www.referat.ro

Motor electric

Motorul de inducie trifazat este cel mai rspndit motor electric

Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transform energia electric n energie mecanic. Transformarea n sens invers, a energiei mecanice n energie electric, este realizat de un generator electric. Nu exist diferente de principiu semnificative ntre cele dou tipuri de masini electrice, acelasi dispozitiv putnd ndeplini ambele roluri n situatii diferite.

Principiul de functionare

Majoritatea motoarelor electrice functioneaz pe baza fortelor electromagnetice ce actioneaz asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat n cmp magnetic. Exist ns si motoare electrostatice construite pe baza fortei Coulomb si motoare piezoelectrice.

Utilizare

Fiind construite ntr-o gam extins de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicatii: de la motoare pentru componente electronice (hard disc, imprimant) pn la actionri electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).

ClasificareMotoarele electrice pot fi clasificate dup tipul curentului electric ce le parcurge: motoare de curent continuu si motoare de curent alternativ. n functie de numrul fazelor curentului cu care functioneaz, motoarele electrice pot fi motoare monofazate sau motoare polifazate (cu mai multe faze).

Motoare de curent continuu

Functioneaz cu curent ce nu-si schimb sensul, curent continuu. n functie de modul de conectare al nfsurrii de excitatie, motoarele de curent continuu se mpart n patru categorii:

Cu excitatie derivatie

Cu excitatie serie

Cu excitatie mixt

Cu excitatie separat

Motoare de curent alternativ

Motoare asincrone

Masinile electrice asincrone sunt cele mai utilizate masini n actionrile cu masini de curent alternativ. S-au dat mai multe definitii n ceea ce priveste masina electric asincron. Dou dintre cele mai folosite definitii din domeniul actionrilor electrice sunt:1.O masin asincron este o masin de curent alternativ pentru care viteza n sarcin si frecventa retelei la care este legat nu sunt ntr-un raport constant.2.O masin este asincron dac circuitului magnetic i sunt asociate dou sau mai multe circuite ce se deplaseaz unul n raport cu cellalt si n care energia este transferat de la partea fix la partea mobil sau invers prin fenomenul inductiei electromagnetice.

O caracteristic a masinilor asincrone este faptul c viteza de rotatie este putin diferit de viteza cmpului nvrtitor, de unde si numele de asincrone. Ele pot functiona n regim de generator (mai putin rspndit) sau de motor. Cea mai larg utilizare o au ca motoare electrice (n curent trifazat), fiind preferate fat de celelalte tipuri de motoare prin constructia mai simpl (deci si mai ieftin), extinderea retelelor de alimentare trifazate si prin siguranta n exploatare.

La aceste motoare, viteza scade putin cu sarcina; din acest motiv caracteristica lor mecanic se numeste caracteristic tip derivatie. Motoarele asincrone se folosesc n actionrile n care se cere ca turatia s nu varieze cu sarcina: masini-unelte obisnuite, ventilatoare, unele masini de ridicat, ascensoare, etcElemente constructive

Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din dou prti componente: stator si rotor. Statorul este partea fix a motorului, n general exterioar, ce include carcasa, bornele de alimentare, armtura feromagnetic statoric si nfsurarea statoric. Rotorul este partea mobil a motorului, plasat de obicei n interior. Este format dintr-un ax si o armtur rotoric ce sustine nfsurarea rotoric. ntre stator si rotor exist o portiune de aer numit ntrefier ce permite miscarea rotorului fat de stator. Grosimea ntrefierului este un indicator important al performantelor motorului.

Motorul de curent continuu a fost inventat n 1873 de Znobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemntor. Astfel, a putut observa c masina se roteste, realiznd conversia energiei electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, c generatorul "initial" era de fapt o masin electric reversibil, care putea lucra ca un convertizor de energie bidirectional.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici si bobinele polare concentrate care creeaz cmpul magnetic de excitatie. Pe axul motorului este situat un colector ce schimb sensul curentului prin nfsurarea rotoric astfel nct cmpul magnetic de excitatie s exercite n permanent o fort fat de rotor.

