53
MASINI SI MUTATOARE ELECTRICE. 8.1. Motoare electrice. Motoarele electrice transforma energia electrica absorbita din retelele de alimentare in energie mecanica. Aceasta transformare se face prin cuplajul electromagnetic in rotatie, al celor doua circuite ( circuitul statoric si circuitul rortoric al motoarelor ). Motoarele electrice se impart in doua mari grupe: - motoare de curent continuu; - motoare de curent alternativ. Ele pot fi monofazate sau polifazate. Motoarele electrice de curent continuu se impart, la randul lor, in trei categorii, potrivit celor trei tipuri de excitatie a acestora, si anume: motoare derivatie, motoare serie si motoare mixte. La randul lor, motoarele electrice de curent alternativ se impart si ele in doua caregorii principale, si anume: motoare asincrone si motoare sincrone. Cele asincrone pot fi: cu rotorul bobinat( cu inele de contact ), cu rotorul in scurtcircuit( colivie ) si de constructii speciale ( bare inalte, dubla colivie). In practica motoarele electrice de curent alternativ sunt mai utilizate decat motoarele de curent continuu. Motorul electric asincron. Motorul electric asincron este o masina electrica simpla, robusta, usor de manipulat, ieftina, avand un randament bun si un cuplu de pornire ridicat. El este caracterizat printr-o viteza de functionare care variaza cu sarcina( la frecventa constanta a curentului de alimentare ). Ca orice masina electrica, motorul asincron este reversibil, adica, daca este antrenat de un alt motor primar la viteze suprasincrone, el functioneaza ca generator electric, iar daca i se caleaza rotorul el functioneaza ca transformator static( regulator de inductie ), folosit la reglarea tensiunii retelelor. Cand motorul asincron functioneaza in gol, el absoarbe un curent aproape in intregime reactiv( pentru magnetizarea 1

Masini Si Mutatoare Electrice

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Masini Si Mutatoare Electrice

Citation preview

Page 1: Masini Si Mutatoare Electrice

MASINI SI MUTATOARE ELECTRICE.

8.1. Motoare electrice.

Motoarele electrice transforma energia electrica absorbita din retelele de alimentare in energie mecanica. Aceasta transformare se face prin cuplajul electromagnetic in rotatie, al celor doua circuite ( circuitul statoric si circuitul rortoric al motoarelor ).Motoarele electrice se impart in doua mari grupe:

- motoare de curent continuu;- motoare de curent alternativ.

Ele pot fi monofazate sau polifazate.Motoarele electrice de curent continuu se impart, la randul lor, in trei categorii, potrivit celor trei tipuri de excitatie a acestora, si anume: motoare derivatie, motoare serie si motoare mixte.La randul lor, motoarele electrice de curent alternativ se impart si ele in doua caregorii principale, si anume: motoare asincrone si motoare sincrone. Cele asincrone pot fi: cu rotorul bobinat( cu inele de contact ), cu rotorul in scurtcircuit( colivie ) si de constructii speciale ( bare inalte, dubla colivie).In practica motoarele electrice de curent alternativ sunt mai utilizate decat motoarele de curent continuu.

Motorul electric asincron.

Motorul electric asincron este o masina electrica simpla, robusta, usor de manipulat, ieftina, avand un randament bun si un cuplu de pornire ridicat. El este caracterizat printr-o viteza de functionare care variaza cu sarcina( la frecventa constanta a curentului de alimentare ). Ca orice masina electrica, motorul asincron este reversibil, adica, daca este antrenat de un alt motor primar la viteze suprasincrone, el functioneaza ca generator electric, iar daca i se caleaza rotorul el functioneaza ca transformator static( regulator de inductie ), folosit la reglarea tensiunii retelelor.Cand motorul asincron functioneaza in gol, el absoarbe un curent aproape in intregime reactiv( pentru magnetizarea circuitului sau magnetic ). Pentru pierderile in fier si in infasurari, mecanice si de ventilatie, el absoarbe un curent activ redus. In aceasta situatie, factorul sau de putere (cos φ) este foarte mic la mersul in gol, deci un dezavantaj.Motoarele electrice asincrone sunt de mai multe tipuri si anume:

- cu rotorul bobinat( si cu inele colectoare);- cu rotorul in scurtcircuit;- cu rotorul in bare inalte;- cu rotorul de tip Dolivo- Dobrovolski ( dubla colivie)

Cele mai utilizate sunt primele doua tipuri.

1

Page 2: Masini Si Mutatoare Electrice

Elemente constructive ale motorului electric asincronMasina asincrona trifazata are . doua parti constructive de baza :- statorul, parte imobila: care cuprinde miezul feromagnetic, carcasa cu talpile de prindere in fundatie,infasurarea statorica, scuturile cu lagare, cutia de borne, dispozitivul cuperii (numai la unele tipuri);- rotorul, parte mobila, care cuprinde miezul feromagnetic rotoric,infasurarea rotorica, inelele de contact (numai la unele tipuri).Miezul statoric este realizat din tole de otel electrotehnic, de grosime0,5 mm, izolate cu lac, strinse in pachet rigid si prins in carcasa masinii.Miezul are forma cilindrica, la periferia interioara a acestuia fiind practicate crestaturi distribuite in mod uniform. In crestaturi sunt plasate bobinele unei infasurari trifazate. Infasurarea statorica este alcatuita din trei infasurari de faza identice ca date constructive (conductor, numar de bobine si spire). Cele trei infasurari sint decalate la periferia interioara cu unghiul geometric 2π/3p una fata de celelalte, ocupa acelasi numar de crestaturi si sint conectate intre ele in stea sau triunghi si legate la o retea trifazata de c.a. prin intermediulunei cutii de borne statorice. Conductorul utilizat este din cupru. Spirele bobinelor sint izolate fata de peretii crestaturii, conductorul la rindul sau fiind si el izolat. Infasurarile se impregneaza cu lac pentru rigidizare, o mai buna izolare si o mai buna conductie termica.

fig. 8.1. Infasurare trifazata statorica.

2

Page 3: Masini Si Mutatoare Electrice

Fig.8.2.Sectiunile longitudinala si transversala printr-un motor asincron trifazat cu rotor bobinat:1 - Inele colectoare ; 2 - capac cutie inele colectoare ; 3 - bara suport portperii; 4 - ureche de ridicare ; 5 - miezul statoric; 6 - carcasa :7 - infasurare statorica ; 8 - infasurare rotorica ; 9-suport cap bobina rotorica; 10 - ventilator; 11 :- cutie inele colectoare; 12:- scut (capac)tractiune ; 13.- cablu de legatura a infasurarii rotorice la inelele colectoare : .14- bulon. de legatura intre un inel si cablul rotoric ; 15 – cutie borne rotor; 16 - sita de protectie ; 17- miez rotoric; 18- portperii ; 19- crestatura stator; 20 - crestatura rotor; 21 - cutie borne stator.

Miezul rotoric are tot forma. cilindrica si este realizat tot din tole de otel electrotehnic, de grosime 0,5 mm, uneori izolate intre ele, fiindca, asa cum vom vedea, frecventa de magnetizare a tolelor rotorice este foarte redusa in cazul functionarii ca motor si in consecinta pierderile in fier sunt neinsemnate.La periferia miezului sint practicate in mod uniform crestaturi in care se plaseaza infasurarea rotorica. Miezul este strans rigid si solidarizat cu arborele rotoric (prin pana, de exemplu).Infasurarea rotorica poate prezenta mai multe forme constructive. O prima varianta este infasurare trifazata, realizata din trei infasurari de faza, decalate la periferia rotorului cu 2π/3p una fata de celelalte, alcatuite din bobine plasate in crestaturi. De cele mai multe ori, infasurarile de faza sunt conectate in stea, mai rar in triunghi. Capetele libere ale infasurarii trifazate sint legate fiecare la cate un inel din material conductor. Cele trei inele sintizolate unul fata de celalalt si toate fata de arborele rotoric, dar sint solidarizatecu arborele, rotindu-se odata cu acesta. Pe fiecare inel freaca cite o perie (sau mai multe legate iu paralel) de bronz-grafit. Cele trei perii sint legate apoi la trei borne plasate intr-o cutie de borne a rotorului. Evident, sistemul de inele si perii asigura contacte alunecatoare intre lnfasurarea rotorica si anumite instalatii din exteriorul motorului. Prin intermediul acestui sistem de contacte alunecatoare se poate interveni deci in circuitele rotorice, modificindu-se dupa necesitati parametrii circuitelor de faza sau conectand aceste circuite la surse trifazate exterioare. Unele motoare asincrone cu rotor bobinat (sau, cum se mai spune, cu inele) sint prevazute in plus cu un dispozitiv care realizeaza scurtcircuitarea celor trei inele. In acest fel, infasurarea rotorica trifazata este inchisa in scurtcircuit (dubla stea). Dispozitivul este manevrat manual. Uneori, pe linga scurtcircuitarea inelelor, dispozitivulrespectiv indeplineste dupa scurtcircuitarea inelelor si ridicarea periilor de pe inele, in scopul micsorarii pierderilor prin frecare si a uzarii inutile a periilor.

3

Page 4: Masini Si Mutatoare Electrice

Infasurarea rotorica se poate prezenta si sub forma unei colivii de veverita, adica a unui ansamblu de bare din material conductor care umplu crestaturile rotorice de forma adecvata, barele fiind scurtcircuitate la ambele capete de inele conductoare din acelasi material (fig. 8.3). In acest caz, se spune ca rotorul masinii este in scurtcircuit sau in colivie. Masinile cu rotorul in scurtcircuit se construiesc la rindul lor in trei variante principale: a) masinieu o singura colivie de executie normala : b) masini cu crestatura adanca, numite si masini cu bare inalte; c). masini cu dubla colivie.

Fig 8.3. Colivie de veverita. Fig. 8.4. Cresta-. Fig.8.5. Crestatura si inelul -tura rotorica pentru de scurtcircuitare pentru colivie simpa. colivie cu bare inalte.

La rotoarele in colivie simpla, crestaturile rotorului au de cele mai multe ori, forma ovala (fig. 8.4) si sunt inchise printr-un prag de grosime 0,4 ...0,5 mm. Prin intermediul unei masini si al unei forme speciale, colivia se realizeaza prin turnare din aluminiu. Odata cu barele care umplu crestaturile se toarna si inelele frontale de scurtcircuitare. Adeseori inelele sint prevazute cu niste aripi pentru intensificarea ventilatiei.Forma crestaturii la un rotor cu crestaturi adanci este aratata in figura 8.5. Inaltimea crestaturii depaseste latimea ei de 10 ... 12 ori. Colivia se executa in acest caz din bare de cupru de sectiune dreptunghiulara iar inelele K de scurtcircuitare (fig. 8.5), de cele mai multe ori sunt din cupru lat, de dimensiuni corespunzatoare barelor. Barele si inelele K se sudeaza cu ajutorul unui aliaj greu fuzibil. La fel ca si la colivia simpla, normala, intre bare si peretii crestaturilor nu se afla nici o izolatie.Masina cu dubla colivie are doua colivii: cea superioara S (fig. 8.6), cu rezistenta electrica relativ mare si eu reactanta mica, se executa din alama sau din bronz special, iar cea inferioara I, dimpotriva, cu o rezistenta cat mai mica si cu o reactanta relativ mare, se confectioneaza din cupru. Forma crestaturilor poa te fi cea superioara rotunda, .iar cea inferioara dreptunghiulara sau ovala, Intre crestaturile celor doua colivii exista o taietura, care exercita o influenta importanta asupra caracteristicilor masinii. Inelele KI si K2 (fig. 8.6, a) de scurtcircuitare pentru ambele colivii se fac in mod obisnuit din cupru. Adeseori dubla colivie se realizeaza prin turnare din aluminiu (fig. 8.6, b). In acest caz, taietura dintre colivii se umple,de asemenea, cu aluminiu.

