Top Banner
 Acţionări electrice cu motoare asincrone 1 Bibliografie: Kelemen Arpad: Acţionări electrice. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1979  
50

Actionari Electrice

Nov 03, 2015

Download

Documents

Tupa Tudor

Actionari electrice masina asincron
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • Acionri electrice cu motoare asincrone

    1

    Bibliografie:

    Kelemen Arpad: Acionri electrice. Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1979

  • Motor cu rotor n scurtcircuit

    2

  • nfurrile statorice

    3

  • Rotor n scurtcircuit

    4

  • Rotor bobinat

    5

  • Maina asincron

    Este cel mai rspndit motor

    Avantaje:

    - Distribuia energiei electrice se face n sistem alternativ trifazat cel mai economic sistem;

    - Motorul poate fi cuplat direct la reea fr elemente intermediare;

    - Construcie robust;

    - Motor ieftin.

    Dezavantaj:

    - Reglajul turaiei este dificil

    6

  • Maina asincron

    Noiuni constructive

    - Construcie trifazat sau monofazat

    - Cu rotor n scurtcircuit (colivie) sau bobinat

    Maina asincron trifazat

    Sistem trifazat, sinusoidal:

    Uef - valoare eficace (efectiv)

    - valoare de vrf (amplitudine)

    7

    2

    2 2 3

    2 2 3

    ef

    R

    ef

    S

    ef

    T

    u U sin t

    u U sin t /

    u U sin t /

    efU2

  • Tensiunea de faz: tensiunea msurat fa de un punct comun de referin (nul)

    Tensiunea de linie: tensiunea msurat fa de o alt faz.

    Reprezentarea n complex:

    8

    3l fU U

    R

    RU

    SU

    TU

    RSU

    STU

    TRU

    S T

    0

    tensiunede linie

    tensiunede faz

    nululreelei

  • Principiul de funcionare al motorului asincron

    - nfurrile statorice sunt alimentate de la sistemul trifazat de tensiuni cu frecvena fs;

    - curentul statoric ce se formeaz n nfurri statorice genereaz un cmp magnetic nvrtitor care se rotete cu turaia sincron

    - cmpul magnetic nvrtitor induce n nfurrile rotorice o tensiune;

    - tensiunea indus determin apariia curenilor rotorici care circul n nfurri rotorice;

    - frecvena mrimilor electrice din rotor:

    zp numr de perechi de poli, n turaia rotorului

    9

    0

    60 s

    p

    fn [ rot / min]

    z

    p 0

    r

    z (n - n)f = [Hz]

    60

  • - cmpul magnetic al curenilor rotorici interacioneaz cu cmpul magnetic nvrtitor rezultnd un cuplu electromagnetic care pune n

    micare de rotaie rotorul

    - condiia de existen a cuplului:

    alunecarea reprezint diferena ntre viteza cmpului magnetic nvrtitor i viteza rotorului:

    - relaia ntre frecvena statoric i rotoric:

    10

    0

    60

    p

    r

    z (n n)f [ Hz]

    0 0n n

    0 0

    0 0

    n n

    sn

    0 1 motor, cadr. I

    1 frn, cadr IV

    0 generator, cadr II

    1 rotor calat (pornire)

    s

    s

    s

    s

    r sf sf

  • Schema echivalent pentru regim stabilizat (cu mrimi rotorice raportate prin alunecare s la stator)

    Rs, Rr - rezistena statoric i rotoric,

    Ls, Lr, Lm - inductivitatea statoric, rotoric, i de magnetizare

    Ls, Lr - inductivitatea de scpri statoric i rotoric

    Xs, Xr, Xm - reactana statoric, rotoric i de magnetizare

    - frecvena de alimentare 11

    ss s s m m

    rr r r m m

    U I R jX jX I

    U I R jsX jsX I

    Rs Xs=Ls Rr /sXr=Lr

    Xm=LmsU

    sI rI

    rU

    s

    mI

    Xs=(Lm+Ls) Xr=(Lm+Lr)

  • 12

  • 13

    Alunecarea critic pe caracteristic:

    =

    +

    Rr rezistena rotoric Xs reactana de scpri n stator Xr reactana de scpri n rotor

  • Caracteristicile mecanice

    Pe baza formulei lui Kloss simplificat:

    M=f(s) =f(M)

