Probleme generale de pornire a marilor motoare electrice

Probleme generale de pornire a marilor motoare electrice

1. Pornirea marilor motoare asincrone

Pornirea unui mare motor asincron prin conectare directa la reteaua electrica de alimentare determina absorbtia de putere activa si reactiva din retea, de valori foarte mari, care conduce la scaderea drastica a tensiunii pe bara de alimentare a motorului.

Daca la bara pe care se conecteaza motorul asincron se afla racordati si alti consumatori (receptoare), prin scaderea brusca a tensiunii barei in momentul conectarii motorului asincron, acei consumatori vor fi puternic afectati din punct de vedere functional (figura 3.1.a,b).

Fig.3.1. Conectarea directa la reteaua electrica a unui mare motor asincron

a) Schema sinoptica; b) Schema electrica de principiu.

Expresia puterii de calcul (cerute) din retea la pornirea motorului asincron este:

(3.1)

unde: - puterea aparenta nominala a motorului care porneste;

- randamentul motorului;

- factorul de putere nominal al motorului;

- puterea aparenta echivalenta a celorlalti consumatori conectati la bara;

- raportul dintre curentul de pornire si curentul nominal al motorului;

- tensiunea pe bara inainte de pornirea motorului;

- tensiunea pe bara imediat dupa momentul pornirii motorului;

- reactanta de scurtcircuit a sistemului, exprimata in unitati relative, raportata la

, adica:

si , deci (3.2)

Relatia (3.1) a puterii cerute de motorul asincron la pornire poate fi utilizata in doua situatii:

a) Daca se cunoaste puterea nominala a motorului asincron si se considera echivalenta

, cunoscand toate celelalte marimi fizice se poate stabili tensiunea pe bara

imediat dupa momentul pornirii;

b)     Daca se impune tensiunea pe bara, , imediat dupa momentul pornirii se poate determina  puterea ceruta din reteaua de alimentare, , la pornirea motorului asincron.

În prima situatie (cazul a)), daca in urma calculelor rezulta ca: , in momentul conectarii motorului asincron, celelalte motoare asincrone aflate in componenta consumatorului echivalent, , se vor opri. Pentru evitarea acestui fenomen, motorul care urmeaza sa porneasca trebuie sa fie racordat la bara 1 prin intermediul unei bobine de reactanta, BR, ca in figura

Fig. Cuplarea motorului asincron la retea prin intermediul unei bobine de

reactanta.

Bobina de reactanta, BR, trebuie sa fie astfel dimensionata incat sa asigure, la pornire, o tensiune pe bara 1 de racord, de valoare

Pentru ca motorului care se conecteaza sa i se asigure cuplul de pornire necesar, dimensionarea bobinei de reactanta trebuie sa tina seama ca in momentul pornirii, la bornele motorului (nodul 2 din figura 3.2) tensiunea trebuie sa aiba o valoare de : . În caz contrar, motorul nu poate porni din lipsa de cuplu de pornire.

3. Pornirea motoarelor sincrone

În unitatile industriale, numarul motoarelor sincrone este mult mai mic decat cel al motoarelor asincrone, insa motoarele sincrone sunt masini de puteri mari si antreneaza masini de lucru importante ca: pompe, compresoare, turbosuflante etc.

În general, pornirea motoarelor sincrone se face in asincron. Aceasta, pentru ca motoarele sincrone sunt prevazute in rotor cu un sistem de bare din cupru, plasate pe 2/3 din circumferinta rotorului si unite la capete prin doua inele, ansamblul formand o colivie rotorica numita infasurare de amortizare.

Înfasurarea de amortizare serveste la pornirea in asincron a motorului sincron, prin cuplarea directa la retea a infasurarilor statorice, ea avand rolul de rotor in scurtcircuit ca in cazul motoarelor asincrone. În timpul functionarii motorului sincron, insa, infasurarea de amortizare are rolul de a amortiza rapid oscilatiile rotorului fata de turatia constanta a campului magnetic invartitor produs pe cale electrica de infasurarile statorice.

