UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA”

FACULTATEA DE INGINERIE

SIBIU

TEHNOLOGIA

MOTOARELOR

DE PUTERE

Profesor:

Lizeta Popescu

Studenţi:

Cucu Andrei

Dendiu Marius

Epure Ovidiu Constantin

An III Electromecanică

2003

Cuprins

1.Tehnologia motoarelor de putere........................................................3

1.1 Clasificarea motoarelor electrice.........................................................3

1.2 Clasificarea motoarelor electrice din punct de

vedere al ventilaţiei..............................................................................3

1.2.1 Maşini cu ventilaţie naturală.............................................................4

1.2.2 Maşini cu ventilaţie forţată...............................................................4

1.3 Consideraţii privind influenţa ventilaţiei

asupra proiectării maşinilor.................................................................5

1.4 Alegerea maşinilor electrice în funcţie de

condiţiile de exploatare........................................................................6

2. Construcţia motoarelor de putere......................................................8

2.1 Materiale utilizate................................................................................8

2.2 Construcţia motoarelor........................................................................14

2.2.1 Motoare electrice de curent continuu...............................................14

2.2.2 Motoare electrice asincrone..............................................................20

2.2.3 Motoare electrice sincrone................................................................24

3. Funcţionarea şi încercarea motoarelor electrice..............................27

3.1 Serviciul de funcţionare.......................................................................27

3.2 Încercarea motoarelor electrice...........................................................29

3.2.1 Încercarea maşinilor trifazate asincrone...........................................29

3.2.2 Încercarea motorului sincron............................................................36

3.3 Tipuri de protecţie...............................................................................37

3.3.1 Simboluri indicatoare pentru protecţie.............................................38

3.3.2 Simboluri privind protecţia contra pătrunderii lichidelor.................40

2

1. TEHNOLOGIA MOTOARELOR DE PUTERE

Prin maşină electrică se înţelege o maşină rotativă care transformă puterea electrică în

putere mecanică – motoare – sau invers - generatoare.

1. 1. Clasificarea motoarelor electrice

Maşinile electrice se împart în maşini de curent continuu şi maşini de curent

alternativ, după felul energiei electrice ce ia parte în conversia electromecanică realizată de

maşină. Maşinile de curent alternativ pot fi mono- sau polifazate. Orice maşină electrică este

reversibilă din punct de vedere al conversiei energiei realizate; ea poate funcţiona fie ca

generator, fie ca motor.

Maşinile de curent alternativ se împart în două mari clase: sincrone şi asincrone.

Maşina sincronă se caracterizează prin faptul că în regim permanent frecvenţa curentului

schimbat cu reţeaua de curent alternativ se află în raport constant cu viteza unghiulară de

rotaţie a maşinii, indiferent de gradul de încărcare al maşinii. Maşina asincronă se

caracterizează printr-o viteză unghiulară ce nu se menţine în raport constant în raport cu

frecvenţa reţelei electrice, ci variază odată cu modificarea regimului de funcţionare al

motorului sau cu modificarea gradului de încărcare.

Evacuarea căldurii din maşina electrică constituie o problemă tot aşa de importantă ca

şi fenomenele legate de însăşi funcţionarea propriu-zisă.

După natura agentului de răcire, la maşinile electrice rotative se disting:

a) răcirea cu gaz (aer sau hidrogen);

b) răcirea cu lichid (cel mai frecvent – apa).

După tipul de ventilaţie, maşinile electrice pot fi realizate în următoarele variante (se

au în vedere tipurile cel mai frecvent întâlnite şi care folosesc drept agenţi de răcire aerul şi

apa):

- maşini cu ventilaţie naturală;

- maşini cu autoventilaţie forţată;

- maşini cu ventilaţie forţată independentă (străină).

3

2. CONSTRUCŢIA MOTOARELOR DE PUTERE

2.1. Alegerea motoarelor electrice în funcţie de ventilaţie şi condiţii de mediu

O problemă deosebită o ridică, din punct de vedere al ventilaţiei, maşinile cu reglaj de

turaţie. În această situaţie existând mai multe posibilităţi, trebuie analizată varianta cea mai

economică, bineînţeles fără a aduce prejudicii bunei funcţionări a instalaţiei.

De asemenea o maşină cu turaţie variabilă şi cu protecţie IP44 sau superioară poate fi

realizată cu schimbător de căldură, dar la care circulaţia aerului se face în circuit închis cu

ajutorul unui ventilator acţionat independent de motorul propriu-zis.

