CAPITOLUL I GENERALITATI
CUPRINS
Argument ..3
Cap. I Generalitati 4
I.1 Definitii si elemente constructive de baza ..5
I.2 Semne conventionale ..5
I.3 Domenii de utilizare ....5
Cap. II Constructia motoarelor sincrone ...7
Cap. III Pornirea motoarelor sincrone ..9
Cap. IV Defectele si regimurile anormale de functionare ale
masinilor
electrice sincrone, cauzele si remedierea lor .10
IV.1 Incalzirea excesiva a masinii sincrone 10
IV.2 Defecte si regimuri anormale in functionarea motorului
sincron 11
Cap. V Masuri de tehnica securitatii muncii si masuri de
prevenire si
stingere a incendiilor la exploatarea motoarelor electrice
sincrone 12
V.1 Masuri de tehnica securitatii muncii .12
V.2 Masuri de prevenire si stingere a incendiilor ...13
Bibliografie .15
ARGUMENT
CAPITOLUL I GENERALITATI
I.1 DEFINITII SI ELEMENTE constructive de baza
Masina de curent alternativ la care turatia rotorului este egala
cu cea a campului invartitor, indiferent de sarcina, se numeste
masina sincrona. (fig. I.1.1)
Armatura inductorului masinii este formata dintr-o succesiune de
poli N si S, realizati din electromagneti excitati in c.c. sau din
magneti permanenti. In general, inductorul este rotor si numai la
masinile mici, din motive de spatiu, poate fi stator, masina fiind
considerata in acest caz de constructie inversa. Inductorul poate
fi cu poli aparenti (fig. I.1.2) si bobine concentrate asezate pe
acestia sau cu poli plini (poli inecati fig. I.1.3), cand
infasurarea de excitatie este repartizata in crestaturi.
Infasurarea de excitatie are capetele legate la doua inele de pe
arbore, pe care calca periile care fac legatura cu sursa exterioara
de c.c. Masinile sincrone mai au pe armatura inductoare o
infasurare de tip colivie (ca la masinile asincrone), numita
infasurare de amortizare, utilizata si la pornirea motoarelor.
Circuitul magnetic al inductorului se poate realiza si din piese
masive de otel, deoarece fluxul fiind produs de c.c., nu variaza in
timp si nu se produc pierderi.
Armatura indusului este formata din pachete de tole si in
crestaturile ei se gaseste o infasurare trifazata conectata in
stea. Gama larga de puteri, ca si locul de utilizare, a condus la
numeroase forme constructive ale caror elemente, in afara celor
indicate mai inainte, pot diferi de la un tip la altul.
I.2 SEMNE CONVENTIONALE In figura I.2.1 se dau o parte din
semnele conventionale pentru masinile sincrone. Infasurarile
indusului sunt notate cu U, V si W, ca la masina asincrona, iar
infasurarea de excitatie cu F.
I.3 DOMENII DE UTILIZARE
Masinile sincrone pot functiona in regim de generator, de motor
si intr-un regim specific de compensator de putere reactiva
(compensator sincron).
Generatoarele sincrone, numite si alternatoare, constituie
sursele de curent alternativ de frecventa industriala din
centralele electrice. Tendinta este ca ele sa se realizeze cu
puteri cat mai mari pe unitate, pentru obtinerea de randamente mari
si consumuri specifice mici de materiale.
Generatoarele sincrone mari cu poli inecati, antrenate de
turbine cu abur sau gaze la turatii de 3.000 rot/min si mai rar, de
1500 rot/min, se numesc turbogeneratoare, iar cele cu turatii mici
cu poli aparenti, antrenate de turbine hidraulice,
hidrogeneratoare. Motoare sincrone se folosesc la puteri peste 100
kW, in locul motoarelor asincrone, pentru functionare la un factor
de putere dorit sau chiar pentru compensarea factorului de putere
al retelelor. Ca motoare mai mici se utilizeaza acolo unde se
impune o turatie sincrona.
Compensatoarele sincrone sunt motoare sincrone care functioneaza
in gol si debiteaza putere reactiva in retelele la care sunt
conectate pentru a le imbunatati factorul de putere.
CAPITOLUL II CONSTRUCTIA MOTOARELOR
SINCRONE
Motoarele sincrone sunt motoarele care au viteza de rotatie a
rotorului egala cu viteza campului magnetic invartitor.
Motoarele sincrone sunt alcatuite din urmatoarele parti
principale :
Statorul este format din : carcasa, pachetul de tole si
infasurarea statorica. Are aceeasi constructie cu a statorului
motorului asincron.