4

Page 5: Masini Si Mutatoare Electrice

Fig. 8.6. Tipuri de crestaturi si inelele de scurtcircuitare pentru dublacolivie:a - colivie din bare; b - coIivie turnata .

Intrefierul dintre stator si rotor are un rol important. Intr-adevar, inductia electromagnetica mutuala dintre infaaurarile statorica si rototica este cu atit mai buna, cu cat intrefierul este mai mic. La masinile asincrone, intrefierul a se limiteaza la minimum admisibil din considerente mecanice. Astfel, la motoare normale pana la 10 kW, a = 0,35 ... 0,50 mm; la motoare de 10 ... 100 kW, a = 0,50 ... 0,80 mm. Daca motorul lucreaza in conditii grele, de exemplu cu socuri importante de cuplu rezistent, atunci el se executa eu intrefier sporit (cu aproximativ 1,5 ori) .

Materiale utilizate in constructia masinilor electrice

Miezurile feromagnetice se executa din materiale magnetiee moi, fonta sau otel masiv si in cazul campurilor magnetice variabile in timp, pentru reducerea pierderilor prin histerezis si curenti turbionari, din tole de otel electrotehnic aliat cu siliciu. La transformatoare in ultimul timp se utilizeaza larg tole laminate la rece cu proprietati superioare in directia laminarii tolelor laminate la cald. In constructia masinilor electrice rotative se utilizeaza tole laminatela .rece si la cald.Materialul conductoarelor (infasurarilor) este cuprul electrolitic sau aluminiul. In principal infasurarile se realizeaz a din cupru, aluminiul este utilizat mai ales la transformatoare si la infasurarile in scurtcircuit ale rotoarelor masinilor de inductie. .Materialele eleetraizalante prezinta deosebita importanta in constructiamasinilor electrice. Ele sunt utilizate la izolarea relativa si fata de miezulmagnetica conductoarelor infasurarilor, la izolarea tolelor etc.Pentru a nu se degrada, nu trebuie depasita o temperatura maxim admisibila a materialelor electroizolante care din acest punet de vedere se impart in clase de i zolatie..

Pornirea motoarelor asincrone. Problemele de baza ale pornirii motorului asincron ca si ale oricarui motor, in general, sint puse de valoarea cuplului de pornire si de valoarea socului de curent la pornire. Pentru ca rotorul sa poata sa accelereze trebuie ca motorul sa dezvolte cuplu mai mare decit cuplul rezistent produs de masina de lucru actionata si de frecari, Intr-o serie de cazuri (mori cu bile, compresoare, instala tii foraj, masini de ridicat etc.) este necesar un cuplu de pornire relativ mare, chiar mai mare uneori decat cuplul nominal. De diferenta dintre cuplul motorului si cuplul rezistent, in decursul procesului tranzitoriu de pornire, depinde si timpul total al pornirii, care poate influenta sensibil productivitatea masinilor de lucru in multe cazuri.

5

Page 6: Masini Si Mutatoare Electrice

Pe de alta parte, marimea curentului de pornire absorbit de la reteaua alimentare este limitata de unele conditii impuse de insasi reteaua electrica sau de motor. La s = 1, rezistentaechivalenta rotorica ia cea mai mica valoare, ceea ce face ca impedanta rotorica Zsa aiba cel mai mic modul posibil, atragind dupa sine un curent rotoric efectiv stationar mare si, corespunzator, si un curent statoric efectiv aproximativ 5 ... 8 ori IN. Tinind seama de regimul tranzitoriu, valoarea instantanee a curentului statoric (sau rotoric) poate atinge de 10... 14 orivaloarea curentului nominal. Desigur, pe masura ce motorul accelereaza si alunecarea scade, scade si curentul absorbit de la retea in mod automat pina limitele impuse de cuplul rezistent stationar. In cazul unor motoare puternice si ale unor retele slabe, se impune micsorarea curentului de pornire. Avind in vedere cele expuse, la pornirea motoarelor asincrone trifaza te folosesc diferite procedee si instalatii auxiliare.Alegerea procedeului de pornire a motoarelor asincrone trebuie sa aiba loc cu respectarea anumitor factori, printre care unii legati de cerintele sistemului de actionare electrica, iar altii de necesitatile retelelor uzinale 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 suprasolicitani termice, daunatoare mai ales izolatiei infasurarilor; cuplul electromagnetic al motorului este necesar sa asigure accelerarea rapida a sistemului de actionare, Procedeele de pornire difera dupa tipul constructiv al rotorului, in scurtcircuit sau bobinat. In alegerea uneia sau a alteia dintre metodele de pornire vom avea in vedere si considerentele de ordin economic.Daca la motoarele de curent continuu cuplurile electromagnetice maxime sunt limitate de catre comutatie, in cursul pornirii, si de solicitarile mecanice dezvoltate, in elementele sistemului de actionare, la motoarele asincrone apar ca esentiale incalzirea, datorita curentilor mari ca si eforturile electrodinamice dintre capetele de bobine la asemenea curenti.Desi toa te procedeele de pornire a motoarelor asincrone in scurtcircuit pot fi aplicate si celor cu rotorul bobinat, acestea din urma se pornesc aproape in exclusivitate cu reosta t in circuitul rotoric, datorita realizarii unui cuplu mare la pornire.Motoarele electrice asincrone nu pot fi pornite direct decat pentru puteri mici( in Romania pana la 4 kW, inclusiv pentru retelele de 230 V si pana la 5,5 kW pentru retelele de 400 V. Pentru puteri mai mari, la pornire se folosesc:

- comutatoare stea – triunghi;- autotransformatoare de pornire;- reostate de pronire( intre reteaua de alimentare si stator ).

Pornirea directa

Acest procedeu de pornire conduce la schemele cele mai simple si sigure in exploatare, el constind in aplicarea simultana in stator a tensiunilor nominale pe faza. Curentul de pornire Ip coincide cu curentul de scurtcircuit la tensiunea norninala, fiind relativ ridicat. La motoarele cu colivie simpla, de puteri nominale pana la 100 kW, Ip = (5 ... 8) IN.In tabelul 8.1 s-au indicat curentul si cuplul de pornire relativi, in situatia pornirii directe a unor motoare asincrone.

6

Page 7: Masini Si Mutatoare Electrice

Tabel 8.1 Curentul relativ si cuplul de pornire relativ la pornirea directa a unor motoare asincrone (valori orientative)

Curentul mare preluat din retea produce importante caderi de tensiune in reteaua de alimentare, care pot deranja alti consumatori si mai ales iluminatul electric din retelele mixte; aparatele electrice de conectare si masurare sunt de asemenea solicitate. Intre capetele frontale ale bobinelor statorice se produc eforturi electrodinamice importante.Pornirea directa este brusca si rapida, cu socuri dinamice ridicate in elementele cinematice ale transmisiei. Dezavantajele descrise care acompaniaza pornirea directa a motorului asincron, practicata in exclusivita te la motorul cu rotorul in colivie, nu se accepta in general decit la puteri norninale mici, pina la 5,5 kW, 380 V. In cazuri speciale, cu acordul intreprinderii furnizoare de energie electrica, se permite si pornirea directa a motoarelorasincrone de puteri nominale mai mari. Puterea nomina a celui mai mare motor asincron pornit direct nu trebuie sa depaseasca 20% din puterea nominala a transformatorului care alimenteaza reteaua de alimentare. Pornirea directa a motorului asincron in scurtcircuit se intalneste la numeroase masini-unelte, ventilatoare, polizoare.In figura 8.7. este redata schema electrica de principiu pentru comanda automatizata a pornirii directe intr-un singur sens. Daca apasam pe butonul b1 , cu intreruptorul a1 inchis, contactorul c actioneaza : se conecteaza astfel la retea infasurarea statorica a motorului asincron m eu rotorul in scurtcircuit.Prin inchiderea simultana a contactului auxiliar normal deschis din circuitul 3 se asigura alimentarea bobinei contactorului c, dupa incetarea apasarii butonului b1. Releele electromagnetice e2 de eurent maximal (I>)protejeaza motorul impotriva scurtcircuitelor, iar releele termice e3 protejeaza motorul la supracurenti moderati, dar de durata. Motorul mai este protejat la supracurerrti si de sigurantele fuzibile e1 . Motorul se opreste dupa dorinta prin actionarea butonului b2, care intrerupe alirnentarea bobinei contactorului c. Pentru pornirea in ambele sensuri, in comparatie eu schema precedenta mai apare un contactor (fig. 8.8.) pentru celalalt sens de functionare si o interblocare a contactoarelor, pentru evitarea unor comenzi gresite (care ar putea duce la inchiderea simultana a contactelor principale (de forta) c1si c2 si deci la scurtcircuitarea retelei de alimentare). Daca sunt necesare mai multe puncte de comanda a pornirii si opririi, amplasate in diferite locuri, butoanele de oprire se conecteaza in serie, iar butoanele de pornire in paralel.

7

Page 8: Masini Si Mutatoare Electrice

Fig.8.7 Schema de comanda automatizata a Fig. 8.8. Schema de comanda automatizata a porniriipornirii direacte a unui motor asincron directe reversibile.trifazat

Pornirea stea – triunghi.

Aceasta metoda de pornire indirecta consta in aplicarea tensiunilor nominale infasurarii trifazate statorice, conectata initial in stea , La atingerea unei viteze de circa 90 ... 95 % din cea de sincronism, infasurarea trifazata statorica se comuta in triunghi. Comutarea poate avea loc manual (fig. 8.9, a), folosindu-se comutatoare stea-triunghi ori controlere sau automat;in ultima. ipoteza se utilizeaza contactoare si relee de timp. La noi in tara se fabrica, comutatoare stea-triunghi manuale si automate, de curenti nominali de 25, 63, 100, 200 A, in ulei sau aer, cu maximum 30 conectari pe ora.Curentul se micsoreaza la pomirea in stea de trei ori fata de curentul din cazul pomirii directe cu infasurarea statorica conectata in triunghi. Cu notatiile din figura 8.9, b, curentul efectiv de linie de regim stationar cind conexiunea in stator este in stea, are expresia

in cazul conexiunii in triunghi, curentul de linie absorbit este:

verificindu-se ca:

In relatiile anterioare Zf semnifica impedanta echivalenta pe faza la s = 1 a motorului.