Un alt element care influenţează dimensionarea unei maşini electrice este altitudinea la

care funcţionează maşina. Maşinile au puterea şi încălzirea garantată dacă funcţionează până

la o altitudine de 1000 m. Dacă se depăşesc 1000 m, atunci datorită rarefierii aerului,

ventilaţia maşinii se înrăutăţeşte. Standardele precizează că temperatura maximă a aerului de

răcire este de +400C şi toate referirile privind încălzirea maşinii se fac la această valoare.

Micşorarea solicitărilor în funcţie de puterea nominală a maşinii şi de temperatura mediului

ambiant este dată în tabela 2.1.

TABELA 2.1

Puterea nominală

(kW)

Temperatura mediului ambiant (0C)

45 50 55

30 – 5004055751001251602002503204005006308001000

65565565

5

1412121212121212

12

2020182018201917

18

În funcţie de condiţiile mediului ambiant norma, explosiv, cu vapori de acizi, sau

climat special, tipurile constructive de motoare se realizează cu grade de protecţie

corespunzătoare acestor condiţii. Un prim factor al condiţiilor de mediu este climatul. La

4

alegerea unui motor se iau în considerare climatele temperat, tropical umed, tropical arid

(uscat). Standardele fixează drept mediu de bază, mediul determinat de climatul temperat.

Acest mediu se numeşte mediu termic normal. Pentru mediul termic normal, STAS 625 – 71

stabileşte gradele normale de funcţionare pentru motoarele electrice. Pentru alte medii

ambiante determinate de prezenţa gazelor, vaporilor sau pulberilor explozive, de amestecul

dintre aceste elemente între ele sau cu aerul, de vapori corozivi, etc., motoarele electrice se

construiesc în mod special pe baza unor condiţii tehnice speciale înscrise în caietele de sarcini

sau standarde.

2.2. Materiale utilizate în construcţia maşinilor electrice

În construcţia maşinilor şi transformatoarelor electrice se utilizează diferite materiale

ca: oţelul, oţelul nemagnetic, fonta, aliaje de aluminiu, materiale izolante sub formă de benzi,

plăci. Acestea se folosesc pentru confecţionarea părţilor inactive: carcasa, scuturile, lagărele,

axul, ventilatorul, piesele de susţinere şi consolidare, butucul rotorului, plăcuţa indicatoare,

cutia de borne etc.

În cazul inductorului excitat în curent continuu, unele părţi constructive ale maşinii

(carcasa la maşina de curent continuu, respectiv la maşina sincronă de construcţie inversată şi

axul la maşina sincronă de construcţie normală) îndeplinesc şi rolul de jug al inductorului. În

acest scop, materialele folosite trebuie să aibă proprietăţi mecanice şi magnetice ridicate.

Materiale feromagnetice pentru circuitul magnetic

Într-o maşină electrică rotativă, există porţiuni ale circuitului magnetic care sunt

străbătute de un flux constant în timp, iar alte porţiuni care sunt străbătute de un flux variabil

(alternativ). Astfel, la o maşină de curent continuu polii principali, polii auxiliari şi jugul

statoric sunt străbătuţi de un flux constant, pe când dinţii şi jugul rotoric sunt supuşi unei

frecvenţe de magnetizare care depinde de viteza de rotaţie şi de numărul de poli ai maşinii.

La maşinile de curent continuu situaţia porţiunilor de circuit magnetic se prezintă în

felul următor:

- carcasa maşinii, care joacă rol de jug statoric, se confecţionează în mod obişnuit

din oţel turnat sau laminat şi numai la maşinile de mică putere (1 – 4 kW) poate fi

din fontă turnată;

- polii principali se fac cel mai frecvent din tablă de oţel carbon obişnuit laminată, cu

grosimea de 1 – 2 mm şi mai rar din oţel turnat sau forjat;

- polii auxiliari se fac din oţel forjat şi prelucrat mecanic în cazul maşinilor mici şi

mijlocii sau din tablă de oţel carbon obişnuit, la maşinile mijlocii şi mari, prin

5

ştanţare. Ei se fac însă şi din tablă laminată subţire şi izolată cu lac, în cazul

maşinilor cu şocuri de sarcină (regimuri tranzitorii frecvente).

La maşinile sincrone cu poli aparenţi, miezul polilor şi talpa polară se fac din tablă

laminată cu grosimea de 1-2 mm sau se poate ca miezul să fie din tole, iar talpa polară din oţel

masiv laminat. Jugul rotoric ala cestor maşini se poate face din tole stanţate de 4-5 mm, din

bucăţi masive laminate sau forjate ori dintr-o singură bucată forjată sau turnată din oţel ori

fontă. Grosimea nominală a tablei este de 0,5 mm şi realizează un coeficient de umplere k Fe de

0,91 când tola se izolează cu hârtie şi de 0,92-0,93 când tola (laminată la cald) se izolează cu

lac.

