Caracteristica Mecanica A Motorului Asincron [PDF]

Zitiervorschau

Lucrarea nr. 7.

57

CARACTERISTICA MECANICĂ A MOTORULUI ASINCRON.

7.1. SCOPUL ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII. Scopul: determinarea experimentală a caracteristicilor mecanice ale motoarelor asincrone, pentru diverse regimuri de funcţionare. Obiectivele urmărite: • caracteristicile mecanice naturale ale motoarelor asincrone cu rotor bobinat şi în scurtcircuit; determinarea caracteristicii randamentului maşinii asincrone, η = f(n); • caracteristicile mecanice artificiale ale motoarelor asincrone cu rotor bobinat, cu rezistenţă rotorică adiţională; • caracteristicile mecanice artificiale ale motoarelor asincrone cu rotor în scurtcircuit, alimentate cu tensiune redusă. 7.2. MEMENTO TEORETIC. Pentru studiul calitativ al dependenţei cuplului electromagnetic de alunecare, se utilizează o expresie a cuplului simplificată, valabilă în cazul motoarelor asincrone de putere (formula Kloss): 2 ⋅ Mm M= s sm , (1) + sm s unde, Mm reprezintă valoarea maximă a cuplului, iar sm alunecarea corespunzătoare acestui cuplu. Dependenţa acestor mărimi de parametrii motorului trifazat, este dată, în formă simplificată, de relaţiile:

Mm ≅

U 12 3 p ⋅ ⋅ , 4π f 1 X σ1 + X 'σ2

(2)

Lucrarea nr. 7.

58

R '2 sm ≅ . X σ1 + X 'σ2

(3)

În figura 7.1.a s-a reprezentat grafic variaţia cuplului în funcţie de alunecare, în conformitate cu relaţia (1). Funcţionarea stabilă a motorului este posibilă numai pe ramura “0 – K” a caracteristicii, deci pentru alunecări cuprinse între 0 şi sm şi cupluri cuprinse între 0 şi Mm. Pe caracteristică au mai fost figurate punctele corespunzătoare unor regimuri de funcţionare semnificative: − regimul de pornire (punctul P), caracterizat prin alunecarea s = 1, deci n = 0 şi cuplul de pornire Mp, a cărui expresie se obţine din relaţia (1), pentru s = 1: 2 ⋅ Mm Mp = 1 ; (11) + sm sm − regimul critic (punctul K), corespunzător alunecării sm (numită şi alunecare critică) şi cuplului maxim, Mm; − regimul nominal de funcţionare (punctul N), caracterizat prin alunecarea nominală, sn şi cuplul nominal, Mn; − regimul de mers în gol ideal, caracterizat prin s = 0, deci n = n1 şi M = 0.

Figura 7.1. a) Caracteristica “cuplu – alunecare” a motorului asincron. b) Caracteristica mecanică, n = f(M), a motorului asincron.

Lucrarea nr. 7.

59

Caracteristica mecanică reprezintă dependenţa turaţiei de cuplu, n = f(M). Ecuaţia ei se obţine din relaţia (1), prin înlocuirea alunecării cu turaţia corespunzătoare, conform relaţiei de definiţie a acesteia. Forma caracteristicii mecanice este reprezentată în figura 7.1.b. Sunt evidenţiate punctele corespunzătoare regimurilor de funcţionare descrise anterior. Dependenţa n = f(M), obţinută în cazul alimentării motorului cu tensiune nominală, la frecvenţă nominală, circuitele rotorice exterioare având rezistenţa nulă (în cazul maşinii cu rotorul bobinat), se numeşte caracteristică mecanică naturală. Caracteristicile obţinute prin modificarea tensiunilor pe fază, a frecvenţei sau rezistenţei rotorice exterioare, se numesc caracteristici mecanice artificiale. 7.3. METODOLOGIA LUCRĂRII. 1) Motorul asincron trifazat cu rotor bobinat. Se determină caracteristica mecanică naturală şi caracteristicile artificiale obţinute prin introducerea unor rezistenţe adiţionale în circuitul rotoric. Pentru aceasta se va utiliza montajul din figura 7.2. Sarcina motorului o reprezintă un generator de curent continuu cu excitaţie separată, care debitează energie electrică unui consumator rezistiv, respectiv rezistenţele R2 şi RS din schemă. Modificarea cuplului rezistent, la arborele motorului asincron, se obţine prin variaţia curentului de excitaţie al generatorului (cu reostatul Re). Se aduce cursorul reostatului R1 în poziţia corespunzătoare rezistenţei maxime. Se porneşte motorul asincron aplicându-i la bornele statorice tensiunea nominală (butonul b1), după care, manevrând cursorul reostatului R1, se reduce treptat valoarea rezistenţei acestuia până la “0” - determinarea caracteristicii mecanice naturale. Se manevrează cursorul reostatului Re în poziţia corespunzătoare tensiunii de excitaţie minime (V2), apoi se închid întrerupătoarele automate a2 şi a3. Acţionând butonul b3, se comandă anclanşarea contactorului C2, care cuplează sarcina la bornele generatorului. Se realizează diferite regimuri de încărcare pentru generator (prin modificarea curentului de excitaţie - reostatul Re) şi implicit, pentru motor, în limitele curenţilor nominali ai generatorului şi