    14

    Generator

    >0

    N

    MkMNMp-Mk M

    Frn

    1

    s

  • 15

    2 2 k k kem

    kk k

    s M Ms, M s

    ss s s

    s

    0 0

    2k k

    s ,M

    s s ,M M

    2 2 k k kem k

    k

    k

    s M MsM s

    ss s s

    s

    0

    0

    s ,M

    s ,M

    2k ks s ,M M

    Dac s 0 - alunecare f. mic:

    Caracteristica devine o dreapt care trece prin punctele:

    Dac - alunecare f. mare: ks s

    hiperbol

    s>

    la limit trece prin punctul

  • 16

    MkMN-Mk M

    kd

    0

    kG

    -kM

    -0

    0i

    0

    - -s =

    -

    0d

    0

    -s =

    i ds = 2-s

    d is = 2-s

    is = 2

    ds = 2

    ds = 0

    ds =1

    0

    is =1

    kis

    is = 0

    kd

    d k

    k d

    2MM =

    s s+

    s s

    ki

    d kd

    kd d

    -2MM =

    2-s 2-s+

    2-s 2-s

    ki

    i ki

    ki i

    -2MM =

    s s+

    s s

    Caracteristica desecvenen direct

    Caracteristica desecvenen invers

    RST, STR, TRS

    RTS, SRT, TSR

    Caracteristicile

    mecanice n funcie de secvena de

    alimentare

    Secvena direct: RST, STR, TRS

    Secvena invers: RTS, SRT, TSR

  • Reglajul turaiei

    17

    Rs Xs Rr /sXr

    XmsU

    sI rI

    rU

    s

    mI

    rU

    s

    rU

    s

    Rr1 /s

    Rr2 /sXr1 /s

    RedresorrU

    sInvertor

    Reea

    La motor asincron:

    - cu rotor n scurtcircuit Doar la motor asincron

    - cu rotor bobinat cu rotor bobinat

  • a) Variaia tensiunii de alimentare

    Variaia cuplului este proporional cu ptratul tensiunii,

    alunecarea critic se menine constant

    18

    MkCN M

    k

    0

    UsNUs1

  • b) Variaia rezistenei rotorice

    Variaia alunecrii critice este proporional rezistena ext. Asigur gam larg de reglare a turaiei, dar modific rigiditatea caracteristicii.

    Randamentul este redus

    19 2 1

    k kCA CN

    CA CN CN

    rtotk k k

    r

    r r r

    M M

    RS S S

    R

    R R R

    MkMr M

    kCN

    0

    k1

    k2

    Rr2>Rr1

    Rr

    Rr1>Rr

    rCN

    r2

    r1

    0

    CN

  • c) Variaia frecvenei statorice

    Cuplul critic variaz invers proporional cu ptratul frecvenei, alunecarea critic variaz invers proporional cu frecvena

    20

    MkCN M

    kCN

    0

    fsN

    fs1

  • d) Variaia tensiunii i frecvenei (U/f=ct.)

    Se urmrete ca Us/fs =ct.:

    21

    2 2

    1 2

    1 2

    CA CN

    CA CN

    CA CN

    s sNk k

    sN s

    k k

    sNk k

    s

    sN s s

    sN s s

    U fM M

    U f

    M M

    fs s

    f

    f f f

    U U U

    MkCN M

    kCN

    0

    UsN,fsN

    0

    CN

    k1

    k2

    01

    02 s1 sN

    s1 sN

    U U=

    f f

    s2 sN

    s2 sN

    U U=

    f f

  • d) Variaia tensiunii i frecvenei (U/f=ct.)

    - La frecvene mici legea U/f=ct duce la deformarea caracteristicii i cuplul critic nu mai rmne constant

    - La frecvene mai mari dect cea nominal raportul nu mai poate fi pstrat constant, deoarece tensiunea este limitat la Usmax

    - Legea real de reglaj este

    - la frecven mare k=1

    - la frecvene mici k crete

    22

    s

    s

    Uk ct.

    f

  • Pornirea motoarelor asincrone

    Metode de pornire

    a)Conectare direct la reea

    b)Pornire prin comutator stea-triunghi

    c)Pornire cu tensiune variabil

    d)Pornire cu rezisten

    23

  • a) Pornirea prin conectare direct la reea

    - Curent de pornire:

    - Cuplu de pornire:

    - Cuplul de pornire este

    determinat de construcia

    rotorului.

    - Curentul de oc absorbit n momentul pornirii determin cdere de tensiune la alimentare

    - Pot fi afectai i ali consumatori

    .