Materiale conductoare pentru înfăşurări

Bobinajele maşinilor electrice rotative şi ale transformatoarelor se fac, din motivele

cunoscute, din materiale cu rezistivitate electrică mică şi anume: cupru şi aluminiu.

Pentru lamelele de colector care lucrează la viteze mari şi pe care alunecă perii tari, cu

presiuni mari se foloseşte cupru aliat cu argint (până la 1-2 % Ag).

Din punct de vedere chimic materialele trebuie să fie cât mai pure utilizându-se pentru

bobinaje numai cupru electrolitic al cărui simbol este CuE.

Principalele caracteristici electrice ale materialelor conductoare (cupru şi aluminiu)

sunt indicate în tabela 2.2.

TABELA 2.2

MaterialulRezistivitatea

la 200C( 20)mm

2/m

Coeficientul de

temperatură ()1/0C

Rezistivitatea la 750C

( 75)mm

2/m

Densitatea()

kg/dm3

Rezistenţa la întindere

()N/mm2

Cupru electrolitic

0,01784

0,01724

3,81 10-3

3,93 10-3 0,0215 8,89210 pentru

Cu E m 450 pentru

Cu E tAluminiu 0,031 3,7 10-3 0,0365 2,70 70-110

pentru Al m150-230

pentru Al t

Dar, cum conductorul se foloseşte izolat, trebuie sa se ştie, pentru dimensionarea

crestăturilor, care este şi grosimea izolaţiei acestuia.

Ea depinde de felul materialului izolant (bumbac, mătase, email sau sticlă) precum şi

de diametrul nominal al conductorului. Astăzi se utilizează mai rar conductorul izolat cu

bumbac din cauza slabei lui rezistenţe la temperatură, fiind mai frecvent întâlnit în bobinajele

6

transformatoarelor. Emailurile superioare, de clasă E, B, F s-au impus prin proprietăţile lor de

stabilitate termică şi un preţ de cost avantajos. În locul firelor de bumbac sau mătase, azi se

utilizează în construcţia maşinilor rotative fire de sticlă dar, dată fiind fragilitatea lor, se

impune aproape totdeauna lipirea lor cu un email convenabil rezultând astfel izolaţia email-

sticlă cu proprietăţi termice şi mecanice excelente. Izolarea conductoarelor cu bumbac, email

sau sticlă nu reprezintă totuşi singurele posibilităţi de izolare a conductoarelor ci se mai

întâlneşte şi utilizarea benzilor izolante mai ales pentru conductoarele profilate. Dezavantajele

acestui gen de izolaţie constau în: consum mare de manoperă, transmisie mai proastă a

căldurii datorită straturilor de aer, proprietăţi mecanice inferioare în comparaţie cu unele

emailuri. Din aceste motive, acest tip de izolaţie se utilizează numai în cazuri bine justificate.

2. 3. Construcţia motoarelor electrice

2. 3. 1. Motoare electrice de curent continuu.

În anexa 1 este reprezentată printr-o secţiune longitudinală şi una transversală, un

motor de curent continuu. Acesta este compus din două părţi constructive de bază:

- statorul, partea imobilă a maşinii, care are ca elemente constructive

principale: carcasa (jugul statoric), polii de excitaţie şi înfăşurarea concentrată respectivă de

curent continuu, polii de comutaţie (auxiliari) şi înfăşurarea concentrată corespunzătoare,

scuturile (capacele) frontale cu lagăre cu rulmenţi sau de alunecare, sistemul perii şi portperii,

cutia de borne;

- rotorul, partea mobilă a maşinii, alcătuit din câteva elemente

constructive principale: miezul (pachetul) rotoric, care prezintă la periferie dinţi, repartizaţi

uniform, iar spre interior jugul rotoric fixat pe arbore, înfăşurarea rotorică distribuită uniform

în crestături ale miezului rotoric, colectorul, ventilatorul.

Carcasa (jugul rotoric) reprezintă partea imobilă în care se fixează polii de excitaţie

şi prin care motorul este fixat în fundaţie prin intermediul unei tălpi de prindere şi buloane

(anexa 1). La motoarele de putere mare, carcasa şi jugul statoric (care serveşte drept drum de

închidere al fluxului magnetic produs de polii de excitaţie) reprezintă una şi aceeaşi piesă

constructivă. Pentru a oferi fluxului magnetic o reluctanţă cât mai mică, carcasa se

construieşte din fontă sau oţel turnat, uneori din tablă groasă de oţel sudată.