8

Page 9: Masini Si Mutatoare Electrice

Deoarece tensiunile de faza scad de ori la legarea in stea , cuplul electromagnetic de pornire scade de trei ori fata de cel corespunzator pornirii directe cu infasurarea statorica conectata in triunghi (se stie di acest cuplu este proportional cu patratul tensiunii statorice de faza). Inconvenientul mentionat limiteaza aplicarea pornirii stea-triunghi numai acolo unde pornirea se face in gol sau cu un cuplu static rezistent redus, excluzadu-se pornirile in plina sarcina cu acest procedeu.La comutarea in triunghi au loc salturi de curenti si de cuplu.Nerespectarea a tingerii 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 celerealizate 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 motorului, mai mici de 1/3 din valoarea norninala, statorul poate fi comutat din nou in stea. In acest mod scade curentul absorbit, factorul de putere si randamentul imbunatatindu-se ; se realizeaza astfel redueerea pierderilor de energie.Pornirea stea-triunghi poate fi aplicata numai motoarelor asincrone a caror infasurare statorica are accesibile toate cele sase borne, avind tensiunea statorica de faza egala cu tensiunea de linie a retelei de alimeniare.In reteaua de distributie de joasa tensiune de 220/380 V de care dispunem in Romania, daca pe placuta indicatoare a motorului este scris 220/380 V, motorul nu poate fi pornit in stea-triunghi. Intr-adevar, 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 nominala de faza. Pe placuta indicatoare a motorului trebuie sa existe mentiunea 380/660 V, motorul comandandu-se ca atare.Pornirea stea-triunghi se utilizeaza la motoarele asinerone in scurtcircuit de putere nominala mica, de regula 3 .....10 kW, 220 V pe faza statorica, 5,5 ... 14 kW, 380 V pe faza statorica. Cu acordul intreprinderii furnizoare de energie electrica, acest proeedeu de pornire poate fi insa aplicat si la motoare de putere nominala mai ridicata.

Fig. 8.9. Pornirea stea triunghi

9

Page 10: Masini Si Mutatoare Electrice

Fig. 8.10. Sisteme de conexiuni in cutia de borne a motorului.Pentru puteri mai mai de 150 kW se foloseste autotransformatorul de pornire. Acesta se intercaleaza intre reteaua electrica de alimentare si statorul motorului.Autotransformatorul de pornire reduce tensiunea de alimentare cu pana la 50-70 % potrivit cu valoarea curentului si cuplului de pornire dorit.Metoda folosirii de reostate de pornire se aplica indosebi in cazurile in care motorul respective poate porni in gol sau in sarcina redusa, deoarece cuplul de pornire scade foarte mult( mai ales in cazul in care curentul de pornire nu trebuie sa depaseasca valoarea celui de scurtcircuit).

Reglajul vitezei motoarelor

Reglajul vitezei motoarelor asincrone se face prin:- rezistoare introduce in circuitul rotoric( reglajul vitezei in sarcina);- variatia tensiunii aplicate( prin autotransformator sau transformator );- variatia frecventei ( tiristoare, convertizoare de frecventa );- variatia numarului de poli( permite 2-3 trepte de viteza ).

Sacderea tensiunii de alimentareIn cazul scaderii tensiunii de alimentare a motorului asincron se produc urmatoarele modificari:

- curentul din stator sic el din rotor cresc( in aceeasi proportie cu scderea tensiunii, temperatura creste proportional cu patratul scaderii tensiunii);

- pierderile in infasurari cresc cele in fier scad;- curentul de pornire scade;- cuplul de pornire sic el maxim scad;- turatia scade putin;- factorul de putere (cos φ) se imbunatateste;- randamentul ramane practice acelasi.

Crsterea tensiunii de alimentareIn cazul cresterii tensiunii de alimentare se produc urmatoarele modificari:

- curentul din rotor sic el active din stator scad( invers proportional cu tensiunea)- pierderile in infasurari scad cele in fier cresc;- curentul de pornire creste( in aceeasi proportie cu cresterea tensiunii );- cuplul de pornire si cel maxim cresc ( proportional cu patratul cresterii tensiunii);- turatia creste putin( datorita pierderilor mai mici in rotor);- factorul de putere scade;- randamentul variaza putin.

10

Page 11: Masini Si Mutatoare Electrice

Motorul asincron monofazat.

Motorul asincron monofazat are caracteristici diferite de cel trifazat. Astfel, curentul de mers in gol al acestuia este de circa trei ori mai mare decat al motorului trifazat, iar factorul de putere(cos φ) mai scazut cu 10-12 %.El are un cuplu de pornire nul si se poate rotii in orice sens( dupa impulsul care i se da initial). Randamentul sau este cu 2-4 % mai mic decat al motorului trifazat.Pentru ca motorul asincron monofazat sa poata porni totusi singur, i se mai prevede o infasurare auxiliara, decalata cu 90 0 electrice fata de infasurarea principala, care se alimenteaza cu un curent decalat fata de cel principal. Acest lucru se realizeaza cu ajutorul unor reactante sau rezistor, creandu-se astfel in motor un camp de invartire bifazat, deci un cuplu de pornire. In afara de acest mod de pornire exista si alte posibilitati, cum ar fi folosirea de condensatoare de pornire, care, de obicei, se deconecteaza cand viteza motorului a atins circa 80 % din cea normala.

Motorul electric sincron.

La motorul sincron statorul este o infasurare alimentata in curent alternativ, iar rotorul, cu o infasurare de excitatie alimentata in curent continuu. Masinile sincrone se construiesc ca generatoare, motoare sau compensatoare de faza.Ele se deosebesc intre ele, in principal, prin faptul ca la generatoare cuplul la arbore are aens invers fata de cel la motoare, iar la compensatoare acest cuplu este practic nul.Caracteristica principala a motorului sincron este aceea ca viteza rotorului sau este constanta, indifferent de sarcina( pentru aceeasi frecventa a retelei ).Ea se numeste viteza de sincronism si este data de relatia:

in care:- n- este viteza de sincronism;- f- frecventa retelei de alimentare;- p- numarul de perechi de poli ai motorului.

Motorul sincron poate suporta diverse sarcini, pana la sarcina maxima numita ,, sarcina de desprindere”, functie de caracteristicile lui. Daca aceasta sarcina este deoasita, motorul isi pierde sincronismul( turatia rotorului cu ,, campul invartitor” al infasurarii statorice) si se desprinde de sarcina.Cuplarea masinii sincrone la retea se poate face numai daca sunt indeplinite urmatoarele conditii:

- masina sa fie adusa la turatia de sincronism;- tensiunea la bornele sale sa fie egala cu a retelei;- succesiunea fazelor masinii sa fie aceeasi cu cea a retelei;- in momentul cuplarii sa fie opozitie de faza intre tensiunea retelei si cea a masinii(

generatorului ).Motorul sincron prezinta avantajul, fata de motorul asincron, ca, avand un factor de putere ( cosφ ) foarte bun,imbunatateste factorul de putere general al instalatiilor electrice la care este racordat. El prezinta insa dezavantajul ca nu are posibilitatea de variatie a vitezei si ca necesita o instalatie de excitatie si pornire.

11

Page 12: Masini Si Mutatoare Electrice

Pornirea motorului sincron se face fie cu motor asincron, fie cu ajutorul unui alt motor in lansare. In primul caz si cel mai folosit, motorul sincron se alimenteaza cu o tensiune redusa ( (0,3-0,5) U), produsa de un autotransformator special de pornire sau un transformator cu prize, si el se va roti ca si indusul in scurtcircuit al unui motor asincron. De la pornire si pana la ajungerea la viteza de sincronism, bobinajul excitatiei motorului trebuie scurtcircuitat sau inchis printr-o rezistenta mare, pentru a nu se produce in el tensiuni periculoase.Motorul sincron se foloseste acolo unde nu este nevoie de variatie a vitezei de rotatie, si anume la : convertizoare de mare viteza, compresoare, ventilatoare etc.Daca este necesar ca un motor sincron sa produca energie reactiva, el trebuie sa functioneze supraexcitat.In cazul in care un motor sincron functioneaza fara sarcina si supraexcitat, el debiteaza energie reactiva in reteaua la care este racordat, luand denumirea de ,,compensator de faza”.

Alegerea motoarelor electrice pentru diverse utilizari

In alegerea celor mai potrivite motoare electrice pentru actionarea diverselor mecanisme industriale, utilaje agricole, aparate medicale, aparate electrocasnice etc., se au in vedere, in principal, urmatoarele elemente: tensiunea, puterea si viteza la care vor trebui sa functioneze electromotoarele respective.In ceea ce priveste tensiunea, aceasta este determinata de tensiunea retelei electrice de distributie sau a instalatiei electrice din cladirea sau incinta in care se monteaza electromotorul, dupa caz.Stabilirea puterii electromotoarelor este de o importanta deosebita. Regula generala este ca fiecare electromotor sa aiba o putere egala sau cat mai apropiata de puterea necesara functionarii utilajului pe care-l deserveste. Aceasta regula urmareste nu numai costul unui electromotor de putere mai mare decat cea necesara, care nici el nu trebuie neglijat, cat mai ales asigurarea randamentului optim la care trebuie sa lucreze fiecare electromotor.Este stiut ca un electromotor supradimensionat functioneaza cu un randament scazut, ceea ce inseamna ca el consuma permanent, inutil, pentru nevoile proprii de functionare, o energie electrica activa si, mai ales, o energie electrica reactiva mai mare decat cea consumata de un electromotor mai mic ( potrivit cu utilajul pe care acesta il actioneaza ).Iata, deci, ca alegerea motoarelor electrice de putere corespunzatoare constituie si una din masurile de rationalizare a consumului de energie electrica. Pentru a putea stabili cat mai exact puterea si caracteristica mecanica ( variatia vitezei de rotatie in functie de sarcina ) ce trebuie sa le aiba un electromotor, este necesar sa cunoastem cat mai exact regimul de lucru al utilajului care va fi actionat. In ceea ce priveste viteza electromotorului, aceasta trebuie, de asemenea, stabilita cat mai corect, deoarece ea poate influenta cresterea productivitatii utilajului actionat, precum si dimensiunile si costul electromotorului ( stiut fiind ca pentru viteze mai mici dimensiunile si costul electromotoarelor sunt mai mari ).De multe ori, din diferite motive, se ivesc situatii cand electromotoarele nu pot fi cuplate direct cu utilajul actionat. In asemenea situatii se prevad organe de transmisie intre electromotoare si utilajele actionate de catre acestea( roti dintate, curele de transmisie etc.), iar la stabilirea puterii electromotoarelor trebuie sa se tina seama si de pierderile suplimentare din aceste transmisii.De asemenea, la stabilirea puterii electromotoarelor trebuie sa se tina seama si de efortul suplimentar pe care acestea trebuie sa-l depuna la pornirea si oprirea utilajului actionat sau la diverse schimbari de viteza ale acestuia( inertia).

