Reglarea Turaţiei Motoarelor Electrice [PDF]

Zitiervorschau

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

CAPITOLUL 7 REGLAREA TURAŢIEI MOTOARELOR ELECTRICE 7.1 Reglarea turaţiei motoarelor de c.c. • Caracteristicia mecanică a MCC: n=

U A − ∆U p − R A I A ke Φ

=−

U A − ∆U p RA M + ke km Φ 2 ke Φ

M ≅ Mr • Metodele de reglare a turaţiei pentru MCC: •• variaţia tensiunii UA la bornele motorului, păstrând constantă tensiunea reţelei de alimentare, U, (UA=U-RrIA), – reglaj reostatic •• variaţia fluxului de excitaţie, Φ0 ≅ Φ - reglaj prin slăbire de flux •• variaţia tensiunii sursei de alimentare, U = UA, - această metodă utilizează convertizoarele statice 7.1.1 Reglajul reostatic al turaţiei

• Tensiunea U a reţelei de alimentare şi curentul de excitatie Ie sunt constante • Reglarea tensiunii UA la bornele MCC se realizează prin înserierea în circuitul indusului a unei rezistenţe reglabile, Rr (continuă sau în trepte) • Se aplică atât MCC cu excitaţie separată, (derivaţie), cât şi celor cu excitaţie serie • În cazul MCC cu excitaţie separată, (derivaţie): U − ∆U p •• nu se modifică turaţia de mers în gol, n0 = ke Φ •• panta caracteristicii mecanice scade odată cu creşterea R + Rr (se consideră Φ= ct.) rezistenţei reostatului de reglare tgα = − A ke km Φ 2 Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

1

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

Alura caracteristicilor mecanice artificiale în cazul reglajului reostatic

n

Rr1 < Rr2 < Rr3

Rr1 < Rr2

n

n0 Rr=0 Rr1 Rr2

Rr3 Mn≅Mr

MCC cu ex. separată

Rr2

M

Rr1 Rr=0

Mn≅Mr

M

MCC cu ex. serie

OBSERVAŢII:

• Rezistenţa de reglare Rr poate fi utilizată ca reostat de pornire Rp dar invers NU (Rp este dimensionată pentru curenţi mari, de scurtă durată) • Turaţia se poate regla numai sub valoarea turaţiei de mers în gol, n0 • Reglajul turaţiei este sensibil la sarcini mari, (MCC cu ex. separată şi derivaţie) • Au loc pierderi importante în reostatul de reglare ⇒ scăderea randamentului • Puterea utilă scade cu turaţia, (P2 = 2πnMr /60, Mr ≅ M) ⇒ randamentul scade cu turaţia, (pentru Mr = ct.) • Ventilaţia şi răcirea maşinii sunt mai neeficiente la turaţii mici • Comutaţia este mai bună la turaţii mici • Această metodă se utilizează la MCC de puteri mici şi mijlocii, mai ales la tracţiune urbană

Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

2

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

7.1.2 Reglarea turaţiei prin slăbire de flux

• Se efectuează prin modificarea curentului de excitaţie cu ajutorul unui reostat reglabil Re OBSERVAŢII:

MCC cu excitaţie separată: • La reglajul turaţiei prin slăbire de flux, se modifică turaţia de U − ∆U p , (la scăderea fluxului creşte turaţia de mers în gol, n0 = ke Φ mers în gol) • La reglajul turaţiei prin slăbire de flux, se modifică panta R + Rr caracteristicii mecanice, tgα = − A ke km Φ 2 • Re se monteaza în serie cu înfăşurarea de excitaţie, Rex • La scăderea fluxului, la cuplu constant, turaţia creşte; creşte curentul din indus (curentul absorbit de motor) - M = km Φ IA, Mr = ct., Φ scade şi în consecinţă IA creşte - creşterea curentului reprezintă un inconvenient • Slăbirea fluxului are efecte negative asupra stabilităţii şi comutaţiei motorului, (reacţia indusului are efecte mai pronunţate) • Această metodă se utilizează la mărirea turaţiei până la de două ori turaţia nominală a motorului • Pentru scăderea turaţiei sub valoarea turaţiei nominale, această metodă nu este eficientă deoarece ar trebui crescut fluxul, ceea ce ar conduce la încălzirea înfăşurării de excitaţie; intervine fenomenul de saturaţie care limitează creşterea fluxului şi turaţia scade putin

Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

3

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

MCC cu excitaţie serie: • Re se montează în paralel cu înfăşurarea de excitaţie ⇒ se reduce curentul de excitaţie ⇒ se micşorează fluxul magnetic ⇒ creşte turaţia motorului I A1 D1