La motoarele de dimensiuni mici şi la motoarele alimentate prin instalaţii de redresare

cu gamă largă de reglare a vitezei, jugul statoric se realizează din tole de oţel electrotehnic de

0,5 – 1 mm grosime. Aceste tole sunt ştanţate în forme adecvate, încât se realizează dintr-o

dată şi polii de excitaţie (fig. 2.3.1). În aceste cazuri, jugul statoric se fixează pe carcasă, care

7Fig. 2.2.2Prinderea polilor de

excitatie la motoarele mici

numai serveşte la conducerea fluxului electromagnetic şi care se realizează din materiale

neferomagnetice (de obicei din aluminiu în scopul micşorării greutăţii). De ambele părţi ale

carcasei se fixează prin buloane (cazul motoarelor mai mari) sau tije filetate şi piuliţe,

scuturile sau capacele maşinii care poartă lagărele de alunecare sau cu rulmenţi în care se

roteşte arborele rotoric.

Polii de excitaţie (principali) se construiesc din tole de oţel electrotehnic de 0,5 – 1

mm grosime (fig. 2.2.3), strânse pachet cu ajutorul unor buloane nituite. Polii se prind în

carcasă prin buloane. Ei poartă bobinele de excitaţie străbătute de curentul de excitaţie.

În partea către rotor, miezul polar se

termină cu aşa – numita talpă a polului sau piesă polară. Scopul ei principal este de a înlesni

trecerea fluxului magnetic prin zona îngustă de aer care separă polul de rotor, zonă denumită

întrefier. Capetele tălpii polului sunt tăiate puţin oblic. Din punct de vedere mecanic, talpa

polului serveşte pentru asigurarea poziţiei bobinei, montată pe miezul polului.

8

Fig. 2.3.2Poli de excitatie

principali

Fig. 2.3.1Prinderea polilor de

excitatie la motoarele mici

În aceeaşi figură este arătat unul dintre mijloacele de izolare a bobinei de miezul

polului. Bobina se montează pe o casetă dintr-un material izolator şi se fixează pe o casetă

specială, montată pe miez.

Bobinele de excitaţie se realizează dintr-un conductor rotund sau profilat de cupru.

Conductorul este izolat pentru a nu se produce scurtcircuite între spirele bobinei. Bobinele

polilor de excitaţie se leagă între ele în serie sau paralel şi se alimentează prin bornele din

cutia de borne. Legăturile bobinelor se realizează de aşa manieră, încât fluxul magnetic al

unui pol să fie dirijat dinspre piesa polară spre rotor (pol nord), iar cel al unui pol vecin

dinspre rotor spre piesa polară respectivă (pol sud)(fig. 2.3.3).

Polii de comutaţie (auxiliari) (fig. 2.3.3) ca şi cei principali constau dintr-un miez

care se termină cu talpa polului şi din bobina înfăşurată pe miez.

Polii auxiliari se aşează exact în axa de simetrie (axa neutră) dintre polii principali şi

se fixează pe jug cu buloane. Miezul polilor auxiliari – adeseori, dar nu totdeauna – se

confecţionează din oţel electrotehnic laminat.

Bobinele polilor de comutaţie se realizează tot din conductor izolat de cupru, rotund

sau profilat, şi se leagă între ele în serie sau paralel, fiind străbătute de curent continuu.

Miezul rotoric (anexa 1) se construieşte din tole de oţel electrotehnic (fig. 2.3.4), de

formă circulară cu dinţi şi crestături de profil foarte variat (fig. 2.3.4 b.). De obicei grosimea

acestor tole este de 0,5 – 1 mm.

9

Fig. 2.3.3Poli de comutatie auxiliari

Tolele separate se izolează una de alta printr-un strat subţire de lac sau printr-un strat

de oxid. Grosimea izolaţiei este de 0,03 – 0,05 mm. O astfel de construcţie a miezului are ca

scop reducerea curenţilor turbionari care se dezvoltă în miez la rotirea sa în câmpul magnetic.

Curenţii turbionari duc la pierderi de energie care se transformă în căldură. La miez masiv,

aceste pierderi ar fi foarte mari şi aceasta ar duce la reducerea randamentului maşinii şi la o

încălzire foarte ridicată.

De obicei miezul rotoric este alcătuit din câteva pachete de tole. Pentru îmbunătăţirea

răcirii, între pachete se lasă aşa – numitele canale de răcire de 8 – 10 mm lăţime (anexa 1).