12

Page 13: Masini Si Mutatoare Electrice

Alegerea motoarelor electrice se face tinandu-se seama si de tipul de constructie al acestora, astfel incat ele sa corespunda conditiilor de lucru impuse de mediul in care vor trebui sa lucreze( protejare impotriva prafului, a umezelii, a gazelor, a acizilor etc.) Astfel, exista electromotoare de tip deschis, de tip inchis, antigrizutoase etc.In cele ce urmeaza se arata succint si orientativ modul in care se poate determina, cu suficienta precizie, puterea electromotorului necesar actionarii unui utilaj. Determinarea se face pe baza unei formule denumita – ecuatia de miscare – sau – ecuatia de echilibru mecanic -.Se cunoaste ca puterea unui electromotor poate fi exprimata si prin relatia:

in care:- Mm – este cuplul la arborele motorului;- ωm – viteza unghiulara a motorului.

Motorul trebuie sa invinga:- Mr – cuplul rezistent la arborele utilajului;- ωr – viteza unghiulara a arborelui utilajului.

Raportul celor doua viteze ; se numeste ,, raportul de transmisie”.

Se pot ivi doa situatii, si anume:a) motorul trebuie cuplat direct cu utilajul( ωm=ωr);b) motorul trebuie cuplat prin angrenaj cu utilajul actionat( ωm≠ωr).

In prima situatie fara angrenaj:Mm=Mr ( daca nu se tine seama de cuplul de pornire si de oprire).Mm=Mr + Md ( daca se tine seama de cuplul de pornire si oprire)unde:

( denumit ,, cuplul dinamic”, necesar pentru accelerarea motorului la pornire), in

care:- GD2 este momentul de volant al utilajului;- G – greutatea utilajului in miscarea de rotatie, kgf;- D – diametrul de inertie al utilajului, m;- a – acceleratia imprimata ( depinzand de modul de functionare a utilajului).

Inlocuind obtinem ecuatia de miscare

.

In a doua situatie:Mr si GD2 se maresc datorita angrenajului( cu randamentul lui η ) ce trebuie si el antrenat, respectiv accelerat, devenind :

( cuplul rezistent raportat la arborele motorului )

( cuplul dinamic raportat la arborele motorului), astfel ca ecuatia de

miscare in aceasta situatie devine:

13

Page 14: Masini Si Mutatoare Electrice

Odata determinate valorile acestor doua cupluri( rezistent si dinamic) si alegandu-se pentru acceleratie (a) o valoare corespunzatoare utilajului considerat, se determina si cuplul la arborele motorului ( Mm).Puterea electromotorului se determina cu relatia:

,

in care:- n – este viteza nominala a electromotorului( rot/ min);

Pentru alegerea corecta a electromotorului trebuie sa se tina seama si de alte elemente, cum sunt:

- caracteristica mecanica a electromotorului necesar, adica variatia cuplului la arborele acestuia, in functie de viteza de rotatie;

- gradul de incalzire al electromotorului;- regimul in care va lucra utilajul actionat( stiut fiind ca majoritatea utilajelor

functioneaza cu cupluri rezistente variabile in timp). In functie de procesele tehnologice pot functiona intermittent sau cu socuri de sarcina etc; regimul de functionare trebuie aratat in detaliu prin grafice de sarcina in functie de timp

In cazul unui utilaj care functioneaza cu cuplu rezistent variabil, trebuie, pentru simplificarea in determinarea puterii electromotorului necesar, sa i se stabileasca un cuplu mediu, denumit ,, cuplu echivalent”( care ar conduce la aceeasi incalzire a electromotorului ca si cuplurile rezistente diferite, care se produc practice). Pentru aceasta se foloseste formula care da valoarea cuplului echivalent:

in care:Mr1, Mr2… sunt cuplurile rezistente pe duratele de timp t1, t2 ( mentionate in graficul de functionare al utilajului).Cu ajutorul cuplului echivalent se determina puterea echivalenta a electromotorului:

, care, este, bineinteles, mai mica decat puterea necesara.

Corectia se face, in general, prin alegerea unui electromotor de putere standardizata imediat superioara celei calculate.In cazul in care exista si un angrenaj, se raporteaza cuplul echivalent la arborele electromotorului – asa cum s-a aratat mai sus- si se verifica electromotorul la incalzire, luandu-se in cosiderare sarcina cea mai mare, indicata in graficul de sarcina al utilajului.In cazul unui utilaj cu functionare de scurta durata( si sarcini variabile ), cum ar fi, de exemplu, un strung, cuplul echivalent se determina pentru perioada de lucru, fara a se mai tine seama de perioada de oprire.In cazul unui utilaj cu functionare intermitenta( formand cicluri de functionare), cuplul echivalent se determina obisnuit, daca se procura electromotoare special construite pentru acest fel de functionare, sau in formula cuplului echivalent se introduce si timpul de pauza ( la numitorul fractiei de sub radical al formulei), in cazul procurarii de electromotoare normal construite.Astfel, pentru diverse categorii de utilaje, determinarea cuplului lor rezistent si deci a puterii electromotoarelor necesare se face corespunzator modului lor de functionare.Motoarele asincrone trifazate( de puteri mici ) se executa la urmatoarele valori:

a) Puteri nominale , in kW14

Page 15: Masini Si Mutatoare Electrice

0,06 0,09 0,12 0,18 0,25 0,37 0,55 0,75 1,1 1,5 2,2 3 45,5 7,5 11 15 18,5 22 30

(37)40(45)

55 75 80 110 132

Obs: Valorile din paranteze se executa numai in cazuri bine justificate.

b) Pentru tensiuni nominaleMotoarele asincrone trifazate se excuta la tensiuni nominale Motoarele cu tensiuni nominale de 220/380 V se pot fabrica numai pentru echiparea retelelor electrice existente de 220 V si 500 V.

c) Pentru turatii nominaleTuratiile nominale ale motoarelor in functie de turatia nominala trebuie sa fie:

- la frecventa de 50 Hz: 3000,1500,1000,750,600 si 500 rot/ min;- la frecventa de 60 Hz: 3600,1800,1200,900,720 si 600 rot/min.

Motoarele de current continuua) Puteri nominale, in kW

0,45 0,8 0,95 1,7 2,2 2,4 2,66 3,5 4,00 4,6 5,6 6,1 6,211,00 12,5

b) Tensiuni nominaleTensiunile nominale la care se construiesc motoarele de current continuu sunt:24,110,220,275,300,330 V. c) Turatii nominale: 3000,2300,1500,1450,1350,1100,1050,1000 rot/min.Proprietatile motoarelor electrice de constructie obisnuita si domeniile principale de utilizare

Motoarele de curent alternativ sunt de doua feluri si anume:-motoare asincrone de constructie simpla, au pret de cost scazut, au cuplu si curenti

de pornire mari, turatii aproape constante, factor de putere scazut la mers in gol cosφ = 0,2 – 0,5, iar la plina sarcina 0,8 – 0,9, reglarea vitezei lor se face cu oarecare greutate, se folosesc pe scara larga in instalatiile industriale.

-motoare sincrone , se pornesc in asincron sau cu motor auxiliar de antrenare, cuplul lor creste cu sarcina, au turatie constanta( turatia de sincronism), supraexcitate debitaeaza energie reactiva in retea. Se folosesc in industrie ca motoare de mare putere cu turatie constanta si, de asemenea ca grupuri convertizoare si compensatoare sincrone.

Motoarele de curent continuu sunt dupa cum urmeaza:-motoare serie: au cuplu de pornire mare, suporta supraincarcari, se ambaleaza in gol,

turatia variind cu sarcina, se folosesc la tractiunea electrica, precum si penrtu actionarea pompelor si ventilatoarelor;

-motoare derivatie: au cuplu de pornire mic, nu suporta supraincarcari mari, nu se ambaleaza in gol, avand turatie constanta, se folosesc pentru actionarea masinilor de ridicat, masinilor – unelte care necesita turatie constanta ( strunguri ) ;

-motoare mixte diferentiale: au cuplu de pornire mic, turatie constanta, se folosesc indeosebi la instalatii de tesatorie;

- motoare mixte aditionale cu cuplu de pornire mare: suporta supraincarcarea, iar turatia lor variaza cu sarcina; se folosesc la actionarea laminoarelor, a preselor, a pompelor, a ventilatoarelor etc.

Defecte si regimuri anormale in functionarea motoarelor electrice15

Page 16: Masini Si Mutatoare Electrice

In timpul exploatarii si uneori chiar cu ocazia punerii in functiune apar unele defecte ale motorului care conduc fie la imposibilitatea punerii in functiune, fie la constatarea ca motorul functioneaza in regim anormal .Defectele motoarelor asincrone au multiple cauze care deterrnina manifestari diferite dupa natura lor.Dintre cele mai importante defecte ale motoarelor asincrone sunt enumerate mai jos cateva si anume: .- motorul nu porneste sau nu intra in turatia nominala in gol sau in sarcina;- motorul se supraincalzeste la functionarea in gol sau la functionarea in sarcina;- motorul are o functionare zgomotoasa;- la pornire sau in timpul functionarii periile scanteiaza sau apare un cerc de foc la inelele de contact.Se vor explica in cele ce urmeaza aceste defecte, cauzele care le produc si modul de inlaturare .

Motorul nu porneste sau nu intra in turatia nominala in gol sau in sarcinaAcest defect se,manifesta sub mai multe forme.Pornire anormala, Refuzul de a porni poate proveni din cauza intreruperii unui conductor de alimentare, sau a infasurarii statorului sau rotorului, eventual a intreruptorului stea-triunghi la motoarele cu rotorul tip colivie.Se controleaza daca sigurantale sau blocul de protectie de la intreruptorul automat au intrerupt alimentarea si se inlocuiesc, respectiv se inchide intreruptorul: se cauta si se elimina o eventuala intrerupere a conductoarelor de alimentare. Spre a verifica daca este intrerupta infasurarea statorului, se cerceteaza sigurantele, se desprind conductoarele de 1a placa cu borne si se cerceteaza pe rind infasurarile cu ajutorul unui megohmmetru. Daca este intrerupta o singura faza statorica, motorul porneste uneori in ambele sensuri daca este ajutat cu mana, Examinarea infasurarii rotorului se face peste inelele de contact. Se restabilesc legaturile intrerupte, care se gasesc de obicei in punctul neutru al stelei infasurarii sau la pornitor . Pornirea, grea, urmata de scaderea mare a turatiei cand se incarca motorul, poate proveni din cauza intreruperii unei faze a rotorului, (atunci turatia scade la aproximativ 50% din cea nominala) sau din cauza deslipirii barelor cand rotorul este tip colivie, ca urmare a faptuluica motorul prevazut cu pornire prin intreruptor stea-triunghi, a fost pornit in triunghi. Acelasi defect apare cand infasurarea statorului este legata in stea, desi ar trebui legata in triunghi la tensiunea nominala a retelei, sau daca tensiunea de alimentare este prea joasa.In primul caz trebuie controlat cu o lampa de incercare daca cele trei inle sunt sub tensiune, daca legatura la pornitor este buna, daca nu este intrerupta rezistenta pornitorului, daca periile rotorului se aplica bine pe inele si daca resortul pornitorului stabileste bine contactul cu contactele lui, cum si contactul barelor coliviei cu inelul de conexiune al coliviei (inelul de scurtcircuitoare) si se elimina eventualul defect.In cazul al doilea se schimba legatura din stea in triunghi In cazul al treilea se cerceteaza caderea de tensiune pana la motor, se schimba conductele de alimentare cu altele mai groase sau se anunta, daca este nevoie, uzina spre a lua masuri de remediere.