    24

    6 8p NI I1 6p NM . M

    M

    0

    dubl colivie

    0 Mp Mp1 Mp2

    bare obinuite

    bare nalte

  • a) Pornirea prin conectare direct la reea

    - Pornirea prin conectare direct nseamn pornire n scurtcircuit, fiind des utilizat la motoarele cu rotor n

    scurtcircuit.

    - Se practic la motoare mai mici de 5.5kW/400V.

    Efecte:

    - cderea de tensiune ali consumatori afectai

    - Aparatura solicitat

    - ocuri mecanice

    - Eforturi electrodinamice

    - Se permite la puteri de max. 20% din puterea

    transformatorului de alimentare 25

  • b) Pornirea prin comutare stea-triunghi

    Stea

    Triunghi

    Poate fi aplicat numai dac:

    - sunt disponibile toate bornele nfurrilor statorice

    - Tensiunea de faz a motorului este egal cu tensiunea de linie a reelei

    26

    ly fyU = 3U

    S

    Uly0

    Ufy

    T

    Ily

    Ily=Ify

    R

    S

    Ul

    T

    R

    Uf

    l fU=U l fI = 3I

    Ify

    Il

    If Y Y 3

    3 3

    f ll f

    f f

    ll f

    f

    U UI I

    Z Z

    UI I

    Z

    Y 3 1 1 1 practic 3 3 4

    3

    l

    l f

    ll

    f

    U

    I Z,

    UI

    Z

    2

    Y 13 3

    l

    l

    U

    M

    M U

  • c) Pornirea prin tensiune variabil

    Metode:

    - Cu autotransformator dac se consider k raportul de transformare al autotransformatorului:

    - Cu nseriere de rezisten (R) sau reactan (X) n circuitul statorului

    - Cu tensiune i frecven reglabil cu variatoare de tensiune alternativ

    27

    2 2

    pN pN

    pautotr pautotr

    I MI , M

    k k

  • d) Pornirea

    cu rezistene

    -Introducerea rezistenelor

    n circuitul rotoric are ca

    efect reducerea curentului

    de pornire i creterea cuplului de pornire.

    28

    S

    Cm

    T

    R

    Cm

    Cm-1

    Cm-1

    C1

    C1

    Stator Rotor

    Rm Rm-1 R1Rr

    MkMN M

    m

    0

    1

    Rr

    N

    0

    CN

    MmaxMmin

    Rm

    R2

    R1

    N

    m-1

    sm

    s1

    sN

    sm-1

    s2

    s=0

    s=1 =0

  • Frnarea motoarelor asincrone

    Metode de frnare

    a) Prin recuperare

    b) Prin contraconectare

    c) Dinamic

    d) Subsincron

    29

  • a) Frnarea prin recuperare

    - Motorul este antrenat la o vitez mai mare dect cea de sincronism >0, alunecarea este negativ:

    30

    0

    0

    0gs

    N

    MN-MN M

    0

    Rr

    Rf>Rr

    N

    f1 f- Energia mecanic

    transformat n energie electric este debitat n reea, dar maina absoarbe putere reactiv pentru a se magnetiza.

    - Rotorul nu poate fi

    oprit

  • b) Frnarea prin contraconectare

    Rotorul se nvrte n sens contrar cmpului nvrtitor

    - Alunecarea:

    31

    0 0

    0 0

    0 0

    0

    12 1

    f

    f

    s

    ( s )s s

    A

    MN

    -Mr

    M

    0

    Rr

    Rf+Rr

    A

    Rr

    0

    Mk-Mk

    B

    C

    D D

    EE

    CNsegvenadirect

    CNsegvenainvers

    cuplurezistent

    activ

    cuplurezistent

    pasiv

    rfrf PsP

    Puterea disipat n rotor este f. mare, necesitnd rezistene n serie pentru Izolaia inelelor solicitat, deoarece tensiunile cresc dublu.

  • c) Frnarea dinamic

    -nfurarea statoric se separ

    de la reea i se conecteaz pe

    o surs de tensiune continu. n

    stator vom avea cmp magnetic

    fix n spaiu care induce trei

    tensiuni n rotor. Dac motorul este cu

    rotor bobinat, acesta va debita pe rezistene externe.

    - Maina va funciona ca o main sincron excitat cu vitez n descretere .

    - Asupra cmpului fix se suprapune i reacia curenilor rotorici

    32

    A

    M

    0

    Rr

    A

    Mk-Mk

    B

    G

    CN

    -Mmax -Mr-Mmin

    CC

    D

    E EF

    G

    Rr

    Us=0

    UsN

  • c) Frnarea dinamic

    - Energia cinetic a maselor n micare se transform n cldur pe rezistenele din circuitul rotoric.