n functie de modul de conectare a nfsurrii de excitatie motoarele de curent continuu pot fi clasificate n:

motor cu excitatie independent - unde nfsurarea statoric si nfsurarea rotoric sunt conectate la dou surse separate de tensiune

motor cu excitatie paralel - unde nfsurarea statoric si nfsurarea rotoric sunt legate n paralel la aceasi surs de tensiune

motor cu excitatie serie - unde nfsurarea statoric si nfsurarea rotoric sunt legate n serie

motor cu excitatie mixt - unde nfsurarea statoric este divizat n dou nfsurri, una conectat n paralel si una conectat n serie.

nfsurarea rotoric parcurs de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenti. Rotorul se deplaseaz n cmpul magnetic de excitatie pn cnd polii rotorici se aliniaz n dreptul polilor statorici opusi. n acelasi moment, colectorul schimb sensul curentilor rotorici astfel nct polaritatea rotorului se inverseaz si rotorul va continua deplasarea pn la urmtoarea aliniere a polilor magnetici.

Pentru actionri electrice de puteri mici si medii, sau pentru actionri ce nu necesit cmp magnetic de excitatie variabil, n locul nfsurrilor statorice se folosesc magneti permanenti.

Turatia motorului este proportional cu tensiunea aplicat nfsurrii rotorice si invers proportional cu cmpul magnetic de excitatie. Turatia se regleaz prin varierea tensiunii aplicat motorului pn la valoarea nominal a tensiunii, iar turatii mai mari se obtin prin slbirea cmpului de excitatie. Ambele metode vizeaz o tensiune variabil ce poate fi obtinut folosind un generator de curent continuu (grup Ward-Leonard), prin nserierea unor rezistoare n circuit sau cu ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate, choppere).

Motor universal folosit la rniele de cafea

Cuplul dezvoltat de motor este direct proportional cu curentul electric prin rotor si cu cmpul magnetic de excitatie. Reglarea turatiei prin slbire de cmp se face, asadar, cu diminuare a cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie acelasi curent strbate nfsurarea de excitatie si nfsurarea rotoric. Din aceast consideratie se pot deduce dou caracteristici ale motoarelor serie: pentru ncrcri reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de ptratul curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lsat s functioneze n gol pentru c n acest caz valoarea intensittii curentului electric absorbit este foarte redus si implicit cmpul de excitatie este redus, ceea ce duce la ambalarea masinii pn la autodistrugere. Motoarele de curent continuu cu excitatie serie se folosesc n tractiunea electric urban si feroviar (tramvaie, locomotive).

Schimbarea sensului de rotatie se face fie prin schimbarea polarittii tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea sensului cmpului magnetic de excitatie. La motorul serie, prin schimbarea polarittii tensiunii de alimentare se realizeaz schimbarea sensului ambelor mrimi si sensul de rotatie rmne neschimbat. Asadar, motorul serie poate fi folosit si la tensiune alternativ, unde polaritatea tensiunii se inverseaz o dat n decursul unei perioade. Un astfel de motor se numeste motor universal si se foloseste n aplicatii casnice de puteri mici si viteze mari de rotatie (aspirator, mixer).

Motorul de curent alternativ

Motoarele de curent alternativ functioneaz pe baza principiului cmpului magnetic nvrtitor. Acest principiu a fost identificat de Nikola Tesla n 1882. n anul urmtor a proiectat un motor de inductie bifazat, punnd bazele masinilor electrice ce functioneaz pe baza cmpului magnetic nvrtitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au fost folosite la generarea si transmisia eficient la distant a energiei electrice, marcnd cea de-a doua Revolutie industrial. Un alt punct important n istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de ctre Michael von Dolivo-Dobrowlsky n anul 1890 a rotorului n colivie de veverit.

Motorul de inductie trifazat

Motorul de inductie trifazat (sau motorul asincron trifazat) este cel mai folosit motor electric n actionrile electrice de puteri medii si mari. Statorul motorului de inductie este format din armtura feromagnetic statoric pe care este plasat nfsurarea trifazat statoric necesar producerii cmpului magnetic nvrtitor. Rotorul este format din armtura feromagnetic rotoric n care este plasat nfsurarea rotoric. Dup tipul nfsurrii rotorice, rotoarele pot fi de tipul:

rotor n colivie de veverit (n scurtcircuit) - nfsurarea rotoric este realizat din bare de aluminiu sau -mai rar- cupru scurtcircuitate la capete de dou inele transversale.

rotor bobinat - capetele nfsurrii trifazate plasate n rotor sunt conectate prin interiorul axului la 3 inele. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii.