Pornirea motoarelor cu rotorul tip colivie numai cand intreruptorul stea-triunghi este in pozitia de legatura in triunghi, poate proveni din cauza unei intreruperi in intreruptor, sau din

16

Page 17: Masini Si Mutatoare Electrice

cauza ca mecanismul antrenat opune un cuplu de pornire prea mare, pe care motorul nu-l poate invinge la legatura in stea. In primul caz se restabileste legatura intreruptorului,in al doilea trebuie micsorata sarcina la pornire; daca nu este admisibil curentul de pornire care se stabileste cand motorul porneste cu legatura in triunghi, se alege un motor mai mare sau se inlocuieste cu unul cu inele de contactsi pornitor.Pornirea grea, uneori numai din anumite pozitii ale rotorului, insotita de zgomot si incalzire poate proveni din cauza uzarii lagarelor de alunecare ceea ce produce frecarea rotorului de stator, sau numai un intrefier neuniform. Fisurarea scuturilor la locasurile de rulment are acelasi efect ca si uzarea lagarelor de alunecare.Se verifica daca axul motorului are joc dupa verticala sau in directia in care trage cureaua de transmisie, iar in caz afirmativ se inlocuiesc piesele defecte.Turatia anormala. Turatia anormala a motoarelor asincrone se defineste ca acea turatie care este mai mica decit cea normala sau cu sensul gresit.Motorul porneste in sens gresit atunci cand legaturile a doua faze sunt schimbate una cu alta.Se desprind doua faze de la cutia de borne si se schimba intre ele;daca motorul este cu rotorul tip colivie si are intreruptor stea-triunghi, se schimba intre ele doua din conductoarele care duc la intreruptor.T'uratia scazuta la jumatate insotita de zgomot provine din cauza intreruperii unei faze a rotorului.Turatia scazuta, insotita de curenti inegali in cele trei faze ale statorului, poate proveni din cauza unui contact slab la legaturi, perii sau inelele de contact, sau a legaturii gresite a unei faze, care este defazata cu o sesime de perioada, In loc de o treime, fata de cea vecina, sau careia i s-a schimbat inceputul cu sfirsitul.Se restabileste contactul bun, se pun in ordine periile si inelele de contact sau se corecteaza legarea fazelor, dupa cum este cazul.Turatia scazuta fata de cea nominala poate proveni din cauza ca infasurarea nu este potrivita, ceea ce face sa se produca, in afara de campul magnetic fundamental al motorului, si alte campuri cu un numar de poli egal cu un multiplu intreg al numarului de poli ai primuui camp, Aceste cupluri parazite determina functionarea stabila a motoru1ui la turatii de valoare mai scazuta decit valoarea normala. Turatia sincrona a acestor campuri este corespunzator mai mica si pune motoru1 sa lucreze ca generator asincron, imediat deasupra acestor turatii critice, micsorindu-i cuplul motor si nepermitandu-i sa treaca la turatiile amintite.O alta cauza ar fi rezistenta infasurarii rotorului prea mare. In acest caz se inloculeste rotorul.Capacitate de incarcare scazuta. Cuplul mic, insotit de scaderea brusca a turatiei, poate proveni de la un contact slab in legaturile infasurarii statorului. Se va restabili contactul.

Motorul se supraincalzeste la mersul in gol sau la mersul in sarcina

Incalzirea (supratemperatura) infasurarilor si inelelor de contact a motoarelor asincrone este standardizata in functie de clasa de izolatie a conductoarelor, a tecilor din crestaturile statorului si rotorului, a materialului de solidarizare a inelelor de contact.Clasa de izolatie uzuala este clasa E de izolatie, care permite o incalzire a infasurarilor de maximum 75°C fata de mediul ambiant, care de asemenea nu trebuie sa depaseasca 40°C. Cu alte cuvinte infasurarile masinilor cu aceasta clasa de izolatie nu trebuie sa aiba o temperatura mai mare de 115°C.

17

Page 18: Masini Si Mutatoare Electrice

Sesizarea incalzirii peste limitele admisibile a infasurarilor rotorului sau statorului se face de obicei de catre electricianul de intretinere in mod indirect prin:- temperatura exterioara a carcasei motorului;- temperatura aerului de racire;- miros anormal in jurul locului de functionare a1 motorului; degajare de fum.Incalzirea se localizeaza in general in urmatoarele parti ale motoa.relor:- otelul activ al statorului;- infasurarea statorului;- infasurarea sau barele rotorului;- inelele de contact si periile colectoare.Incalzirea exagerta a statorului si rotorului insotita de alunecare mare si cu timpul, de declansarea automatului de protectie, provine din cauza supraincarcarii.Se verifica sarcina, masurand curentul cu un ampermetru. Daca sarcina este prea mare si nu se poate micsora, se alege un motor mai mare; daca motoru1 a functionat normal un anumit timp actionand aceeasi masina, se examineaza acea masina si se inlatura cauza suprasarcinii.Incalzirea exagerta a statorului, chiar si la functionarea in gol, insotita de declamsarea automatului de protectie provine din cauza ca infasurarea statorului ar trebui montata in stea la tensiunea nominala a retelei si este montata din eroare in triunghi, ceea ce nu poate survenidecat la prima punere in functiune a motorului, la tensiunea amintita, La motoare1e cu inele de contact legatura gresita se poate constata masurand tensiunile dintre ine1e si observand ca sunt cu 73% mai mari decat se indica pe eticheta motorului.Se schimba legatura infasurarii statorului din triunghi in stea.Incalzirea exagerta din loc in loc a statorului, insotita de supracurent in unele faze, de cuplu motor scazut si de zgomot puternic al motorului, cand rotorul este voit blocat si infasurarea statorica cuplata la retea, provine din cauza scurtcircuitului interior al bobinelor din infasurarea statorului. Se inlocuiesc bobinele cu scurtcircuit interior.Incalzirea exagerta a rotorului, insotita uneori si de aceea a statorului si de turatie scazuta, de supracurent, uneori inegal pe diferitele faze cand mototul este cu inele de contact, de cuplu motor prea slab si de zgomot puternic, Acest defect poate proveni din cauza unui contact slab in infasurarea rotorica (la inele1e coliviei motoarelor cu rotorul in scurtcircuit,1a inele1e de contact sau la pornitor), ceea ce conduce la concluzia ca una din faze nu lucreaza in plin (faza rotorica cu curentul mai mare). Se restabileste contactul bun, dupa cum este cazul, prin curatire, stringerea suruburilor sau lipirea ulterioara.Incalzirea exagerta a inelelor de contact, insotita uneori la motoarete cu inele de contact de incalzirea exagerta a portperiilor, poate proveni din cauza frecarii prea mari dintre perii si inele, din cauza contactului slab dintre perii si portperii sau din cauza supraincarcarii inelelorsi a periilor.In primul caz se ung inelele, eventual zilnic, cu putina vaselina si se tin curate, ca si periile; in al doilea caz, se examineaza contactul dintre perii si portperii, alegandu-se eventual ocalitate mai potrivita de carbune; in al treilea caz se masoara curentul rotoric si, daca este prea mare fata de cel indicat pe eticheta, se cauta si se inlatura cauza.Incalzirea exagerta a rotorului la pornirea in sarcina, insotita de cresterea inceata a turatiei sau de turatie prea joasa, urmata, la motoarele cu inele, de pornire in gol fara a fi nevoie sa se mai actioneze pornitorul,provine din cauza scurtcircuitului interior al unei bobine din rotor.Se rebobineaza bobinele spre a se elimina scurtcircuitul interior.Incalzirea exagerta a rotorului insotita de functionarea motoruiui cu aproximativ jumatate din turatia nominala si de zgomot puternic, provine din intreruperea unei faze a rotorului,

18

Page 19: Masini Si Mutatoare Electrice

cauzata eventual numai de faptul ca o perie nu se aplica bine pe inelul ei sau pe contactul pornitorului. Se cauta cu megohmmetrul locul intreruperii; se rebobineaza rotoruldaca ruptura este in interiorul infasurarii lui; se pun periile in ordine daca este cazul; se strunjesc inelele de contact, daca nu mal sunt cilindrice; se indreapta contactul din pornitor, daca este cazul.

Motorul are un mers zgomotos

Mersul linistit al unui motor asincron este o conditie necesara, dar nu suficienta, ca motorul sa nu aiba defectiuni. In orice caz, aparitia zgomotelor anormale este un semn ca au aparut defectiuni sau ca vor apare defectiuni care pot scoate motorul din serviciu.Se redau in cele ce urmeaza cateva din situatiile care se intalnesc in exploatare, de functionare zgomotoasa si care obliga pe electricianul de intretinere sa ia masurile corespunzatoare.Motorul porneste greu si bazaie puternic; intensitatea curentului in toate trei fazele este diferita, iar la functionarea in gol este mai mare decat cea nominala.Se poate intampla ca una din fazele infasurarii statorului sa fie inversata; in general, aceasta se intampla la motoarele care au sase borne, din cauza conectarii gresite a capetelor bobinelor la placa bornelor. Se va efectua conectarea capetelor fazelor pe placa bornelor conformschemei de conexiuni din fisa tehnica a motorului, iar in lipsa aceasteia, dupa notatiile capetelor infasurarii utilizate in schemele normale.( fig. 8.11)Daca notatiile cu litere lipsesc si nu se poate verifica schema de conexiune a infasurarii, conectarea corecta a capetelor infasurarii se poate obtine dupa determinarea inceputurilor si sfirsiturilor fiecarei faze.

Fig. 8.11.Amplasarea bornelor bobinajelor- statorice trifazate in cazul a sase borne: a - in rand; b si c - pentru efectuarea comoda a conexiunilor in stea sau in triunghi.

Se poate intimpla ca numai comutatorul sa fie conectat gresit cu motorul.Aceasta situatie se refera la motoarele cu rotorul in scurtcircuit, la care pornirea se face prin comutarea infasurarii statorului din stea in triunghi, prin intermediul unui comutator special (comutator stea-triunghi).Se va verifica si se va conecta corect comutatorul cu motorul.

In timpul functionarii motorului rotorul atinge statorul.