D2

Rex

MCC

Ie

=

A2

Re

• Această metodă se utilizează mai ales pentru mărirea vitezei de rotaţie • La slăbirea fluxului, (micşorarea curentului de excitaţie), creşte puterea absorbită din reţea (P1 = UAIA) la cuplu constant, creşte şi puterea utilă (P2 = MrΩ, Mr = ct., Ω creşte) iar randamentul este afectat în mai mică măsură decât la metoda reostatică • Ventilaţia şi răcirea maşinii sunt mai bune la n > nn • Comutaţia se înrăutăţeşte la creşterea simultană a vitezei de rotaţie şi a curentului IA • La slăbiri importante de flux pot apărea fenomene de instabilitate în funcţionare din cauza reacţiei transversale a indusului Alura caracteristicilor mecanice artificiale în cazul slăbirii de flux

n n02 n01 n0

Re2 Re1 Re=0

Re1>Re2⇒Ie>Ie1>Ie2

n

Re1Ie2

Ie2 Ie1 Ie=Ien

Mn MCC cu ex. separată Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

M

Mn

M

MCC cu ex. serie 4

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

7.1.3 Reglarea turaţiei prin variaţia tensiunii de alimentare (UA = U)

• Această metodă se utilizează când este necesară reglarea turaţiei în limite foarte largi, în mod continuu, (ex.: metalurgie, acţionarea laminoarelor, sisteme de acţionare ale maşinilor unelte) OBSERVAŢII:

• La reglajul turaţiei MCC cu excitaţie separată, (derivaţie), prin variaţia tensiunii de alimentare: U − ∆U p •• se modifică turaţia de mers în gol, n0 = , (creşte/ ke Φ scade odată cu creşterea / scăderea tensiunii de alimentare) •• panta caracteristicii mecanice rămâne constantă R + Rr , (nu depinde de tensiunea de alimentare) tgα = − A ke km Φ 2 • Metoda necesită o sursă de tensiune variabilă de putere, (ex. redresor comandat) • La cuplu rezistent constant, la scăderea / creşterea tensiunii de alimentare, scade / creşte turaţia motorului • Prin această metodă se poate regla turaţia atât sub cât şi peste valoarea turaţiei nominale • Pentru MCC cu excitaţie separată, (derivaţie), reglajul este eficient la orice valoare a cuplului de sarcină iar la MCC cu excitaţie serie reglajul este mai eficient la valori mici ale cuplului de sarcină Alura caracteristicilor mecanice artificiale la variaţia tensiunii de alimentare

n

U1>Un>U2>U3

n01 n0 n02 n03

U1>Un>U2>U3

n

U1 Un U2 U3 U3

Mn MCC cu ex. separată Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

M

Un U2 U1

Mn

M

MCC cu ex. serie 5

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

7.1.4 Alimentarea MCC de la convertoare statice

• MCC pot fi alimentate de la redresoare sau de la variatoare de c.c. • La alimentarea MCC de la redresoare se remarcă mai multe situaţii: •• MCC este alimentat printr-un redresor comandat cu o singură polaritate a tensiunii redresate (maşina fucţionează în regim de motor într-un singur sens) •• MCC este alimentat printr-un redresor comandat care furnizează ambele polarităţi ale tensiunii redresate (maşina funcţionează ca motor şi ca frână cu recuperarea energiei) •• MCC este alimentat de la un redresor bidirecţional (două redresoare comandate (maşina funcţionează ca motor şi ca frână în cele patru cadrane) •• MCC este alimentat de la un variator de tensiune continuă, VTC (permite reglarea vitezei în limite largi) •• MCC este alimentat pe indus şi pe excitaţie de la redresoare comandate (metoda cea mai eficientă de reglare a turaţiei în limite largi) Schema pentru reglarea tensiunii de alimentare a indusului şi a tensiunii de alimentare a înfăşurării de excitaţie ale MCC cu excitaţie separată RED

RED MCC Ie

n II

III

Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

I

IV

MOTOR M FRÂNĂ

6

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

7.2 Reglarea turaţiei motoarelor asincrone trifazate • Ecuaţia caracteristicii mecanice în regim staţionar este: 3 p U 12 R2' M = ; 2 s ω 1 (R1 + c1 R2' / s ) + X σ2

[

]

n = n1 (1 − s ) =

60 f 1 (1 − s ) p

• Alunecarea critică şi cuplul maxim sunt:

3 p U 12 Mm = 2 c1 ω 1 R1 + R12 + X σ2

c1 R2' ; R12 + X σ2

sm =

(

)

• Metodele de reglare a turaţiei pentru MAT sunt: •• schimbarea numărului de perechi de poli •• modificarea frecvenţei tensiunii de alimentare •• modificarea alunecării care se realizează prin: - variaţia rezistenţei rotorice - modificarea tensiunii de alimentare 7.2.1 Reglarea turaţiei prin modificarea numărului de perechi de poli

• Metoda se aplică motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit, a.î. schimbarea numărului de perechi de poli se efectuează din exterior numai în stator OBSERVAŢIE:

• Prin această metodă se poate realiza o variaţie în trepte a turaţiei de sincronism, n1=60f1/p, în raportul numărului de perechi de poli

• Schimbarea numărului de perechi de poli se poate realiza:

•• cu ajutorul a două înfăşurări, fiecare fiind construită pentru un anumit număr de perechi de poli •• cu o singură înfăşurare la care, prin schimbarea conexiunilor, se pot obţine numere de poli diferite

N

S

A

p = 2;

n1

Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

N

S

N

S

X

A

S

X p'=1; n'1= 2n1 7

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

7.2.2 Reglarea turaţiei prin modificarea frecvenţei tensiunii de alimentare

• Reglajul turaţiei prin această metodă este deosebit de eficient, el purându-se efectua la orice sarcină a motorului OBSERVAŢII:

• Tensiunea şi frecvenţa nu pot fi variate în mod independent, reglajul se face menţinând raportul U1/f1= ct. - Ecuaţia tensiunilor pentru stator este:

U 1 = R1 I 1 + jX σ 1 I 1 + jω

w1k w1 Φ m ≅ 4,44 f1 w1k w1Φ m 2

- Fluxul magnetic Φm determină starea de saturaţie a miezului magnetic al maşinii - Dacă U1 se menţine constantă şi f1 scade ⇒ Φm creşte ⇒ saturaţia miezului magnetic ⇒ cresc pierderile, creşte curentul de magnetizare ⇒ Φm trebuie menţinut constant, corespunzător punctului nominal

Φm ≅

U1 1 U = ⋅ 1 = ct. 4,44 f1 w1k w1 4,44 w1k w1 f1

• Pentru ca la scăderea frecvenţei f1 să nu se satureze maşina (Bδ=ct.) este necesară reducerea proporţională a tensiunii de alimentare ⇒ U1/f1= ct. • Inconvenientul metodei: necesitatea unei surse de putere de tensiune şi frecvenţă reglabile – convertizoare statice de frecvenţă • La modificarea frecvenţei tensiunii de alimentare, cu condiţia U1/f1= ct. rezultă: •• alunecarea critică se modifică, sm ≠ ct c1 R2' c1 R2' 1 sm ≅ = ⋅ X σ 2π Lσ f1 •• turaţia de sincronism se modifică, n1 = 60f1 /p ≠ ct. •• cuplul maxim, pentru anumite limite de reglare ale frecvenţei, ramâne constant: 2 3 p U 12 3 p  U 1    = ct. ( R1 ≅ 0) Mm ≅ = 2 ω12 Lσ 2 Lσ  f1  Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

8

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

• La frecvenţe joase rezistenţa statorică are o valoare mare în raport cu reactanţa de dispersie ⇒ R1 nu mai poate fi neglijată ⇒ Mm scade când U1/f1= ct. • La creşterea frecvenţei f1 peste valoarea nominală, tensiunea U1 se menţine constantă pentru a nu depăşi nivelul admis al pierderilor în fier şi pentru a nu solicita suplimentar izolaţia Dependenţa de frecvenţă a tensiunii şi a cuplului maxim

Caracteristicile mecanice artificiale pentru U1/f1= ct.

n M U1

f1 scade

U1(f1) n0

f1n

Mm(f1)

f1n

f1 Mm

Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

M

9

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

7.2.3 Reglarea turaţiei prin modificarea tensiunii de alimentare OBSERVAŢII:

• La modificarea tensiunii de alimentare rezultă: •• alunecarea critică ramâne constanată, sm = ct. •• turaţia de sincronism rămâne constantă, n1 =ct. •• cuplul se modifică în raportul: M1 /M2 = (U1 /U2)2 • Turaţia se poate regla în gama [sn; sm] • Reglajul tensiunii este eficient numai la funcţionarea în sarcină • Reglajul tensiunii este eficient la motoarele asincrone cu alunecare nominală mărită • Odată cu scăderea tensiunii de alimentare, scade capacitatea de supraîncărcare a motorului Caracteristicile mecanice artificiale, în cazul reglajului turaţiei prin modificarea tensiunii de alimentare n M

U1n>U'1

Mm M'm

U1n>U'1

n0 n

U1n

U'1

U1n

U'1

sm

Conf.dr.ing. Gloria CIUMBULEA

s

M'm

Mm

M

10

CAP.7

REGLAREA TURAŢIEI MOT.EL.

7.2.4 Reglarea turaţiei prin variaţia rezistenţei rotorice, (reglaj reostatic)

• Această metodă se utilizează numai în cazul motoarelor asincrone trifazate cu rotor bobinat • Reglajul turaţiei se realizează prin înserierea unei rezistenţe reglabile, Rr, în circuitul rotoric OBSERVAŢII:

• La creşterea rezistenţei rotorice Rr rezultă: •• creşte alunecarea critică sm •• cuplul maxim Mm ramâne constant •• cuplul de pornire Mp creşte •• turaţia de sincronism n1 rămâne constantă • Metoda este eficientă la funcţionarea în sarcină a motorului şi pe durată scurtă, (apar pierderi mari în circuitul rotoric, ceea ce conduce la scăderea randamentului) Caracteristicile mecanice artificiale în cazul reglajului reostatic al turaţiei Rr1