Consideraii privind alegerea motoarelor electrice alimentate prin intermediul convertizoarelor statice de frecven

1. GeneralitiProblema alegerii motorului electric apare fie n cadrul proiectului unui obiectiv nou, fie n cadrul modernizrii unui obiectiv existent care funcioneaz cu costuri ridicate. n primul caz se poate utiliza informaia furnizat de ctre proiectele existente ale unor obiective similare iar n cazul al doilea se poate apela la datele experimentale care se pot preleva din instalaia existent.Alegerea motorului electric de acionare presupune:stabilirea tipului acionrii (n curent continuu sau alternativ);

nivelului tebnsiunii de alimentare (joas tensiune sau nalt tensiune);

forma constructiv (construcie normal, construcie nchis pentru zonele umede, construcie metalurgic, naval, antiexploziv, cu autoventilaie sau cu ventilaie forat, etc.);

serviciul real de funcionare al motorului i raportarea acestui serviciu la serviciul tip standardizat;

puterea nominal a motorului corespunztoare serviciului tip determinat;

alegerea convertizorului static asociat motorului;

alegerea aparatajului de comutaie i de protecie pentru motor i convertizor n funcie de puterea de scurtcircuit la barele de alimentare;

alegerea traductoarelor i adaptarea structurii sistemului de reglare pentru curent (cuplu), flux, vitez (acceleraie) i poziie (unghi);

stabilirea interfeei om main i a comunicaiei cu sistemul ierarhic superior.

Echipamentele actuale pentru sistemele de acionare electric sunt larg integrate n sensul c este suficient s se stabileasc opiunile i structura sistemului de reglare, s se calibreze informaia primit de la tradcutoare innd cont de parametrii motorului ales, buclele de reglare interioare fiind autoacordate la punerea n funciune a sistemului de actionare. De obicei buclele exterioare sunt preluate de ctre calculatorul ierarhic superior i funcioneaz conform algoritmului orientat pe aplicaia concret. Echipamentul unui sistem de acionare electric face parte, n cadrul aplicaiilor industriale moderne din sistemul general de conducere ierarhizat. Buclele interioare ale acionrii (bucla decurent sau de cuplu i bucla de vitez) sunt situate la nivelul zero n cadrul sistemului ierarhizat. Funciile speciale ale acionrii cum ar fi urmrirea unei traiectorii, interblocajele cu celelalte mecanisme din cadrul fluxului tehnologic sunt preluate de ctre calculatorul de proces situat la nivelul unu al ierarhizrii. n sfrit funciile de ntocmire a programului de fabricaie i optimizarea acestuia sunt situate pe nivelul doi al ierarhizrii.Revenind la problema alegerii puterii motorului de acionare aceasta este aparent o problem simpl dar cu implicaii economice mari. Problema se pune n general astfel: s se detrmine puterea nominal a motorului care pentru un program de fabricaie respectiv de productivitate dat, s nu se depeasc capacitatea termic a motorului. Din aceast condiie general rezult tendina supradimensionrii astfel nct motorul s funcioneze deseori cu mult sub capacitatea termic. n acest caz apar consumuri specifice mari de energie electric pe seama randamentului sczult al conversiei energiei n domenii de puteri mici.innd cont c durata de exploatare a unui motor electric depete 30 ani, costurile energetice integrate pe aceast durat depesc cu mult costul iniial al investiiei la achiziionarea motorului.Capacitatea termic a motorului este corelat cu sistemul de rcire care poate s fie prin autoventilaie, cu ventilaie forat cu aer de rcire la temperatura ambiant, respectiv cu aer de rcire la temperatur joas, obinut prin intermediul unei instalaii frigorifice. Cu ct sistemul de rcire este mai eficient, cu att puterea nominal a motorului crete.Se poate imagina urmtoarea soluie tehnic de utilizare raional a unui motor electric din cadrul unui flux tehnologic de fabricaie: n regim de productivitate redus motorul funcioneaz autoventilat, la productivitate medie se pune n funciune ventilaia forat iar n regim de productivitate maxim se pune n funciune instalaia frigorific pentru mrirea eficienei sistemului de ventilaie forat a motorului de acionare. n acest mod se poate menine randamentul conversiei la un nivel nalt pentru o gam larg a regimurilor de funcionare, economiile provenind din faptul c motorul funcionnd n aceast manier are puterea nominal de catalog i gabaritul mult diminuate.Sistemele de acionare electric cu m.a. alimentate cu tensiuni i frecvene variabile permit obinerea unor regimuri de funcionare ntr-o gam larg de viteze i din acest punct de vedere sunt similare motoarelor de c.c. alimentate prin intermediul redresoarelor comandate, exceptnd faptul c vitezele maxime ale m.a. sunt cu mult superioare fa de mainile de c.c. n raport cu reeaua electric de alimentare cele dou tipuri de acionri secomport complet diferit. Convertizorul static de frecven fiind conectat la reea prin intermediul unui redresor necomandat este practic un receptor cu factor de putere unitar. Din acest motiv este uor de artat c pe msur ce viteza acionrii scade se micoreaz i curentul I absorbit din reea dac cuplul se menine constant. Puterea activ n aceste condiii este:P=3UI cos3UIunde tensiunea U a reelei se presupune c este constant. Puterea activ la bornele motorului, neglijnd pierderile din stator se poate aproxima cu puterea electromagnetic3UI = kM1unde constanta k ine cont de parametrii transformatorului de alimentare a convertizorului i ai circuitului intermediar. La sistemele de acionare cu U ivariabili, chiar i n regim dinamic alunecarea este mic, deci1. Rezult n final:

Deci pentru M i U constante, rezult I/= constant.Motorul asincron cu rotorul n scurt circuit este cel mai ieftin motor de acionare. Acest motor are dimensiunile standardizate la nivelul normelor Comitetului Electrotehnic Internaional (CEI) conform figurii 1.

DE C B

Fig. 1. Dimensiunile normalizate ale motoarelor electrice asincronecu rotorul n scurtcircuit conform normelor IEC

Aceast standardizare are avantaje economice importante deoarece aprovizionarea se poate faca din orice parte a globului (de exemplu un motor asincron naval poate s fie nlocuit n orice port important de pe glob) iar stocul de motoare de rezerv poate fi meninut la minimum.2. Alegerea puterii motoarelor electrice pentru mecanismele de ridicare i coborre a sarcinilor mecanice

Informaia cea mai important pentru alegerea puterii motorului electric este coninut n diagramele cuplului static i vitezei pentru un ciclu tipic de funcionare. n practic se utilizeaz o mare varietale de cicluri de funcionare, dintre acestea reinndu-se ciclul tipic. De exemplu un ciclul tipic (reprezentativ) de funcionare al mecanismelor de ridicare coborre a sarcinilor mecanice se compune din urmtoarele patru operaiuni fiecare urmat de cte o pauz: ridicarea sarcinii nominale la nlimea maxim, respectiv coborrea ei la cota minim, ridicarea n gol la cota maxim i respectiv coborrea ei la cota minim. Evident c n practic ciclurile reale sunt diferite, dar experiena a confirmatc ciclul tipic poate s constituie o baz pentru calculul puterii motorului electric.

Fig. 2. Diagrama tipic de sarcin n regimul staionarpentru un mecanism de ridicare coborreCunoaterea diagramei de sarcin, permite calcularea duratei de acionare:

unde tksun timpii de funcionare din cadrul ciclului cu perioada Tc.Cunoaterea duratei de acionare DA% i perioadei Tca ciclului, permite determinarea serviciului tip pentru motorul electric. n catalogul pentru motoarele electrice puteruile nominale sunt raportate la serviciul tip i la durata DA de acionare.ncadrarea n serviciul de funcionare tip se poate face n aceast etap dup urmtoarele criterii:Serviciul continuu S1dac DA>60% i Tc>>10 minute;

Serviciul de scurt durat S2dac DA