19

Page 20: Masini Si Mutatoare Electrice

In acest caz, este posibil ca intrefierul dintre stator si rotor sa nu mai fie uniform ca urmare a uzurii bucselor lagarelor, a deplasarii scuturilor, a instalarii gresite a suporturilor de lagare, a deformatiei otelului activ al statorului sau al rotorului, cum si a indoirii arborelui. In cazul lagarelor cu rulmenti defectul poate fi cauzat si de fisurarea scuturilor.Se va verifica jocul dintre fuse si bucse si in cazul cand nu corespunde cu cel prescris, se vor incarca bucsele sau se vor inlocui cu altele noi; se va controla interfierul dintre stator si rotor, se vor monta stiftuile de asamblare in scuturile lagarelor sau in suporturile de lagare, dacaacestea lipsesc; daca otelul activ al statorului este deformat, se va ajusta cu o pila ascutita evitandu-se insa formarea bavurilor; daca este deformat otelul activ al rotorului, acesta se va strunji sau se va slefui cu un disc abraziv de carborund; se va verifica arborele.Este, de asemenea, posibil ca rotorul sa nu fie bine echilibrat, in care caz se va echilibra rotorul. Se mai poate intampla sa existe o atingere intre spire si diverse alte forme de scurtcircuit in infasurarea statorului sau sunt conectate gresit fazele statorului. Din aceste cauze se distorsioneaza campul magnetic si rotorul este supus unei atractii unilaterale. In aceasta situatie, rotorul este atras spre partea opusa defectului, deoarece in locul defect, fluxul magnetic va fi mult slabit de actiunea demagnetizanta a portiunii scurtcircuitatedin infasurare.Motorul bazaie puternic; intensitatea curentului in toate fazele este diferita; incalzirea (supratemperatura) infasurarii statorului nu este uniforma.In acest caz nu exista un scurtcircuit in infasurarea statorului. infasurarea statorului este conectata gresit sau numarul de spire din diverse bobine ale infasurarii statorului nu este identic. Bazaitul se observa numai in cazul in care exista spire in paralel in infasurare sau cind fazele sunt conectate in triunghi. La conectarea tuturor bobinelor in serie si cind fazele sunt conectate in stea, numarul inegal de spire in diferite bobine nu provoaca zgomot. Acesta este cauzat de intensitatea diferlta a curentului in diverse faze.Se desfac toate cele trei faze si se deslipesc una de alta toate ramurile in paralel. Pe rand se trece un curent alternativ prin fie care faza (in cazul conectarii in serie a tuturor bobinelor) sau prin fiecare ramura (in cazul conectarii in paralel a bobinelor), iar cu un voltmetru se va masura tensiunea la celelalte grupe de bobine. La grupele de bobine care au spire putine, tensiunea va fi mai mica, decit la cele care sunt in stare normala.Cea mal mare diferenta admisibila dintre tensiunile masurate la diverse grupe de bobine nu trebuie sa depaseasca 5%.Incercarea se poate executa si cu rotorul montat.Cind rotorul montat este de tip bobinat, incercarea se poate efectua la tensiunea norninala. Daca rotorul este scos afara sau daca acesta este in scurtcircuit si montat, tensiunea aplicata statorului nu trebuie sa depaseasca 15 ... 20% din tensiunea nominala a motorului.Verificarea numarului de spire al statorului se poate face. de asemenea, prin alimentarea motorului pe partea rotorului (in cazul motorului cu rotorul bobinat) si masurarea tensiunii induse in stator in cele trei faze.

Periile scinteiaza la pornire sau in timpul functionarii

20

Page 21: Masini Si Mutatoare Electrice

Scintei la inelele de contact se pot ivi la prima punere in functiune a unui motor sau la motoare care au functionat normal pina la ivirea deranjarnentului.Scinteile la inelele de contact pot proveni din mai multe cauze.Periile nelustruite destul sau apasate cu forte diferite pe inele, asa incat nu se aplica uniform pe ele.Se lustruiesc cu hirtie abraziva suprafetele de contact ale periilor cu inelele, se intind egal resoartele, sau se curata portperiile, pentru ca acestea sa nu se intepeneasca in ele.Murdarirea periilor si a inelelor de contact.Se curata cu benzina periile si inelele, eventual se lustruiesc inelele cu hartie abraziva fina.Inelele care nu sunt cilindrice.Se slefuiesc cu dispozitivul de slefuire sau se strunjesc.Slabirea prinderilor inelelor,Remedierea acestui neajuns trebuie facuta de un specialist, de obicei de la uzina constructoare.Periile montate sunt de marcii necorespunzatoare.Se va consulta cartea tehnica a motorului pentru montarea periilor corespunzatoare.La pornirea motorului, la inelele de contact apare un cerc de foc.In general aceasta situatie se datoreste urmatoarelor cauze:- inelele de contact si dispozitivul periibor sunt imbacsite de ulei , praf de carbune sau praf de cupru, datorita unei lipse de supraveghere si intretinere. Se vor curati inelele colectoare si portperiile; - mediul inconjurator este umed sau saturat cu va pori de acizi sau baze. Defectul apare in general la motoarele ale caror rotoare functioneaza cu tensiune inalta, Toate piesele conductoare de curent ale dispozitivului periilor si tijele se vor izola suplimentar sau se va inlocui motorul cu unul destinat a functiona in mediul inconjurator respectiv;- este intrerupta una din legaturile dintre rotor si reostatul de pornire sau o legatura din interiorul reostatului. Se verifica legaturile dintre rotor si reostatul de pornire si in interiorulreostatului si se elimina intreruperea sau se repara contactul slab.

8.2. Transformatoare electrice

Transformatoarele electrice sunt masini electromagnetice care transforma static ( fara piese in miscare ) o tensiune si un curent ,, primar” alternativ in alta tensiune si alt curent ,, secundar” alternativ.Acesta transformare se realizeza prin intremediul variatiei fluxului magnetic alternativ, care se produce in circuitul sau primar si care induce o forta electromotoare in circuitul secundar. Daca la bornele circuitului secundar al transformatorului se racordeaza un receptor, atunci acesta va fi srabatut de un curent electric a carui intensitate depinde de tensiunea la bornele circuitului transformatorului si de rezistenta electrica a receptorului.Tensiunea la bornele secundare ale transformatorului este mai mica decat forta electromotoare indusa in interiorul sau( datorita pierderii de tensiune produsa de curentul ce-l debiteaza pentru receptor: U= E-RI).Transformatorul este construit, in general, dintr-un miez feromagnetic, format din tole de otel silicios, si doua bobinaje ( primar si secundar ), care nu sunt legate galvanic intre ele, cu exceptia autotransformatorului.

21

Page 22: Masini Si Mutatoare Electrice

Elemente constructive de baza ale transformatorului electric

Transformatorul electric este un aparat care realizeaza o modificare a parametrilor (tensiune, curent, frecventa, numar de faze) energiei electrice de curent alternativ in scopul adaptarii acestei energii la caracteristicile functionale ale diferitilor consumatori. EI poate fi mono-, bi- tri- sau m-fazat, in functie de reteaua de alimentare si de cerintele consumatorului cel mai simplu dintre acestea este desigur cel monofazat. Transformatorul electric monofazat de putere (utilizat in sistemele de actionari sau in instalatiile energetice) are urmatoarele elemente constructive de baza :- miezul magnetic;- infasurarile primara si respectiv secundara ;- cuva, daca transformatorul este scufundat in ulei.Vom da o scurta descriere a elementelor constructive de baza ale transformatoruluielectric monofazat.Miezul magnetic. Miezul magnetic serveste ca drum de inchidere a fluxului principal al transformatorului. La transformatoarele de putere utilizate la frecventa industriala, miezul magnetic este construit din tole de otel electrotehnic inalt aliat cu siliciu (~4%), cu o grosime a tolelor de 0,35 mm sau 0,50 mm, izolate intre ele cu lac. Utilizarea tolelor de otel aliat cusiliciu asigura reducerea simtitoare a pierderilor in fier.Miezul magnetic al transformatorului monofazat prezinta doua variante constructive, prezentate in figurile 8.12, a si 8.12, b. Miezul magnetic are doua parti principale: coloanele si jugurile. La transforma toare monofaza te de putere aparenta sub 500 VA, tola se taie dintr-o bucata cu ajutorul unei prese, avindu-se grija de a se realiza o taietura intr-o coloana, pentru a se putea introduce infasurarile transformatorului. Stringerea tolelor la asemenea transformatoare se realizeaza prin nituri, iar sectiunea transversala a jugurilor sau coloanelor este un patrat sau un dreptunghi.La transformatoarele monofazate de putere mai mare, pentru a se realiza o mai rationala utilizare a foilor de tabla din care se taie tolele necesare miezului, cbloanele si jugurile se taie separat (fig. 8.13, a si 8.13, b).

Fig. 8.12 Forme de miezuri pentru bobine de mica putere: a - in forma de U; b - in forma de E.

22

Page 23: Masini Si Mutatoare Electrice

Fig. 8.13. Forme de miezuri magnetice pentru bobine de inductie : a - in forma de U; b - in forma de E.Acest lucru usureaza si introducerea infasurarilor si realizarea miezului. Stringereatolelor in pachet compact se realizeaza prin buloane izolate fata de tole si saibe nemagnetice de presare sau prin infasurare cu chinga de bumbac.

Fig. 8.14 Miez magnetic de transfonnator monofazat cu infasurari concentrice.

23

Page 24: Masini Si Mutatoare Electrice

Sectiunea transversals a coloanelor si jugurilor in acest caz poate fi mai complicata decit un patrat sau dreptunghi, pentru a se asigura o mai buna inscriere intr-un cerc, In scopul micsorarii dimensiunilor sectiunii transversale la o suprafata data (fig. 8.14).Infasurarile transformatorului monofazat . Dupa pozitia reciproca a celor doua infasurari ale transformatorului, se deosebesc doua tipuri de infasurari:- infasurari concentrice (fig. 8.14), mai exact infasurari cilindrice coaxiale,infasurarea de joasa tensiune fiind de diametru mediu mai mic, iar infasurarea de inalta tensiune inconjurand pe cea de joasa tensiune, cele doua infasurari extinzandu-se pe toata inaltimea coloanei;-infasurari alternate (fig. 8.15), in care pe inaltimea unei coloane alterneaza parti din infasurarea de joasa tensiune cu parti din infasurarea de inalta tensiune. Infasurarile constau din spire circulare realizate din conductoare izolate de cupru sau aluminiu. Infasurarile se izoleaza intre ele (prin zone de aer sau straturi izolatoare din diferite materiale - prespan, polivinil etc.) si fata de coloane si juguri.

Fig. 8.15 Infasurari alternate.