    - Exist mai multe posibiliti de conectare la c.c., cea mai eficient este schema care d cea mai mare fundamental a generatorului sincron echivalent.

    - La reprezentarea caracteristicii mecanice de

    frnare cuplul este descris ca i n regim normal, ns locul alunecrii este preluat de raportul vitezelor:

    33

    0 0

    2 k

    k

    k

    M nM v

    vv n

    v v

  • d) Frnarea subsincron

    - Viteza motorului se menine sub cea de sincronism

    - Se obin cupluri de frnare mai mici fa de frnarea prin contraconectare, drept urmare nu

    sunt ocuri mecanice sau electrice.

    - Se bazeaz pe alimentarea motorului n regim nesimetric, cmpul nvrtitor avnd 3 componente:

    - de succesiune direct (sistemul direct)

    - de succesiune invers (sistemul invers)

    - corespunztor sistemului homopolar

    34

  • - Sistemul direct i invers - fiecare genereaz cuplu. Cuplurile se adun algebric, cuplul rezultant poate fi motor sau de frnare n funcie de rezistena din rotor.

    - Caracteristica de secven direct

    - Caracteristica de secven invers

    - Regimul asimetric poate fi obinut prin:

    alimentare bifazat

    cu faz inversat

    35

    2 kd

    d k

    k d

    MM

    s s

    s s

    2 2

    2 2

    2 2

    k ki i d

    di k k

    i d

    k i k d

    M MM

    ss s s

    s s s s

    2

    2

    i d

    i d

    k k

    s s

    s s

  • d) Frnarea subsincron prin alimentare bifazat

    -A treia faz, deconectat n momentul frnrii nu se las liber, se conecteaz n paralel.

    -Va funciona ca motor n

    alimentare bifazat, dar diferit fa de cazul cnd a 3-a faz e lsat liber.

    Difer prin gradul de

    dezechilibru al tensiunilor

    pe faze. 36

    S

    T

    R

    Stator

    Rotor

    Rf Rf Rf

    S

    T

    R

    Stator

    Rotor

    Rf Rf Rf

    Regim normal Frnare

  • - Dac n circuitul rotoric se

    introduc rezistene suficient de mari cuplul rezultant va

    fi cuplu de frnare.

    - Metoda de frnare

    dezechilibreaz reeaua.

    Avantaj:

    dup oprire motorul

    nu pornete n sens invers. 37

    Mk/3-Mk/3 M

    0

    -0

    0

    0/2

    -0/2

    Md, Rr

    Mi, Rr

    M=Md-Mr, Rr

    M'd, Rf

    M'=M'd-M'r, Rf

    M'i, Rf

    33

    f kd i kd ki

    U MU U M M

    Expresia tensiunii i a cuplului critic

  • d) Frnarea subsincron cu faz inversat

    -Se realizeaz prin inversarea conexiunii

    unei singure faze a

    nfurrii statorice.

    -Pentru a obine cuplu de

    frnare este necesar o

    rezisten de frnare mare.

    38

    S

    T

    R

    Stator

    Rotor

    Rf Rf Rf

    S

    T

    R

    Stator

    Rotor

    Rf Rf Rf

    2

    3 3f

    d i h f

    UU U U U

    4

    9 9k

    kd kd k

    MM M M Regim normal Frnare

  • - Dup oprire motorul trebuie decuplat de la reea pentru a nu se roti invers.

    - Metoda de frnare dezechilibreaz reeaua.

    39

    Mk/9-4Mk/9 M

    0

    Rf

    0

    Md, Rr

    Mi, Rr

    M=Md-Mr, Rr

    M'd, Rf

    M'=M'd-M'r, Rf

    M'i, Rf

  • Controlul scalar al mainilor de curent alternativ

    prin metoda U/f constant

    40

    Bibliografie:

    Kelemen Arpad: Acionri electrice. Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1979

  • Controlul scalar al mainii asincrone

    - controlul scalar trateaz mrimile electrice i magnetice care intervin n funcionarea mainii asincrone ca mrimi scalare caracterizate numai prin modul (amplitudine) fr s in seama de caracterul vectorial al acestora;

    - cea mai rspndit metod de control scalar este metoda U/f=constant (Volt/Hertz constant)

    (a fost prima metod de control fr pierderi al turaiei motorului asincron)

    41

  • Metoda de control scalar U/f = constant

    42

    - pentru a obine cuplul maxim posibil la un curent statoric dat amplitudinea fluxului trebuie meninut constant, egal cu valoarea nominal;

    - aceast cerin poate fi ndeplinit prin modificarea n mod corespunztor a amplitudinii Us i a frecvenei fs a tensiunii statorice;

    - frecvena de alimentare determin turaia mainii care este impus de condiiile de funcionare ale mainii de lucru acionate;

    - singura mrime prin care se poate interveni pt meninerea constant a fluxului este tensiunea

    statoric.