Prin intermediul inductiei electromagnetice cmpul magnetic nvrtitor va induce n nfsurarea rotoric o tensiune. Aceast tensiune creeaz un curent electric prin nfsurare si asupra acestei nfsurri actioneaz o fort electromagnetic ce pune rotorul n miscare n sensul cmpului magnetic nvrtitor. Motorul se numeste asincron pentru c turatia rotorului este ntotdeauna mai mic dect turatia cmpului magnetic nvrtitor, denumit si turatie de sincronism. Dac turatia rotorului ar fi egal cu turatia de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inductie electromagnetic, nu s-ar mai induce curenti n rotor si motorul nu ar mai dezvolta cuplu.

Turatia motorului se calculeaz n functie alunecarea rotorului fat de turatia de sincronism, care este cunoscut, fiind determinat de sistemul trifazat de curenti.

Alunecarea este egal cu: , unde

n1 este turatia de sincronism si

n2 este turatia rotorului.

, unde

f este frecventa tensiunii de alimentare si

p este numrul de perechi de poli ai nfsurrii statorice.

Turatia masinii, n functie de turatia cmpului magnetic nvrtitor si n functie de alunecare este: .

Se observ c alunecarea este aproape nul la mers n gol (cnd turatia motorului este aproape egal cu turatia cmpului magnetic nvrtitor) si este egal cu 1 la pornire, sau cnd rotorul este blocat. Cu ct alunecarea este mai mare cu att curentii indusi n rotor sunt mai intensi. Curentul absorbit la pornirea prin conectare direct a unui motor de inductie de putere medie sau mare poate avea o valoare comparabil cu curentul de avarie al sistemelor de protectie, n acest caz sistemul de protectie deconecteaz motorul de la retea. Limitarea curentului de pornire al motorului se face prin cresterea rezistentei nfsurrii rotorice sau prin diminuarea tensiunii aplicate motorului. Cresterea rezitentei rotorului se face prin montarea unui reostat la bornele rotorului (doar pentru motoarele cu rotor bobinat). Reducerea tensiunii aplicate se face folosind un autotransformator, folosind un variator de tensiune alternativ (pornirea lin) sau conectnd initial nfsurarea statoric n conexiune stea (pornirea stea-triunghi - se foloseste doar pentru motoarele destinate s functioneze n conexiune triunghi) sau prin nserierea de rezistoare la nfsurarea statoric. La reducerea tensiunii de alimentare trebuie avut n vedere c cuplul motorului este proportional cu ptratul tensiunii, deci pentru valori prea mici ale tensiunii de alimentare masina nu poate porni.

Turatia masinii de inductie se modific prin modificarea alunecrii sale sau prin modificarea turatiei cmpului magnetic nvrtitor. Alunecarea se poate modifica din tensiunea de alimentare si din rezistenta nfsurrii rotorice astfel: se creste rezistenta rotoric (prin folosirea unui reostat la bornele rotorice - doar la motoarele cu rotor bobinat) si se variaz tensiunea de alimentare (folosind autotransformatoare, variatoare de tensiune alternativ, cicloconvertoare) sau se mentine tensiunea de alimentare si se variaz rezistenta din rotor (printr-un reostat variabil). Odat cu cresterea rezistentei rotorice cresc si pierderile din rotor si implicit scade randamentul motorului. O metod interesant de reglare a turatiei sunt cascadele de recuperare a puterii de alunecare. La bornele rotorice este conectat un redresor, iar la bornele acestuia este conectat un motor de curent continuu aflat pe acelasi ax cu motorul de inductie (cascad Krmmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale mecanic). Tensiunea indus n rotor este astfel redresat si aplicat motorului de curent continuu astfel nct cuplul dezvoltat de motorul de curent continuu se nsumeaz cuplului dezvoltat de motorul de inductie. Reglarea turatiei motorului de inductie se face prin reglarea curentului prin nfsurarea de excitatie. n locul motorului de curent continuu se poate folosi un invertor cu tiristoare si un transformator de adaptare (cascad Krmmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale electric). Tensiunea indus n rotor este astfel redresat si prin intermediul invertorului si a transformatorului este reintrodus n retea. Reglarea vitezei se face din unghiul de aprindere al tiristoarelor.