Cuva, Din punctul de vedere al modului de racire, transformatoarele se impart in mai multe categorii. Se deosebesc:- transformatoare uscate, cu racire naturala sau artificala la care infasurarile se afla in aer liber (constructie larg utilizata indeosebi pentru unitati sub 1 kVA);- transforma toare in ulei cu racire naturala, la care miezul magnetic si infasurarile sint cufundate intr-o cuva umpluta cu ulei (constructie utilizata curent in scara 1-1000 kVA);- transformatoare in ulei eu racire artificiala in exterior cu aer sau cu circulatie artificiala si racire artificiala a uleiului (constructie utiliza ta la foarte mari puteri).Cuva transformatoarelor in ulei se realizeaza din tabla de otel (fig. 8.16).Cuva are de obicei (la puteri mai mari de 100 kVA) o serie de onduleuri exterioare sau de tevi pe partile frontale, in scopul maririi suprafetei de racire.Uleiul din cuva joaca un rol important atit prin calitatile izolatoare mult mai bune decit aerul, cat si prin imbunatatirea racirii infasurarilor: Pentru asigurarea permanenta a umplerii cuvei cu ulei, pe capacul cuvei se afla un vas umplut in parte, de asemenea, cu ulei, care preia totodata si variatiile de volum ale uleiului datorate variatiei temperaturii de functionare.Pe capacul cuvei se fixeaza si izolatoarele de trecere a conductoarelor care stabilesc legatura intre infasurarile transformatorului si retele exterioare.De obicei, izolatoarele sint realizate din portelan, au dimensiuni si forme care depind de tensiunea de functionare a infasurarii pe care o deserveste.

24

Page 25: Masini Si Mutatoare Electrice

Fig. 8.16.Cuva transformatorului.

Cand tensiunea secundara de la bornele transformatorului este mai mica decat tensiunea primara, transformatorul se numeste ,, coborator de tensiune”, iar daca aceasta este mai mare, transformatorul se numeste ,,ridicator de tensiune”.Transformatoarele pot fi mono sau trifazate si de mai multe tipuri:

- transformatoare de putere – folosite in retelele electrice;- transformatoare de masurare – folosite la conectarea aparatelor electrice de

masurare, a divizorilor de tensiune etc;- autotransformatoare – folosite la pornirea motoarelor electrice de c.a. c.c. etc;- transformatoare speciale – folosite in sudura, ciptoare electrice, in scopuri

medicale etc.Intre numarul de spire ale infasurarilor transformatorului si tensiunile( primare si secundare ) de la bornele acestuia exista un raport numit ,, raport de transformare” si anume:

,

in care,- n1 si n2 – reprezinta numarul de spire ale infasurarii primare, respectiv secundare,

iar U1, U2 sunt tensiunile corespunzatoare. La mersul in gol al transformatorului pierderile – aproape exclusiv in fier( prin magnetizare ) – sunt de 0,5-1,5 % din puterea lui nominala, iar factorul de putere foarte mic, de ordinul 0,1.

La mersul in sarcina al transformatorului, curentii din infasurari sunt aproximativ in raport invers cu tensiunile respective:

In transformatoare se produc pirderi in fier care pot fi considerate independente de sarcina si pierderi in cupru ( in infasurari ) care depind de sarcina( curent).

Randamentul transformatorului se exprima prin raportul: in care:

25

Page 26: Masini Si Mutatoare Electrice

P2- puterea utila ( in secundar);P1- puterea absorbita( in primar).

Deci randamentul variaza si el devine maxim pentru acel curent care produce pierderi in cupru egale cu cele in fier.

Fenomene de excitatie si de reactie in transformatorul electric

Functionarea transformatorului se bazeaza pe legea inductiei electromagnetice,si anume a inductiei mutuale intre doua circuite imobile unul fara de celalalt. In figura 8.17 este reprezentata schema principiala a unui transformator monofazat.

Fig. 8.17. Schema electrica a cuplajului transforrnatoric.

Sa presupunem ca cele doua infasurari au bornele de inceput A, respectiv a si bornele de sfirsit X, respectiv x. Daca la bornele AX se aplica o tensiune oarecare u1 a unei retele electrice de curent alternativ, infasurarea AX - denurnita infasurare primara. - va absorbi un curent i1 de la reteaua electrica de alimentare si va produce un camp magnetic ale carui linii de camp se vor inlantui si cu cealalta infasurare – denumita infasurare secundara. Prin urmare, spirele infasurarii secundare vor fi strabatute de un flux fascicular creat de curentul primar. Acest flux fascicular este variabil in timp, ca si curentul i1. In consecinta, in spirele infasurarii secundare se va induce o t.e.m. si va aparea o anumita tensiune la borneleax ale infasurarii. Tensiunea aceasta poate fi mai mare sau mai mica, in functie si de numarul de spire ale infasurarii secundare. Dacala bornele ax este legat un receptor de curent alternativ, atunci circuitul secundar este inchis, si sub actiunea t.e.m. induse, infasurarea secundara va fi strabatuta de un curent i2, iar la bornele receptorului tensiunea ia valoarea,u2. In consecinta, transformatorul absoarbe prin infasurarea primara puterea u1i1 de la reteaua de alimentare si cedeaza puterea u2i2 pe la bornele infasurarii secundare.,Asadar, transformatorul schimba valoarea tensiunii u1 a retelei de alimentare in valoarea u2, care convine receptorului conectat la bornele infasurarii secundare a transformatorului, fara sa schimbe, atunci cand se va face abstractie de pierderi, valoarea puterii ceruta de receptor.

26

Page 27: Masini Si Mutatoare Electrice

Fig. 8.18Spectrul aproximativ al campului magnetic.

Urmarind spectrul liniilor unitare ale campului magnetic rezultant (fig. 8.18), putem stabili unele concluzii importante. Astfel, observarn ca liniile de camp se pot imparti in trei categorii: a) linii de camp cuprinse in intregime in miezul magnetic al transformatorului si care se inlantuie cu ambele infasurari pe care le vorn denumi linii ale campului magnetic util;b) linii de camp care se inchid parte prin miezul magnetic, parte prin aer si care se inlantuie numai cu spirele infasurarii primare, pe care le vom denumi linii ale campului magnetic de dispersie a infasurarii primare in raport cu infasurarea secundara ; c) linii de cimp care se inchid parte prin miezul magnetic, parte prin aer si care sint inlantuite numai cu spirele infasurarii secundare, denumite linii de camp ale magnetic de dispersie a infasurarii secundare in raport cu infasurarea primara.

Particularitati constructive si functionale ale transformatoarelor trifazate

Pentru transforma toarele utilizate in retelele trifazate de curent alternativ sunt mai obisnuite doua variante cotistructive. Astfel, se pot folosi trei transformatoare monofazate separate (fig. 8.19) ale caror infasurari primare sa fie conectate in stea sau triunghi si ale caror infasurari secundare sa fie, de asemenea, legate in stea sau triunghi. Se pot, pe de alta parte, folosi si constructii trifazate compacte (fig. 8.20, a,b), avind acelasi miez magnetic pentru toate fazele.

Fig. 8.19Transformatorul trifazat- grup transformatoric

27

Page 28: Masini Si Mutatoare Electrice

a) b)

Fig. 8.20 Transformator trifazatb - miez trifazat cu flux fortat ; c - miez trifazat cu cinci coloane,

Posibilitatea utilizarii, pentru transformatoarele trifazate, a miezurilor cu trei coloane si doua juguri se poate lamuri cu ajutorul figurii 8.21, a

Fig. 8.21 justificarea constructiei compacte a transforrnatorului trifazat.

Daca trei transformatoare monofazate se plaseaza unul fata de altul, asa cum este indicat in figura, atunci coloanele 1,2,3 se pot reuni intr-o singura coloana. Insa, in sistemul trifazat simetric, suma fluxurilor magnetice utile a celor trei faze este nula, ΦA+ΦB+ΦC = 0; de aceea in coloana comuna fluxul magnetic va fi totdeauna nul si necesitatea unei asemeneacoloane nu mai are, in general, justificare. In felul acesta se ajunge la constructiacompacta trifazata din figura 8.21, b cu trei coloane si sase juguri, axele coloanelor fiind plasate in plane la 120°. Daca acum desfiintam jugurile miezului magnetic al fazei B, atunci obtinem o constructie si mai simpla si mai economica, cu cele trei coloane in acelasi plan. Acest tip constructiv are o mare raspandire practica, insa conduce la o nesimetrie magnetica care poate avea uneori unele consecinte negative in exploatarea transformatorului. In rest, transformatorul trifazat are aceleasi elemente constructive ca si cel monofazat.In concluzie, teoria transformatorului monofazat se aplica cu succes si transformatorului trifazat in anumite conditii. Transformatorul trifazat se comporta in aceste conditii ca si cum f iecare faza ar functiona independent, ca si cum fiecare infasurare primara de faza ar interactiona numai cu infasurarea secundara de faza de pe aceeasi coloana.

28

Page 29: Masini Si Mutatoare Electrice

Transformatoarele trifazate insa prezinta unele particularitati in ceea ce priveste conexiunile intre infasurari.Conform standardelor bornele infasurarilor transformatorului se noteaza astfel cum este indicat in figura 8.22, a pentru transformatorul monofazat, si in figura 8.22, b pentru cel trifazat.

Fig. 8.22 Notarea bornelor transformatoarelor.

Inceputul si sfirsitul infasurarii de inalta tensiune se noteaza cu literele A, respeetiv X. Pentru infasurarea de joasa tensiune se utilizeaza literele mici: a - pentru inceput si x - pentru sfirsit. Reteaua trifazata de inalta tensiune se leaga totdeauna la bornele A, B, C, iar reteaua trifazata de joasa tensiune se conecteaza la bornele a, b, c, Borna neutra se noteaza cu litera mare N pentru infasurarile de inalta tensiune, respectiv cu litera mica n pentru infasurarile de joasa tensiune.Cunoscand notatia bornelor infasurarilor putem conecta in mod corect infasurarile transforatorului trifazat in stea sau triunghi. Acest lucru este deosebit de important pentru functionarea in paralel a mai multor transformatoare.Conectarea in stea, de exemplu, a infasurarilor de inalta tensiune este aratata in figura 8.23, a. Amintim ca, in acest caz, tensiunea intre faze este de ori mai mare decat tensiunea pe faza, iar curentii de linie sint egali cu cei din infasurarile de faza.In figura 8.23, b, este redata o conexiune in triunghi a infasurarilor.De data aceasta, tensiunea intre faze este egala cu tensiunea pe faza, iar curentul pe linie este de ori mai mare decat curentul din infasurarea de faza.Conexiunea infasurarilor in stea se noteaza cu Yy si se numeste "steastea".Conexiunea infasurarilor in stea si triunghi se noteaza Yd si se numeste"stea-triunghi". Daca de la infasurarile legate in stea se scoate pe capacul transformatorului si punctul neutru, atunci aceasta conexiune se noteaza Yo si se numeste "stea cu nul"

29

Page 30: Masini Si Mutatoare Electrice

Fig. 8.23 Tipuri de conexiuni:a - stea ; b - trtunghi.