Rotorul este format din :
arbore, executat din otel cu rolul cunoscut de la motorul
asincron;
infasurarea rotorului, numita si infasurare de excitatie, este
legata la doua inele colectoare, fixate pe rotor printr-un butuc
izolat. Prin intermediul inelelor colectoare se alimenteaza cu
curent continuu infasurarea rotorica. Infasurarea rotorica se afla
fixata fie pe un pachet de tole sau otel masiv cu crestaturi la
exterior, in care caz motorul se numeste cu rotorul cu poli
aparenti. Motoarele cu poli inecati se construiesc pentru turatii
mari, iar cele cu poli aparenti pentru turatii mici;
periile si sistemul portperii au rolul de a asigura legatura
electrica intre infasurarea de excitatie (a rotorului) si sursa de
curent continuu. Aceasta sursa este un generator de curent continuu
si se numeste excitatoare.
Schema de legare electrica a unui motor sincron trifazat este
data in fig. II.1.
Statorul este alimentat cu curent alternativ trifazat, ce
creeaza campul magnetic invartitor. Infasurarea din rotor este
alimentata cu curent continuu de la o sursa separata (excitatoare).
Interactiunea dintre campul magnetic invartitor si curent electric
din rotor duce la aparitia unor cupluri de forte ce provoaca
rotatia rotorului. Acesta este rotit cu aceeasi turatie cu a
campului magnetic invartitor. Deci alunecarea este s = 0. Din acest
motiv motoarele sincrone au turatia constanta si ea nu poate fi
modificata. Motoarele sincrone se executa in general de puteri mari
si foarte mari : 100 kW - 1600kW cu utilizare in antrenarea
utilajelor grele ce necesita turatie constanta (cuptoare rotative
etc.) si nu au variatii mari ale cuplului rezistent.
Se executa de asemenea si motoare sincrone de mica putere pentru
antrenarea mecanismelor de ceasuri. Motoarele sincrone au o
constructia mai complicata si dezavantajul ca turatia rotorului nu
nu poate fi reglata . Au in schimb un mare avantaj si anume ca pot
functiona cu curent (in stator) cu factor de putere cos = 1 sau
chiar capacitiv. In acest fel ele sunt receptoare ce permint
imbunatatirea factorului de putere al retelelor de curent
alternativ din care sunt alimentate. Pentru a functiona in acest
fel este necesar ca motoarele sincrone sa fie supraexcitate. Daca
ie este curentul de excitatie pentru o functionare a motorului cu
un factor de putere cos = 1, atunci :
- o functionare cu un curent de excitatie mai mare decat ie
conduce la un factor de putere capacitiv (curentul din stator este
defazat inaintea tensiuni retelei de alimentare) si motorul
functioneaza supraexcitat.
- o functionare cu un curent de excitatie mai mic decat ie
conduce la un factor de putere inductiv (curentul din stator este
defazat in urma tensiunii retelei de alimentare, la fel ca la
motoarele asincrone) si motorul functioneaza subexcitat.
CAPITOLUL III PORNIREA MOTOARELOR
SINCRONE
Pentru a dezvolta un cuplu activ, masina sincrona trebuie adusa
la turatia de sincronism prin antrenarea cu motor auxiliar sau prin
pornirea in asincron.
La antrenarea cu un motor auxiliar, motorul sincron devine
generator si pornirea este echivalenta cu conectarea generatorului
sincron la retea. Acest mod de pornire formeaza metoda
sincronizarii fine si se aplica numai la pornirea in gol a
motoarelor.
La pornirea in asincron (fig. III.1) utilizata in mod curent,
infasurarea de excitatie este deconectata de la sursa si este
inchisa pe o rezistenta Rs, pentru limitarea supracurentilor si
supratensiunilor, iar infasurarea de amortizare formeaza colivia
intalnita la motorul asincron. Cand s-a ajuns la turatia de gol in
asincron, apropiata de cea sincrona, se conecteaza infasurarea de
excitatie la sursa de c.c. Functie de pozitia relativa a polilor
inductori fata de cei ai indusului in momentul conectarii, poate
aparea in sensul cuplului asincron si cuplul sincron care aduce
rotorul la sincronism daca < / 2.
Pornirea in asincron presupune :
- legarea in scurtcircuit a rotorului, de regula pe o rezistenta
pentru a limita t.c.m. indusa. Infasurarea rotorului nu se lasa
deschisa pentru ca t.c.m. indusa capata valori foarte mari, ce ar
putea duce la strapungere. De cele mai multe ori in rotor se
monteaza o colivie speciala, cu un rol numai la pornirea motorului
in regim de motor asincron;
- se leaga statorul la retea si motorul porneste la fel ca un
motor asincron. Motorul porneste si turatia lui creste pana la
aproximativ 95% din turatia campului invartitor.