  • 43

    Schema echivalent a unei faze a motorului asincron

    - pentru motor cu rotor n scurtcircuit tensiunea rotoric

    ur=0

    Ecuaia de tensiune statoric a motorului asincron (n complex):

    d

    d

    s

    s s s s su R i jt

    Rs Xs=Ls Rr /sXr=Lr

    Xm=LmsU

    sI rI

    rU

    s

    mI

    Xs=(Lm+Ls) Xr=(Lm+Lr)

  • 44

    d0

    ds

    t

    Se neglijeaz rezistena statoric, Rs=0:

    s s su j

    2s s s s sU f

    1 1const.

    2 2s sN

    s

    s sN

    U U

    f f

    Dac se menine fluxul constant:

    Exprimat n forma scalar (n modul):

    de unde rezult

    Pentru o frecven fs dat, tensiunea se va calcula cu

    .ss sNsN

    fU U

    f

  • 45

    fsfsN0

    Us

    UsN

    Us0

    UsN

    Diagrama de

    comand la U/f=ct. n bucl deschis a

    mainii de inducie.

    .ss sNsN

    fU U

    f

    a) metoda de baz, necompensat:

    b) Compensare cu tensiune constanta

    a) Funcii de comand

    0 0sN

    s s s s n s

    sN

    UU U f U K f

    f

    c) Compensare cu tensiune variabil

  • 46

    0 0sN

    s s s s n s

    sN

    UU U f U K f

    f

    - la frecvene mici neglijarea rezistenei introduce erori, care se compenseaz prin adugarea unui termen constant (compensare cu tensiune constant)

    Us0=RsIsN - relaia de calcul a tensiunii pentru o frecven dat devine

    - Dezavantajul const n faptul c, caracteristica nu mai trece prin punctul nominal de funcionare.

    - Revenirea n punctul noinal se poate realiza dac aplicm urmtoarea funcie de comand:

  • 47

    Configuraia general a unui sistem de acionare scalar cu motor de inducie bazat pe principiul

    V/Hz constant.

    Ref

    sf - frecvena statoric impus

    CalcultensiuneU/f=ct

    Generatortrifazatde und

    sinusoidal

    Ref

    sfRef

    sf

    UsConvertorstatic defrecven

    Reea3~

    Motorasincron

    a

    Refu

    b

    Refu

    c

    Refu

    - este o metod de control indirect al fluxului (meninerea fluxului la valoare constant se face prin intermediul tensiunii statorice, fluxul nu este identificat sau msurat) este un procedeu n bucl deschis feed-forward, folosit fr senzori mecanici

  • 48

    Avantaje:

    - simplu de implementat;

    - funcioneaz n bucl deschis, nu este nevoie de acordarea regulatoarelor;

    - reglare de turaie fr pierderi;

    - metoda este aplicabil i la motor sincron (datorit construciei similare a statorului);

    - combinnd metoda de baz cu metode de compensare a alunecrii i a cderilor de tensiune pe rezisten statoric se obine o plaj de reglaj de turaie 1 : 50;

    - se preteaz la acionri cu dinamic redus. (pompe, ventilaie etc.)

  • 49

    Dezavantaje:

    - la turaii mici capacitatea de cuplu scade (datorit cderilor de tensiune comparabile cu tensiunea de alimentare);

    - dinamica acionrii este slab;

    - n timpul regimurilor tranzitorii aferente schimbrilor de cuplu rezistent sau de turaie prescris mrimile electrice au variaii mari, necesitnd o supradimensionare a componentelor;

    - frecvena prescris determin turaia de sincronism, nu turaia rotorului care alunec fa de aceasta

    - n anumite condiii prezint probleme de stabilitate.

  • 50

    mbuntiri:

    - compensarea cderilor de tensiune pe rezistena statoric (compensare simpl sau dependent de curent, compensare vectorial);

    - compensarea alunecrii;

    - cu aceste compensri domeniul de reglaj al turaiei poate fi extins la 1: 50.