror infasurare statorica are accesibile toate cele sase borne, avand tensiunea statorica de faza egala cu tensiunea de linie a retelei de alimentare .

    In reteaua de distributie de joasa tensiune de 220/380 V de care dispunem , daca pe placuta indicatoare a motorului este scris 220/380 V , motorul nu poate fi pornit in stea-triunghi. Intradevar , tensiunea statorica nominala pe faza este de 220 V si nu de 380 V , cat ar fi tensiunea ce s-ar aplica pe faza la conexiunea in triunghi a infasurarii statorului.. Motorul s-ar arde foarte repede , datorita unei tensiuni mai mari cu 73 % fata de tensiunea nominal ape faza . Pe placuta indicatoare trebuie sa existe mentiunea 380/660 V , motorul comandandu-se ca atare.

   3.1.1.4.    Pornirea cu autotransformator. 

Schema de principiu a pornirii cu autotransformator este data in figura de mai  jos .

Pornirea se realizeaza prin inchiderea contactelor de contactor c1 , apoi c3 ; astfel , alimentarea masinii de actionare m2 se face prin autotransformatorul m1 , la tensiunea redusa. La terminarea procesului tranzitoriu de pornire , se inched contactele c2 si se deschid contactele c3 realizandu-se legarea directa a masinii m2 la retea.                                                                                                                                       fig. 3.4.  Pornirea unui motor cu autotransformator

 Se introduc urmatoarele notatii : curentul Ip , absorbit de m2 la pornirea prin autotransformatorul m1 cu tensiunea redusa Up ; curentul IpN , absorbit de m2 la pornirea directa cu tensiunea nominala UN; curentul Ip , luat din retea la pornirea  prin autotransformatorul m1.

    Scriind egalitatea puterilor absorbite de la retea de m1 cu cea absorbita prin m1 de m2, adica  UN * Ip=Up* Ip1 , rezulta  : ==a , unde a este raportul de reducere al tensiunii aplicate la m2.

    Aproximand ca curentul absorbit de m2 scade proportional cu tensiunea aplicata , se obtine: -  ==a

    Inmultind aceste relatii , rezulta raportul cautat :   =a².

    Prin reducerea tensiunii , scade insa si cuplul masinii de pornire ()²=a² , adica cuplul se micsoreaza in acelasi raport cu curentul.

    Pornirea cu autotransformator este avantajoasa energetic , insa fiind costisitoare , este justificata numai in cazul masinilor asincrone de putere mare.

        3.1.15.  Pornirea cu rezistente Rs. 

   Pornirea cu rezistente RS legate in serie in circuitul statoric al masinii asincrone se face cu schema de mai jos. La pornire se inched contactele c1 , iar contactele c2 raman deschise. Dupa terminarea pornirii se inched contactela c2.                                                                          fig. 3.5.   Pornirea unui motor cu rezistente

    Fata de metoda cu autotransformator , prin acest procedeu , la aceeasi reducere a cupului se obtine un current de pornire mai mare si apar pierderi in rezistenta Rs; in schimb schema este mai simpla . Procedeul se poate aplica la actionarile cu masini de putere mica , la pornire cu sarcina redusa.

    Pornirea cu bobina de reactanta sau rezistente introduce in circuitul de alimentare se utilizeaza in cazuri rare din cauza rezistentelor si reactantelor care sunt , in unele cazuri greu de suportat.

    Totodata , la acelasi current initial de pornire , cuplul de pornire este mai mare in cazul utilizarii autotransformatoarelor decat a bobinelor de reactanta. Schema de principiu pt acest caz  este data in figura de mai jos.

    Mai general , se poate face remarca ca toate metodele de pornire indirecta a motorului asincron prezinta inconvenientul reducerii cuplului de pornire . Din aceasta cauza aceste metode nu sunt adecvate pentru pornirea in plina sarcina , la pornirile grele fiind pur si simplu neaplicabile.