- se excita rotorul prin cuplare excitatoarei si rotorul intra
in sincronism.
Daca turatia rotorului scade, se intrerupe excitatia si se reia
pornirea in asincron, urmata de o noua cuplare a excitatiei pana
cand se intra in sincronism.
De regula aceste manevre nu se executa manual, ci automat, ele
asigurand pornirea corecta a motorului sincron.
CAPITOLUL IV DEFECTELE SI REGIMURILE ANORMALE DE FUNCTIONARE ALE
MASINILOR ELECTRICE SINCRONE, CAUZELE SI REMEDIEREA LOR
IV.1 Incalzirea excesiva a masinii asincroneIncalzirea excesiva
a miezului magnetic al statorului. Fierul activ al statorului se
poate incalzi excesiv in urmatoarele cazuri :
Functionarea masinii cu miezul magnetic al statorului saturat.
Saturatia magnetica excesiva a otelului activ al statorului,
datorita cresterii fluxului magnetic, si deci a inductiilor
magnetice in fier duce la cresterea masiva a pierderilor in fier,
si deci miezul magnetic se va incalzi mult. Cauzele saturarii
excesive pot fi urmatoarele :
- tensiunea retelei la care este conectata masina este prea
mare. Se va reduce tensiunea la normal;
- frecventa tensiunii este prea redusa. Se va aduce frecventa la
valoarea normala.Daca masina este generator se actioneaza la
cresterea turatiei motorului primar, iar daca este motor se va
actiona asupra frecventei retelei de alimentare.
Scurtcircuite locale intre tolele miezului magnetic al
statorului. Aceste scurtcircuite se pot produce in urmatoarele
cazuri :
- a frecat rotorul de stator, sau bavurile rezultate de la
prelucrarea scurtcircuiteaza tolele. Se izoleaza tolele intre
ele;
- izolatia buloanelor sau a bridelor de strangere a miezului
magnetic s-a deteriorat. Se remediaza izolatia acestora.
Supraincalzirea infasurarii in excitatie. Supraincalzirea
infasurarii statorului se poate produce in urmatoarele cazuri :
- masina este supraincarcata in care caz infasurarea se
incalzeste uniform.Se va reduce sarcina,sau se schimba masina cu
una mai mare;
- exista un scurtcircuit in infasurare, cand incalzirea este
locala si iese fum din infasurare. Se deconecteaza masina de la
retea si se localizeaza scurtcircuitul. Se inlocuiesc bobinele
defecte sau se rebobineaza masina.
Supraincalzirea infasurarii in excitatie.Astfel de situatii se
pot produce in urmatoarele cazuri mai importante :
- masina functioneaza cu o tensiune mai ridicata la retea si
necesita un curent de excitatie mai mare. Se reduce tensiunea
retelei.
- masina functioneaza supraexcitata, debitand energie reactiva
mare in retea;curentul de excitatie este foarte mare. Se va regla
excitatia in limitele normale.
- masina absoarbe curent mare de excitatie datorita unor
scurtcircuite in infasurarea de excitatie. Defectul este insotit de
obicei, de vibratii puternice.
Se verifica bobinele polare. Se izoleaza spirele defecte sau se
schimba bobinele care au scurtcircuite.
IV.2 DEFECTE SI REGIMURI ANORMALE IN FUNCTIONAREA MOTORULUI
SINCRON
Defecte si regimuri anormale la pornirea motorului asincron.
Motorul nu porneste. Cazurile mai importante cand motorul nu
porneste sunt :
- in infasurarea statorului nu circula curent, din cauza topirii
fuzibilelor sigurantelor. Se inlocuiesc fuzibilele cu altele noi.
Este posibila si defectarea intreruptorului automat de pornire. Se
va repara intreruptorul;
- intr-una din fazele statorului nu circula curent, datorita
intreruperii uneia din faze, arderii unei sigurante sau contact
defect la intreruptorul de pornire. Se va remedia intreruperea
fazei, se schimba fuzibilul ars sau se repara intreruptorul.
Motorul nu ajunge la turatia normala. Asemenea manifestari pot
aparea in urmatoarele cazuri :
- tensiunea de pornire este mica din cauza caderii tensiunii
retelei, conectarea gresita a autotransformatorului de pornire sau
alegerea gresita a reactorului de pornire. Se va verifica tensiunea
la bornele motorului la pornire; se va redimensiona reteaua de
alimentare, se va verifica modul de conectare autotransformatorului
cu motorul, sau se va reduce reactanta bobinei reactorului prin
reducerea numarului de spire sau cresterea intrefierului;
- sarcina la pornire este prea mare. Se va reduce sarcina la
pornire;
- exista un scurtcircuit in infasurarea excitatie, in care se
dezvolta cuplul monoxial, care nu permite ridicarea turatiei la
valoarea nominala. Se va verifica circuitul de excitatie si se va
remedia scurtcircuitul.