Lucrarea nr. 7.

60

motorului. La diverse sarcini, se măsoară: turaţia grupului de maşini, n (turometrul n), curentul debitat de generator, Ig (ampermetrul A3) şi tensiunea la bornele sarcinii, Ug (voltmetrul V3). Pentru determinarea caracteristicilor mecanice artificiale se reiau manevrele descrise anterior, introducând în prealabil, o rezistenţă suplimentară în circuitul rotoric (R1). Se determină două caracteristici artificiale, pentru două valori ale rezistenţei reostatului: R1 = R1max/4 şi R1 = R1max/2. Rezultatele măsurătorilor se trec în tabelul 7.1.

Figura 7.2. Schema montajului utilizat pentru ridicarea caracteristicilor mecanice ale motorului asincron cu rotor bobinat. Aplicaţie. Se aplică metodologia propusă în cazul unui motor asincron trifazat cu rotorul bobinat, având următoarele date nominale: − puterea, Pn = 2 kW; turaţia, nn = 1275 rot/min; − tensiunea, Un = 380 V; curentul, In = 6 A; frecvenţa, fn = 50 Hz; − factorul de putere, cosφn = 0,69; conexiune stator - Y;

Lucrarea nr. 7.

61

− rotor: conexiune - Y; tensiunea între faze, Ur = 86,5 V; curentul, Ir = 14,5 A. Datele nominale ale generatorului de c.c., sunt: Pn = 1 kW; Un = 110 V; In = 9,1 A; nn = 1450 rot/min; Uex = 110 V; Iex = 0,55 A. Re = 190 Ω/2 A + 7,4 Ω/11 A; R2 = 7,4 Ω/11 A; RS = 6,2 Ω/11 A. Tabelul 7.1. Rezistenţa Nr. n Ug Ig Pg P2 M reostatului R1 crt. [rot/min] [V] [A] [W] [W] [N∙m] [Ω]

Se completează tabelul 7.2, corespunzător componentelor şi aparatelor folosite în montajul din figura 7.2, verificându-se compatibilitatea acestora cu solicitările electrice la care sunt supuse.

Notaţia

Tabelul 7.2. Caracteristici

2) Motorul asincron trifazat cu rotor în scurtcircuit. Se determină caracteristica mecanică naturală, caracteristica randamentului şi caracteristicile mecanice artificiale obţinute prin alimentarea motorului cu tensiuni reduse. Încărcarea motorului se realizează printr-un generator de curent continuu cu excitaţie separată, cuplat la ax cu acesta. Se efectuează montajul prezentat în figura 7.3. Se porneşte motorul asincron, crescând progresiv tensiunea de alimentare a înfăşurării statorice prin intermediul autotransformatorului AT, de la zero la valoarea nominală. Pentru determinarea caracteristicii mecanice naturale se stabileşte la bornele motorului tensiunea nominală (voltmetrul V1) şi se notează turaţia la mers în gol “real”. Se închid întrerupătoarele automate a2 şi a3 (Re pe poziţia corespunzătoare tensiunii de excitaţie minime) şi se cuplează sarcina la bornele generatorului, prin contactorul C2 (comandat de butonul b3), cursorul reostatului RS fiind

Lucrarea nr. 7.

