Actionarea electrica reglabila a turbomasinilor cu motoare asincrone cu comanda in circuitul statoric

Actionarea electrica reglabila a turbomasinilor cu motoare asincrone cu comanda in circuitul statoric

Reglarea vitezei motoarelor asincrone avand comanda prevazuta in circuitul statoric, in cazul actionarii electrice a turbomasinilor, se realizeaza, in principal:

pe baza modificarii tensiunii de alimentare;

pe baza modificarii frecventei tensiunii de alimentare;

Actionarea electrica reglabila bazata pe modificarea tensiunii de alimentare

Tensiunea efectiva pe faza in stator poate fi modificata prin utilizarea unui variator de tensiune alternativa (fig 10.1.) Caracteristicile mecanice artificiale obtinute in acest caz prezinta rigiditati diferite si dezavantajul modificarii cuplului critic cu patratul tensiunii.

Daca tensiunea de alimentare pe faza in stator scade, cuplul electromagnetic dezvoltat de motor scade proportional cu patratul tensiunii. Daca puterea electromagentica este constanta, atunci micsorarea continua a tensiunii produce cresterea alunecarii s pana la atingerea alunecarii critice , cuplul critic scazand, de asemenea,cu patratul tensiunii. Depasirea alunecarii critice face functionarea motorului instabila si necorespunzatoare. Valoarea minima a tensiunii pe faza in stator, pentru care cuplul critic devine egal cu cel nominal, este egala cu tensiunea nominala pe faza in stator impartita la radicalul capacitatii de supraincarcare mecanica a motorului, respectiv

In acesta ipoteza, viteza minima este:

Puterea absorbita din reteaua de alimentare de motorul asincron , aproximativ egala cu puterea electromagnetica (daca se neglijeaza pierderile statorice in fier si in cupru), se consuma sub forma de putere mecanica si sub forma de alunecare , care se pierde in rotor. La subcapitulul precedent s-a aratat ca puterea

de alunecare a motorului asincron depinde de viteza si atinge valoarea maxima pentru viteza , respectiv pentru , iar daca puterea de alunecare se reduce. Dar, in timp ce puterea de alunecare variaza dupa aceasta lege, cuplul activ solicitat motorului de catre turbomasina variaza dupa o lege parabolica (fig.10.2.)

Fig.10.1.Schema de principiu a unui variator Fig.10.2. Variatia cuplului activ si a raportului

de tensiune alternativa  intre puterea de alunecare si puterea nominala

in functie de viteza de rotatie

La modificarea tensiunii statorice puterea de alunecare a motorului se disipa in rotor sub forma de pierderi rotorice prin efect Joule. Acestea fac sa creasca substantial solicitarea termica a infasurarii rotorice in cursul reglarii si,ca urmare,se iau masuri speciale de adaptare a motorului la noile conditii de functionare. Acestea constau in folosirea fie a unui motor asincron cu rotor in scurtcircuit, de serie, dar de putere mult mai mare decat cea normala, fie a unui motor asincron cu rotor disc si intrefier axial de constructie speciala, dar de putere normala.

Schema cu motor asincron cu rotorul in scurtcircuit

In prezent, instalatiile de actionare electrica reglabila au inceput sa fie folosite, din ce in ce mai mult, pentru antrenarea turbopompelor si ventilatoarelo de mica putere din instalatiile de alimentare cu apa si, respectiv, cele de ventilatie. Tocmai la aceste instalatii este foarte important faptul sa nu necesite intretinere, dat fiind ca, deseori in aceste cazuri, nu exista personal calificat. In asemenea cazuri, actionarea cu motoare de curent continuu, care ofera posibilitatea unui reglaj larg si fin, nu poate fi utilizata datorita necesitatii intretinerii dificile a periilor si a colectoarelor aferente. Singurele motoare ideale, in ceea ce priveste lipsa de intretinere, sunt motoarele asincrone cu rotorul in scurtcircuit. Pentru reglarea vitezei, aceste motoare pot fi alimenatate de la retea prin intermediul variatoarelor de tensiune alternativa.

Puterea motorului asincron folosit in acest montaj se alege in concordanta cu conditiile particulare de functionare a sistemului de actionare (variatia patratica a cuplului activ M in functie de tensiunea statorica si reglarea vitezei intr-un domeniu

In conditii normale de functionare, puterea de alunecare nominala a masinilor asincrone mici este si,deci, corespunde alunecarii si puterii sale nominale.La reglarea vitezei intr-un domeniu , puterea de alunecare atinge valoarea maxima si, deci .Asadar, pentru a asigura regalarea vitezei intr-un domeniu -si,totodata variatia patratica a cuplului motorului in functie de tensiunea statorica-rezulta ca trebuie sa fie folosit un motor cu rotorul in scurtcircuit,de serie, avand o putere de 3.4 ori mai mare. In aceasta situatie, actionarea electrica reglabila a turbomasinilor (pompe si ventilatoare) este economica numai pentru puteri mici (

Totodata, tinad seama ata de faptul ca racirea motorului se face intr-o masura mai mica, de catre ventilatorul propriu al motorului(intrucat viteza ventilatorului scade odata cu cea a motorului), cat si aparitia curentilor si tensiunilor nesinusoidale (datorita alimentarii motorului prin intermediul variatorului de tensiune alternativa), rezulta ca este necasara inca o anumita supradimensionare a masinii.