- exista intreruperi sau contacte imperfecte in infasurarea de
amortizare (colivia de pornire) a rotorului. Se verifica sudurile
barelor cu inele de scurtcircuitare si se sudeaza locurile
constante defecte.
Defecte si regimuri anormale la functionarea motorului sincron.
In timpul functionarii apar pendulari ale rotorului si oscilatii
ale indica ale indicatoarelor ampermetrelor si wattmetrelor din
circuitul statoric.
Pendulari ale rotorului se pot produce in urmatoarelor cazuri
:
- sarcina variaza rapid . Se va mari curentul de excitatie a
motorului, masura care reduce mult oscilatiile.
- tensiunea si frecventa retelei oscileaza puternic. Se forteaza
excitatia care stabilizeaza functionarea in regim tranzatoriu.
Motorul iese din sincronism. Iesirea din sincronism a motorului
sincron se produce in urmatoarele situatii:
- motorul este supraincarcat. Se va reduce sarcina;
- excitatia motorului s-a intrerupt. Se va inlatura defectiunea
din circuitul de excitatie si se sincronizeaza masina;
- au avut loc intreruperi de tensiune in reteaua de alimentare a
statorului. Pentru astfel de cazuri se va utiliza protectia
motorului impotriva reaparitei tensiunii, care, in cazul opozitiei
de faza ar putea reprezenta un scurtcircuit brusc. Se va dezexcita
rapid motorul si va porni din nou la reaparitia tensiunii in
retea.
CAPITOLUL V MASURI DE TEHNICA SECURITATII MUNCII SI MASURI DE
PREVENIRE SI STINGERE A INCENDIILOR LA EXPLOATAREA MOTOARELOR
ELECTRICE SINCRONE
V.1 MASURI DE TEHNICA SECURITATII MUNCII
In marea majoritate, accidentele ce survin in exploatare,
intretinerea si repararea masinilor electrice se datoresc
neglijentei sau lipsei de atentie. Pentru a evita aceste accidente
se impune in mod deosebit o disciplina a personalului de exploatare
a utilajelor si a echipamentelor electrice, a normelor de protectie
a muncii si PSI, precum si prin folosirea unor mijloace de
protectie corespunzatoare operatiilor efectuate de catre acest
personal.
Atat timp cat echipamentul electric se afla in exploatare, cele
mai frecvente accidente se datoresc electrocutarii. Actiunea
curentului electric asupra organismului omenesc are ca efect
provocarea de traumatisme externe (arsuri, ruperea tesuturilor,
orbirea) sau interne (tulburari ale sistemului nervos, ale
functionari sistemului cardiovascular si ale respiratiei).
Accidentarea unei persoane prin electrocutare se poate produce
in urmatoarele conditii :
- cand persoana atinge concomitent doua elemente bune
conducatoare de electricitate, intre care exista diferenta de
potential electric (de exemplu atingerea a doua faze, atingerea
unei faze si a pamantului etc.);
- atingerea cu picioarele a doua puncte de pe sol, aflate la
potentiale electrice diferite, in aproprierea unei scurgeri de
curent in pamant;
- atingerea conductorului de nul, intr-o portiune neizolata,
cand reteaua este dezechilibrata si cand apar diferente intre nul
si pamant.
Pentru evitarea accidentelor prin electrocutare, pe durata
exploatarii masinilor electrice se iau urmatoarele masuri de
protectie :
- la motoarele electrice protejate numai prin sigurante si care
nu au alte elemente de separatie in fata accesora, inainte de
inceperea oricarei lucrari pe circuitul de forta, se vor demonta
aceste sigurante, folosind manusi electroizolante si in locuri
umede o platforma electroizolanta, iar in locul lor se vor monta
capace de siguranta fara fuzibil, vopsite in rosu. In cazul in care
elementele de protectie electrica ale motorului se gasesc in alta
incapere, in mod suplimentar se va deconecta cablul de alimentare
de la bornele motorului si se vor asigura conductoarele acestuia cu
degetare de cauciuc.
- corpurile masinilor electrice si cele ale echipamentului din
circuitul lor de forta trebuia sa fie legate la pamant.