Turatia cmpului magnetic nvrtitor se poate modifica din frecventa tensiunii de alimentare si din numrul de perechi de poli ai masinii. Numrul de perechi de poli se modific folosind o nfsurare special (nfsurarea Dahlander) si unul sau mai multe contactoare. Frecventa de alimentare se modific folosind invertoare. Pentru frecvente mai mici dect frecventa nominal a motorului (50 Hz pentru Europa, 60 Hz pentru America de Nord) odat cu modificarea frecventei se modific si tensiunea de alimentare pstrnd raportul U/f constant. Pentru frecvente mai mari dect frecventa nominal la cresterea frecventei tensiunea de alimentare rmne constant si reglarea vitezei se face cu slbire de cmp (ca la motorul de curent continuu).

Sensul de rotatie al motorului de inductie se inverseaz schimbnd sensul de rotatie al cmpului nvrtitor. Aceasta se realizeaz schimbnd dou faze ntre ele.

Motorul de inductie cu rotorul n colivie este mai ieftin si mai fiabil dect motorul de inductie cu rotorul bobinat pentru c periile acestuia se uzeaz si necesit ntretinere. De asemenea, motorul de inductie cu rotorul in colivie nu are colector si toate dezavantajele care vin cu acesta: zgomot, scntei, poluare electromagnetic, fiabilitate redus si implicit ntretinere costisitoare. Motoarele de curent continuu au fost folosite de-a lungul timpului n actionrile electrice de vitez variabil, deoarece turatia motorului se poate modifica foarte usor modificnd tensiunea de alimentare ns, odat cu dezvoltarea electronicii de putere si n special cu dezvoltarea surselor de tensiune cu frecvent variabil, tendinta este de nlocuire a motoarelor de curent continuu cu motoare de inductie cu rotor n colivie.

Motorul de inductie monofazat

n cazul n care sistemul trifazat de tensiuni nu este accesibil, cum este n aplicatiile casnice, se poate folosi un motor de inductie monofazat. Curentul electric monofazat nu poate produce cmp magnetic nvrtitor ci produce cmp magnetic pulsatoriu (fix n spatiu si variabil n timp). Cmpul magnetic pulsatoriu nu poate porni rotorul, ns dac acesta se roteste ntr-un sens, atunci asupra lui va actiona un cuplu n sensul su de rotatie. Problema principal o constituie deci, obtinerea unui cmp magnetic nvrtitor la pornirea motorului si aceasta se realizeaz n mai multe moduri.

Prin atasarea pe statorul masinii la un unghi de 90 a unei faze auxiliare nseriat cu un condensator se poate obtine un sistem bifazat de curenti ce produce un cmp magnetic nvrtitor. Dup pornirea motorului se deconecteaz faza auxiliar printr-un ntreruptor centrifugal. Sensul de rotatie al motorului se poate schimba prin mutarea condensatorului din faza auxiliar n faza principal.

n locul fazei auxiliare se poate folosi o spir n scurtcircuit plasat pe o parte din polul statoric pentru obtinerea cmpului nvrtitor. Curentul electric indus n spir se va opune schimbrii fluxului magnetic din nfsurare, astfel nct amplitudinea cmpului magnetic se deplaseaz pe suprafata polului crend cmpul magnetic nvrtitor.

Servomotorul asincron monofazat

Servomotorul asincron monofazat este o masin de inductie cu dou nfsurri: o nfsurare de comand si o nfsurare de excitatie. Cele dou nfsurri sunt asezate la un unghi de 90 una fat de cealalt pentru a crea un cmp magnetic nvrtitor. Rezistenta rotorului este foarte mare pentru a realiza autofrnarea motorului la anularea tensiunii de pe nfsurarea de comand. Datorit rezistentei rotorice mari, randamentul motorului este sczut si motorul se foloseste n actionri electrice de puteri mici si foarte mici.