Dupa pornirea in asincron, cand turatia rotorului atinge cca. din turatia nominala a campului magnetic invartitor statoric, se conecteaza infasurarea de excitatie a rotorului la sursa de excitatie si se mareste curentul de excitatie pana cand, dupa cateva pendulari, rotorul se stabilizeaza la turatia sincrona egala cu turatia campului magnetic invartitor statoric.

Asadar, la pornirea motorului sincron se pun doua probleme:

a)     cuplarea infasurarii statorice la retea;

b)     cuplarea infasurarii rotorice la sursa de excitatie.

Cuplarea infasurarii statorice la retea ridica aceleasi probleme ca si cuplarea directa la retea a marilor motoare asincrone (vezi paragraful 2).

Cuplarea infasurarii de excitatie la sursa de excitatie trebuie sa tina seama de faptul ca, inainte de pornire, infasurarea de excitatie se poate afla in urmatoarele stari, conform schemei din figura 3.3.:

• infasurarea de excitatie,,legata direct la sursa de excitatie, daca   inchis si deschis;

• infasurarea de excitatie,, legata la rezistenta de descarcare,, daca - deschis si - inchis;

• infasurarea de excitatie, , in gol, daca - deschis si - deschis.

Fig.3.3. Schema generala de pornire a unui motor sincron.

Starea in care se afla infasurarea de excitatie la pornire se stabileste in functie de corelatia intre curbele momentului asincron si caracteristica mecanica a masinii de lucru antrenata de motorul sincron, conform figurii 3.4:

curba (1) - infasurarea de excitatie legata direct la sursa de excitatie;

curba (2) - infasurarea de excitatie legata la rezistente de descarcare ;

curba (3) - infasurarea de excitatie, in gol;

curba (4) - caracteristica mecanica a unei masini de lucru cu cuplu rezistent de valoare mica;

curba (5) - caracteristica mecanica a unei masini de lucru cu cuplu rezistent de valoare mare.

Fig.3.4. Corelatia curbelor momentului asincron

cu caracteristicile mecanice

ale masinii de lucru antrenate de motorul

sincron.

Dupa cuplarea statorului motorului sincron la reteaua de alimentare, rotorul acestuia se ambaleaza si la un moment dat atinge turatia subsincrona stabila, de alunecare constanta, a carei valoare este data de intersectia curbei momentului asincron cu caracteristica mecanica a masinii de lucru (figura 3.4).

Pentru ca intrarea in sincronism sa se faca cat mai lin, fara pendulari periculoase, alunecarea corespunzatoare turatiei subsincrone stabile trebuie sa aiba o valoare cat mai mica.

Din figura 3.4 se observa ca valoarea alunecarii la turatia subsincrona stabila este minima:

- la cupluri rezistente mici, in punctul A - intersectia curbelor (1) si (4);

- la cupluri rezistente mari, in punctul B - intersectia curbelor (2) si (5).

La cupluri rezistente mici ale masinii de lucru, infasurarea de excitatie din rotorul motorului sincron va fi conectata, la pornire, direct la sursa de excitatie. Dupa atingerea turatiei subsincrone stabile se va actiona asupra sursei de excitatie pentru cresterea curentului de excitatie, motorul intrand in sincronism dupa cateva pendulari usoare ale rotorului.

La cupluri rezistente mari ale masinii de lucru, infasurarea de excitatie din rotorul motorului sincron va fi conectata, la pornire, la rezistenta de descarcare,. Dupa atingerea turatiei subsincrone stabile, rezistenta de descarcare, , se va deconecta (deschidere intrerupator - figura 3.3) si se va conecta infasurarea de excitatie la sursa de excitatie (inchidere intrerupator - figura 3.3), apoi se va mari curentul de excitatie (sau chiar se va forta excitatia, prin modificarea rezistentei de fortare, - figura 3.3) motorul intrand in sincronism dupa cateva pendulari.

Înfasurarea de excitatie din rotorul motorului sincron nu trebuie lasata in gol, deoarece in regimul asincron, in timpul procesului de pornire, datorita alunecarilor mari si a numarului mare de spire ale infasurarii se induc tensiuni electromotoare de valori mari, care se manifesta la bornele infasurarii de excitatie si reprezinta un mare pericol pentru personalul de exploatare.