- bornele infasurarilor si cutiile terminale ale masinilor
electrice trebuie sa fie inchise, astfel incat sa fie imposibila
ridicarea capacelor fara a demonta piulitele.
- elementele in rotatie trebuie ingradite sau protejate de
aparatori (inele colectoare, curele de trasmisie , curelele de
transmisie, cuplele, ventilatoarele, partile deschise ale arborilor
etc.).
- izolarea electrica a circuitului de forta de pe care urmeaza a
se demonta motorul electric, incepe prin oprirea motorului,
verificarea lipsei tensiunii, realizarea unei separatii vizibile,
care se va bloca, iar pe dispozitivul de actionare (heblu,
intrerupator etc. ) se va monta un indicator de interzicere : Nu
inchideti! Se lucreaza .
- este interzis a se lucra la conductorul de legare la pamant
atat timp cat motorul functioneaza si alimentarea lui este
conectata.
- la motoarele electrice se pot executa lucrari si pe baza de
instructiune tehnica interna. Aceasta insa nu exclude luarea
tuturor masurilor tehnice si organizatorice care sunt necesare
pentru asigurarea deplinei securitati a personalului.
- scoaterea placilor avertizoare si repunerea in functiune a
motoarelor se vor face numai daca in registrul sectiei respective
s-a consemnat faptul ca lucrarea s-a terminat, precum si numele
persoanei care a comunicat acest lucru.
- in scopul prevenirii personalului de exploatare asupra
pericolului de atingere a pieselor aflate sub tensiune, in
vecinatatea acestora se afiseaza inscriptii sau placarde specifice;
pentru fiecare fel de tensiune si curent se vor utiliza notatiile
prevazute in normative.
Pe parcursul executarii reparatiei masinilor electrice pot
aparea noi cauze de accidentare atat prin electrocutare, cat si de
ordin electric;
- lampile si sculele electrice portabile pot provoca
electrocutari prin folosirea unor conductoare necorespunzatoare,
prin lipsa legarii la centura de impamantare si prin existenta unor
defectiuni tehnice ce pot aparea la ele.
- in cazul lampilor electrice, metoda cea mai sigura de
protectie este utilizarea tensiunilor de 24 V si 36 V.
- in cazul sculelor electrice, care lucreaza cu tensiune de 120
220 V, securitatea muncii este asigurata prin constructia si
securitatea sculelor; de aceea este necesara verificarea lor
periodica, iar utilizarea lor se face folosind o fisa de contact ce
se racordeaza intre priza cu contact de legare la pamant.
V.2 MASURI DE PREVENIRE SI STINGERE A INCENDIILOR
In timpul exploatarii masinilor electrice, pe langa pericolul
electrocutarii, curentul electric poate provoca incendii, datorita
incalzirii aparatajului electric in timpul functionarii, in timpul
scurtcircuitului sau suprasarcinilor. Arcurile electrice produse
prin deranjamentele partii electrice pot provoca arsuri
personalului sau pot determina aprinderea prafului aglomerat sau a
amestecului gazelor din atmosfera incaperii.
Pentru prevenirea pericolului de aprindere din cauza scanteilor
si a supraincalzirii, trebuie luate urmatoarele masuri :
- la regimul de functionare in plina sarcina, partile motorului
electric nu trebuie sa se incalzeasca pana la o temperatura
periculoasa (lagarele nu trebuie sa depaseasca temperatura de 80
C).
- partile din cladiri si partile din utilaje care sunt expuse
actiunii arcului electric trebuie sa fie neinflamabile.
- sigurantele, intreruptoarele si alte aparate asemanatoare,
care in timpul exploatarii pot provoca intreruperea curentului
electric, trebuie acoperite cu carcase.
- partile reostatelor si ale celorlate aparate care se incalzesc
in timpul functionarii trebuie montate pe socluri izolate
termic.
- utilajul care lucreaza in medii de praf trebuie sa fie
actionat cu motoare electrice antiexplozive, iar instalatiile si
aparatajul sa fie in executie antiexploziva.
- pentru a se putea interveni cu eficacitate in caz de incendiu
se recomanda ca langa masinile unelte ( sau in sectii ) sa fie
amplasate extinctoare cu CO2.
- folosirea apei este interzisa la stingerea incendiilor in
instalatiile electrice, deoarece prezinta pericol de electrocutare
si determina si extinderea defectiunii.
BIBLIOGRAFIE
Bichir, N. Mihoc, D. Botan, C. si Hilohi, S. Masini, aparate,
actionari si automatizari. Bucuresti, Editura Didactica si
Pedagogica, 1996.
Mira, N. si Negus, C. Instalatii si echipamente electrice .
Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1987.
PAGE 7