Motorul sincron trifazat

Motorul sincron trifazat este o masin electric la care turatia rotorului este egal cu turatia cmpului magnetic nvrtitor indiferent de ncrcarea motorului. Motoarele sincrone se folosesc la actionri electrice de puteri mari si foarte mari de pn la zeci de MW.

Statorul motorului sincron este asemntor cu statorul motorului de inductie (este format dintr-o armtur feromagnetic statoric si o nfsurare trifazat statoric). Rotorul motorului sincron este format dintr-o armtur feromagnetic rotoric si o nfsurare rotoric de curent continuu. Pot exista dou tipuri constructive de rotoare: cu poli necati si cu poli aparenti. Rotorul cu poli necati are armtura feromagnetic crestat spre exterior si n cresttur este plasat nfsurarea rotoric. Acest tip de motor are uzual o pereche de poli si functioneaz la turatii mari (3000 rpm la 50 Hz). Rotorul cu poli aparenti are armtura feromagentic sub forma unui butuc poligonal pe care sunt plasate miezurile polilor rotorici si bobine polare concentrate. n unele situatii n locul bobinelor polare concentrate se pot folosi magneti permanenti. Motorul sincron cu poli aparenti are un numr mare de poli si functioneaz la turatii mai reduse. Accesul la nfsurarea rotoric se face printr-un sistem inel-perie asemntor motorului de inductie. Motoarele sincrone cu poli aparenti pot avea cuplu chiar si n lipsa curentului de excitatie, motorul reactiv fiind cel ce functioneaz pe baza acestui cuplu, fr nfsurare de excitatie si fr magneti permanenti.

nfsurarea rotoric (de excitatie) a motorului parcurs de curent continuu creeaz un cmp magnetic fix fat de rotor. Acest cmp se lipeste de cmpul magnetic nvrtitor statoric si rotorul se roteste sincron cu acesta. Datorit inertiei, cmpul magnetic rotoric nu are timp s se lipeasc de cmpul magnetic nvrtitor si motorul sincron nu poate porni prin conectare direct la retea. Exist trei metode principale de pornire a motoarelor sincrone:

pornirea n asincron - pe tlpile polare rotorice este prevzut o colivie asemntoare coliviei motorului de inductie si motorul porneste pe acelasi principiu ca al motorului de inductie.

pornirea la frecvent variabil - este posibil doar atunci cnd este disponibil o surs de tensiune cu frecvent variabil sau un convertor cu frecvent variabil. Cresterea frecventei se face lent, astfel nct cmpul nvrtitor s aib viteze suficient de mici la nceput pentru a putea permite rotorului s se lipeasc de cmpul magnetic nvrtitor.

pornirea cu motor auxiliar - necesit un motor auxiliar ce antreneaz motorul sincron conectat la retea. Cnd motorul ajunge la o turatie apropiat de turatia de sincronism motorul auxiliar este decuplat, motorul sincron se mai accelereaz putin pn ajunge la turatia de sincronism si continu s se roteasc sincron cu cmpul magnetic nvrtitor.

Motorul sincron monofazat

Este realizat uzual ca motor sincron reactiv cu sau fr magneti permanenti pe rotor. Asemntor motoarelor de inductie monofazate, motoarele sincrone monofazate necesit un cmp magnetic nvrtitor ce poate fi obtinut fie folosind o faz auxiliar si condensator fie folosind spir n scurtcircuit pe polii statorici. Se folosesc n general n actionri electrice de puteri mici precum sistemele de nregistrare si redare a sunetului si imaginii.

Motorul pas cu pas

Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron cu poli aparenti pe ambele armturi. La aparitia unui semnal de comand pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa pn cnd polii si se vor alinia n dreptul polilor opusi statorici. Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol n pol, de unde si denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda motorului se face electronic si se pot obtine deplasri ale motorului bine cunoscute n functie de programul de comand. Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesar precizie ridicat

Bibliografie Constantin Ghit - Masini electrice, Ed Matrix Rom, Bucuresti, 2005, ISBN 973-685-919-3 Ion Mihai - inginer, Dorin Merisca - inginer, Eugen Mnzrescu - inginer -Manual pentru autorizarea electricienilor instalatori Centrul de Informare si Documentare pentru Energetic, Bucuresti 1998

Powered by http://www.referat.ro/cel mai tare site cu referate

www.referat.ro