Firma Siemens a elaborat o schema imbunatatita (fig.10.3.) conceputa special pentru actionarea electrica reglabila a pompelor si ventilatoarelor de putere mica. In aceasta schema, variatorul de tensiune alternativa este construit cu triacuri, ele fiind amplasate in legaturile in stea ale motorului. In acest mod, solicitarea dispozitivelor semiconductoare, produsa de catre supratensiunile ce apar la pornire, se reduce simtitor.

Triacurile variatorului din schema respectiva sunt aprinse prin intermediul unui dispozitiv de comanda, condus de catre un regulator de viteza , corespunzator cu valoarea de referinta , prescrisa prin intermediul potentiometrului si valoarea reala- n data de tahogeneratorul .Regulatorul de viteza este executat ca un regulator continuu neliniar PI. Desi regulatorul are o caracteristica neliniara, determinata de legatura patratica intre tensiunea statorica si cuplul motorului, influentata de alunecare, acordarea sa nu pune probleme deosebite.

In figura 10.4 s-a ilustrat un variator de tensiune alternativa de tip SIMOTRAS , construit dupa schema din figura 10.3 de catre firma Siemens.

Motorul asincron cu rotorul in scurtcircuit alimentat prin intermediul variatorului de tensiune alternativa constituie o solutie economica pentru actionarea electrica reglabila a turbomasinilor de mica putere si,anume a acelora cu puteri pana la 5kW.

Reglarea vitezei motorului asincron cu rotorul in scurtcircuit pe baza modificarii tensiunii de alimentare este o reglare insotita de pierderi energetice, dar necesita o investitie redusa fata de reglarea vitezei realizata prin modificarea frecventei tensiunii de alimentare care nu prezinta pierderi energetice dar in schimb este mult mai scumpa.

Fig. 10.3. Schema de principiu a unei actionari electrice reglabile cu motor asincron cu rotorul in scurtcircuit, alimentat prin variator de tensiune alternativa;

M-motor de curent alternativ; VTA- variator de tensiune alternativa;-traducator de viteza; -regulator de viteza ; DI- distribuitor de impulsuri; -potentiometru; RD-redresor

Fig. 10.4. Variator de tensiune alternativa,construit cu triacuri in scopul alimentarii unui motor electric asincron cu rotorul in scurtcircuit utilizat pentru actionarea turbomasinilor de mica putere.

Schema cu motor asincron cu rotor disc si intrefier axial

In principiu, motorul cu disc si intrefier axial este analog motorului clasic cu rotor bobinat. Constructiv, acest motor este alcatuit din doua flanse, intre care se roteste discul rotoric fixat rigid pe arbore.Rotorul este alcatuit din straturi stantate de cupru, izolate termorezistent prin folii de tesatura de sticla. Conductoarele lamelare sunt interconectate la extremitati prin sudura.

Rezistenta rotorului disc creste proportional cu frecventa curentului rotoric, adica invers proportional cu viteza. Acest rotor admite supraincalzire si,in acelasi timp , ofera bune conditii de racire, permitand eliminarea sub forma de caldura a energiei de alunecare din circuitul rotoric.Urmare a acestor particularitati, motorul cu rotor disc se adapteaza bine la cresterea alunecarii , respectiv la scaderea vietzei si deci este cel mai adecvat motor pentru a fi folosit in sistemele de actionari electrice reglabile bazate pe modificarea tensiunii de alimentare. Un alt avantaj al acestui motor este determinat de faptul ca, avand un factor de putere mai bun, curentul preluat de stator este mult mai mic pentru aceleasi valori de viteza si cuplu. Acest lucru permite o micsorare a curentului limita, care parcurge dispozitivele semiconductoare ale variatorului de tensiune alternativa, prin care este alimentat motorul respectiv in cazul necesitatii reglarii vitezei sale.

La confectionarea variatorului de tensiune alternativa pentru alimenatarea motorului cu disc se utilizeaza, in general, tiristoare. In acest caz, variatorul respectiv este alcatuit din trei variatoare monofazate (fig. 10.5.), dispuse cate unul pe fiecare faza si comandate cu impulsuri de comanda, decalate de la o faza la alta cu .Fiecare variator monofazat este format, la randul lui, din doua tiristoare cuplate in antiparalel. Prin modificarea unghiului impulsurilor de comanda se obtine variatia tensiunii de alimentare a motorului asincron si,prin aceasta, reglarea vitezei sale.

La modificarea tensiunii de alimentarea motorului cu rotor disc si intrefier axial se obtin caracteristicile mecanice artificiale M(n )ilustrate in figura 10.6. Din analiza acestor caracteristici se observa evident legatura patratica dintre tensiunea statorica si cuplul motorului. Motorul asincron cu rotor disc si intrefier axial alimentat prin intermediul variatorului de tensiune alternativa constituie o solutie economica pentru actionarea electrica reglabila a turbomasinilor de mica putere, respectiv pana la 10 kW si care functioneaza in conditii grele de mediu inconjurator.

Fig.10.5. Schema de principiu a unei actionari cu motor asincron cu rotor disc si intrefier axial alimentat prin variator de tensiune alternativa:

M-motor; VTA-variator de tensiune alternativa; Pt- potentiometru; DI-distribuitor de impulsuri; Tn- traductor de viteza; Rn- regulator de viteza;

Fig 10.5. Caracteristicile mecanice artifciale ale unui motor asincron cu rotor disc si intrefier axial obtinute la modificarea tensiunii de alimentare