62

în poziţia corespunzătoare rezistenţei maxime. Manevrând cursorul reostatului Re, se măreşte progresiv curentul de excitaţie al generatorului deci, implicit, sarcina motorului, fără a depăşi valorile nominale ale curenţilor pentru motor şi generator. Pentru diverse sarcini, se măsoară: turaţia grupului de ma-şini, n (turometrul n), puterea absorbită de motor (wattmetrele W1 şi W2), curentul debitat de generator, Ig (ampermetrul A3) şi tensiunea la bornele gene-ratorului, Ug (voltmetrul V3). Rezultatele măsurătorilor se trec în tabelul 7.3.

Figura 7.3. Schema montajului utilizat pentru ridicarea caracteristicilor mecanice ale motorului asincron cu rotor în scurtcircuit. Pentru determinarea caracteristicilor mecanice artificiale, se reduce tensiunea de alimentare a motorului asincron, apoi se reiau manevrele descrise mai sus. În acest caz puterea absorbită de motor nu mai prezintă interes. Se determină două caracteristici mecanice artificiale, pentru: U = 0,8·Un şi U = 0,6·Un.

Nr. crt.

U [V]

n [rot/min]

P1 [W]

Ug [V]

Ig [A]

Pg [W]

P2 [W]

Tabelul 7.3. M η [N∙m] [%]

Lucrarea nr. 7.

63

Aplicaţie. Se studiază un motor asincron trifazat cu rotorul în scurtcircuit, având următoarele date nominale: − puterea, Pn = 1,5 kW; − turaţia, nn = 1410 rot/min; − tensiunea, Un = 380 V; curentul In = 3,8 A; − conexiune Y; − factorul de putere, cosφn = 0,79; − frecvenţa, f = 50 Hz. Datele nominale ale generatorului de c.c., sunt: Pn = 1 kW; Un = 110 V; In = 9,1 A; nn = 1450 rot/min; Uex = 110 V; Iex = 0,55 A. Re = 190 Ω/2 A + 7,4 Ω/11 A; R2 = 7,4 Ω/11 A; RS = 6,2 Ω/11 A. Se completează tabelul 7.4, corespunzător componentelor şi aparatelor folosite în montajul din figura 7.3, verificându-se compatibilitatea acestora cu solicitările electrice la care sunt supuse. Tabelul 7.4. Caracteristici

Notaţia aparatului

7.4. PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE. 1.

Se completează tabelele 7.1 şi 7.3, calculând: − puterea debitată de generatorul de curent continuu: Pg = U g ⋅ I g ; − puterea la axul motorului asincron (puterea utilă a acestuia): P2 =

Pg ηg

;

− cuplul mecanic dezvoltat de motorul asincron: 30 ⋅ P2 M= [N∙m], π⋅n în care: ηg este randamentul generatorului – pentru aplicaţiile considerate, ηg = 0,82; n, turaţia motorului, în [rot/min].

Lucrarea nr. 7.

64

2. Pentru motorul asincron cu rotor în scurtcircuit, alimentat la tensiune nominală, se calculează randamentul acestuia (valorile obţinute se trec în tabelul 7.3) şi se trasează grafic caracteristica η = f(n): P η = 2 ⋅ 100 [%]. P1 3. Pentru fiecare din cele două motoare asincrone, pe aceeaşi diagramă, se trasează caracteristica mecanică naturală şi caracteristicile mecanice artificiale. 7.5. PROBLEME DESCHISE. 1. Cum se poate afla turaţia de sincronism a unui motor asincron, cu ajutorul datelor de pe plăcuţa indicatoare? Propuneţi o metodă prin care se poate afla turaţia de sincronism a unui motor asincron la care plăcuţa indicatoare lipseşte. 2. Asupra căror parametri ai maşinii asincrone se poate acţiona, astfel încât să se obţină un cuplu de pornire egal cu cuplul maxim al acesteia? 3. Apreciaţi în ce măsură sunt influenţate rezultatele experimentale obţinute, de faptul că, în timpul măsurătorilor, randamentul generatorului de curent continuu se consideră constant.