Conexiunile transformatorului se deosebesc unele de altele nu numai prin felul legaturilor dintre infasurarile de faza, dar si prin defazajul introdus intre tensiunile primara, respectiv secundara conectate intre borne omoloage.Pentru a lamuri acest lucru, sa revenim la transformatorul monofazat (fig. 8.24) ale carui infasurari au acelasi sens de infasurare (de exemplu, in sensul acelor ceasornicului, daca privim din capatul superior al infasurarii spre capatul inferior), atunci tensiunile la bornele lor UAX respectiv Uax se reprezinta practic prin fazori suprapusi (daca neglijam micile caderi de tensiune datorita fluxului de dispersie si rezistentelor infasurarilor). Un asemenea transforma- -tor face parte din grupa notata eu cifra 12. Aceasta cifra nu indica altceva decat faptul ca intre cele doua tensiuni UAX si Uax exista practic acelasi unghi de defazaj ca si intre acele ceasornicului cand arata ora 12.Daca acelasi transformator va avea, de exemplu, infasurarea de joasa tensiune cu sens invers de infasurare sau va avea bornele notate invers fata de situatia precedenta (fig. 8.25), atunci intre fazorii celor doua tensiuni omoloage UAX si Uax va exista un defazaj de 180°. Un asemenea transformator va apartine grupei caracterizate prin cifra 6. Aceasta cifra arata cadefazajul intre tensiunile omoloage este acelasi ca cel dintre acele ceasornicului cind indica ora 6.

Fig. 8.24 Relatiile de faza intre Fig. 8.25 Relatiile la sens diferit de infasurare sau borne tensiunile transformatorului inversate.monofazat la acelasi sens deinfasurare

30

Page 31: Masini Si Mutatoare Electrice

Daca transformatoarele monofazate nu pot prezenta decat doua variante (6 sau 12) in privinta defazajelor introduse intre tensiunile omoloage, in, cazul transformatoarelor trifazate lucrurile se complica.Sa analizam mai intai cazul transformatorului trifazat cu conexiunea Yy (fig. 8.26,), in care ambele infasurari sunt conectate in stea. Presupunand ca infasurarile au acelasi sens de infasurare si bazandu-ne pe proprietatea ca fiecare faza lucreaza independent de celelalte faze intocmai ca un transformator monofazat, putem stabili diagramele de tensiuni primare si secundare (fig. 8.26). Fie OABC steaua tensiunilor primare de faza cu sens de succesiune a fazelor identic cu sensul invirtirii acelor ceasornicului.

Fig. 8.26. Conexiunea Yy- 12. Fig. 8.27. Conexiunea Yy-6.

Tensiunea Uax a fazei secundare ax este in faza cu tensiunea UAX a fazei primare cu care interactioneaza ca si cum ar forma un transformator monofazat independent de celelalte faze. In mod analog, fazorul Uby este in faza cu fazorul primar analog UBY si fazorul Ucz in fazacu fazorul UCZ. In acest fel, rezulta steaua oabc a tensiunilor secundare de faza. Urmarind defazajul intre doua tensiuni intre fazele omologe UAB si U ab remarcam ca el este nul. Ne convingem de acest lucru deplasand prin translatie steaua tensiunilor secundare pina cand punctul a coincide cu punctul A. Prin urmare, transformatorul Yy considerat apartine grupei 12. Un asemenea transformator se noteaza Yy-12.Daca la transformatorul Yy-12 se schimba intre ele inceputurile si sfirsiturile de faza de joasa tensiune, atunci se obtine un transformator Yy-6 (fig. 8.27).Retinem deci ca cifra indicata dupa simbolurile conexiunilor precizeaza defazajul introdusde transformator pentru tensiunile intre fazele omoloage primare, respectiv secundare.Aceasta cifra reda ora pentru care unghiul . dintre minutarul si orarul unui ceasornic, unghi .contat in sensul de rotatie al acelor, este egal cu unghiul de defazaj dintre tensiuni intre faze omoloage.

31

Page 32: Masini Si Mutatoare Electrice

Fig. 8.28. Conexiunea stea-triunghi:a) Yd - 11; b) Yd - 5.

Spre deosebire de transforrnatorul monofazat, pentru care raportul de transformare a tensiunilor este egal cu raportul numerelor respective de spire, la transformatoarele trifazate situatia este oarecum deosebita. Raportul de transformare (raportul tensiunilor omoloage intre faze) la mersul in gol depinde nu numai de numerele de spire w1 si w2 ale infasurarilor de faza, dar si de tipul conexiunii transformatorului.Astfel, pentru conexiunea Yy:

pentru conexiunea Yd:

pentru conexiunea Dy:

Transformatoarele de puteri egale sau diferite pot functiona in paralel. Pentru o functionare optima trebuie ca sarcina sa se repartizeze, intre aceste transformatoare, proportional cu puterea nominala a fiecaruia.In acest scop, transformatoarele trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

- sa faca parte din aceeasi grupa de conexiuni;- sa aiba rapoarte de transformare pe cat posibil egale;- tensiunile de scurtcircuit sa fie egale( toleranta ±10%);- sa nu fie prea diferite ca putere( sub 3:1).

In cazul in care nu sunt indeplinite aceste conditii, transformatoarele nu pot functiona in paralel sau, daca sunt indeplinite cu abateri, functionarea este nestabila si periculoasa, datorita curentilor de circulatie care iau nastere intre transformatoare si incarcarii inegale.

32

Page 33: Masini Si Mutatoare Electrice

8.3 Autotransformatorul

Deseori, in instalatiile de inalta si joasa tensiune, in instalatiile de telecomunicatii, radiotehnica sau automatica apare necesitatea schimbarii tensiunii doar cu ±(10 ... 50%). intrebuintarea in aceste cazuri a transforrnatoarelor obisnuite cu doua infasurari separate nu este rationala din punct de vedere tehnico-economic. Mai corespunzatoare se dovedeste a fi utilizarea asa-numitelor autotransformatoare.Sa presupunem ca vrem sa schimbam tensiunea unei retele electrice monofazate de la valoarea Ur la valoarea Uu. Pentru aceasta , se poate utiliza un transformator cu doua infasurari, infasurarea primara fiind conectata la tensiunea Ur a retelei de alimentare, iar infasurarea secundara in serie in retea, in asa fel incit tensiunea secundara U2 sa se adune cu terisiunea U1 si sa rezulte ca suma tensiunea necesara Un (fig. 8.29). Transformatorulconectat in acest fel, cu o legatura galvanica intre infasurari (in nodul a in fig. 8,29, a), poarta numele de autotransformator.

Fig. 8.29 . Autotransforrnatorul:a - schema electrica ; b - schema cu transtormator echivalent,

Dezavantajul autotransforrnatoru1ui consta in faptul ca infasurarea secundara este legata galvanic de infasurarea primara (in nodul a). Ea trebuie deci sa aiba aceeasi izolatie in raport cu masa ca si infasurarea primara,Aceasta imprejurare impiedica constructia economica a autotransformatorului pentru rapoarte de transformare mai mari de 1,5 ... 2,0.

Defecte si regimuri anormale de functionare

Dupa natura si cauza lor defectele se manifesta prin urmatoarele fenomene ce atrag atentia celui care supravegheaza functionarea unui transformator:- transformatorul se supraincalzeste;- bazait anormal in transformator;- trosnituri in interiorul transformatorului;- strapungerea si intreruperea bobinajelor;- intrarea in functiune a protectiei prin releu Buchholz;- tensiunea in circuitul secundar al transformatorului nu este normala.

33

Page 34: Masini Si Mutatoare Electrice

8.4. Mutatoare electrice

Mutatoarele sunt masini electrice care produc mutatii ( schimbari) in starea in care se prezinta curentul electric, tensiunea electrica, frecventa etc. Ele sunt de mai multe feluri, si anume:

- Redresoarele. Transforma curentul electric alternativ in curent continuu ( redresoare cu vapori de mercur, redresoare cu semiconductoare). Redresoarele cu semiconductoare sunt in prezent cele mai utilizate; la fabricarea redersoarelor de puteri mici si tensiuni ridicate se foloseste seleniu, iar in rest, diode redresoare cu siliciu.Redresoarele de mare putere se folosesc indeosebi pentru instalatiile de electroliza si la caile ferate electrificate etc.

- Invertoarele. Transforma curentul continuu in curent alternativ; ele se folosesc in instalatii electrice de pe vehicule, unde sursa de energie este o baterie, in cazul alimentarii de siguranta a consumatorilor prin baterii de acumulatoare( caz in care invertoarele se folosesc impreuna cu redresoarele de incarcare a bateriilor) etc.

- Convertizoare de curent continuu. Transforma un curent continuu tot intr-un curent continuu, dar avand alte caracteristici( privind intensitatea si tensiunea). Pentru puteri electrice mici sub 100 V se construiesc convertizoare cu tranzistoare, iar pana la tensiunea de 5000 V cu tiristoare. Pentru aceasta tensiune se folosesc convertizoare cu tuburi cu vapori de mercur. Tinand seama de principiul lor de functionare, convertizoarele de curent continuu se impart in doua grupe principale si anume:

- cu circuit intermediar de curent alternativ;- fara circuit intermediar de curent alternativ( variatoarele de tensiune continua)- Convertizoare de curent alternativ. Transforma un curent alternativ tot intr-un

curent alternativ, dar avand caracteristici( privind intensitatea, tensiunea, frecventa, numarul de faze).Ca in cazul convertizoarelor de curent continuu convertizoarele de curent alternativ se impart in doau grupe si anume:

- cu circuit intermediar de curent continuu( convertizoarele statice de frecventa);- fara circuit intermediar de curent continuu( variatoare de tensiune alternativa –

cicloconvertoare).Mutatoarele au in prezent un domeniu foarte larg de aplicare in instalatiile electrice de utilizare a energiei din industrie, tractiune electrica etc.Ele prezinta fata de masinile electrcie( motoare transformatoare etc.) o serie de avantaje cum ar fi: lipsa pieselor in miscare, greutate si dimensiuni mici, constructie simpla si cost redus, randament ridicat, lipsa operatiilor de intretinere etc. De asemenea ele ofera si posibilitatea folosirii unor sisteme de comanda foarte sensibile, rapide si exacte, in instalatii.De mentionat ca in diversele scheme de montare a mutatoarelor se folosesc in prezent asa numitele ,, tiristoare”. Aceste semiconductoare se fabrica din siliciu au rolul unui ,, ventil” care permite sau blocheaza trecerea curentuluidintr-un circuit, intr-un singur sens, la o comanda primita( impuls); ele sunt de tip lentsau de tip rapid si sunt prevazute cu ventilatie fortata sau naturala.Ele trbuie protejate impotriva supratensiunilor sau suprasarcinilor( aparute accidental in instalatia in care sunt montate), prin cuplarea in

34

Page 35: Masini Si Mutatoare Electrice

derivatie a unui grup serie RC ( rezistor – condensator), indicat de firmele producatoare pentru fiecare tip de tiristor.In ultima vreme se foloseste un nou element semiconductor si anume,, triacul” care permite trecerea curentului in ambele sensuri. In aceasta situatie un triac inlocuieste un grup de doua tiristoare montate antiparalel.

35