Deseori se fac şi canale axiale (fig. 2.3.4).

Miezul rotoric se presează de ambele părţi prin dispozitive de apăsare care se fixează

pe arbore. În direcţia axei, lungimea miezului depăşeşte lungimea polului cu câte 2 – 5 mm de

fiecare parte. Aceasta se face pentru ca să se reducă la maximum variaţiile permeanţei

circuitului magnetic care se ivesc la micile deplasări axiale ale motorului.

Înfăşurarea rotorică (anexa 1) constă din secţii (bobine) care se pregătesc pe

şabloane speciale şi se aşează în crestăturile miezului (fig. 2.3.5 a.). Înfăşurarea se izolează de

miez cu grijă şi se consolidează în crestături, de cele mai multe ori cu ajutorul unor pene

speciale de lemn sau alt material izolant (fig. 2.3.5 b).

10

a bFig. 2.3.4

Tole miez rotoric

Capetele bobinelor, adică părţile care ies afară din crestături, se fixează cu bandaje de

sârmă de oţel (la margini mici cu bandaje e sfoară) pentru a nu fi aruncate spre exterior atunci

când rotorul se învârteşte (anexa 1).

Colectorul este un subansamblu caracteristic maşinii de curent continuu. Colectorul

(fig. 2.3.6) are formă cilindrică, fiind construit din plăcuţe de cupru, denumite lamele, izolate

11

Fig. 2.3.5Infasurare rotorica

Fig. 2.3.6 Colector

una faţă de cealaltă printr-un strat de micanită şi, de asemenea, izolate de piesele de strângere.

Capetele secţiilor înfăşurării rotorice se lipesc direct în aripioarele lamelelor cu un aliaj cu

cositor sau se utilizează ca piese intermediare nişte steguleţe (motoare de putere mare).

Periile care freacă pe colector, realizează o legătură între înfăşurarea rotorică care se

învârteşte şi bornele motorului care sunt imobile. Periile sunt realizate din material conductor,

în general pe bază de grafit, care asigură frecări şi uzuri mai reduse. Prin intermediul unor

piese speciale, portperiile, periile realizează un contact sub presiune constantă cu lamelele

colectorului. Presiunea constantă este realizată de un arc şi o pârghie de apăsare. Un colier,

posedând o serie de tije şi fixat de obicei pe scutul dinspre colector al maşinii (anexa 1),

susţine portperiile. Periile sunt legate galvanic între ele, şi anume periile de număr impar

(socotite la periferia colectorului) se leagă la o bornă a motorului, iar periile de număr par la

cealaltă bornă. Periile sunt plasate la distanţă egală la periferia colectorului, iar numărul de

rânduri de perii este egal cu numărul de poli de excitaţie al motorului.

2. 3. 2 Motoare electrice asincrone.

Motorul asincron trifazat are două părţi constructive de bază (anexa 2):

- statorul, parte imobilă, care cuprinde miezul feromagnetic, carcasa

cu tălpile de prindere în fundaţie, înfăşurarea statorică, scuturile cu lagăre, cutia de borne,

dispozitivul cu perii (numai la unele tipuri);

- rotorul, parte mobilă, care cuprinde miezul feromagnetic rotoric,

înfăşurarea rotorică, inelele de contact, numai la unele tipuri, ventilatorul.

Miezul statoric este realizat din tole de oţel electrotehnic, de grosime 0,5 mm, izolate

cu lac, strânse în pachet rigid şi prins în carcasa motorului. Miezul are formă cilindrică, la

periferia interioară a acestuia fiind practicate crestături distribuite în mod uniform. În

crestături sunt plasate bobinele unei înfăşurări trifazate.

Înfăşurarea statorică (fig. 2.3.7) este alcătuită din trei înfăşurări de fază identice ca

date constructive (conductor, număr de bobine şi spire). Cele trei înfăşurări sunt decalate la

periferia interioară cu unghiul geometric 2/3p (p fiind numărul de perechi de poli) una faţă

de celelalte, ocupă acelaşi număr de crestături şi sunt conectate între ele în stea sau triunghi şi

legate la o reţea trifazată de curent alternativ prin intermediul unei cutii de borne statorice.

Conductorul utilizat este din cupru. Spirele bobinelor sunt izolate faţă de pereţii crestăturii,

conductorul la rândul său fiind şi el izolat. Înfăşurările se impregnează cu lac pentru

rigidizare, o mai bună izolare şi o mai bună conducţie termică.

12

Miezul rotoric are tot formă cilindrică şi este realizat tot din tole de oţel electrotehnic

de grosime 0,5 mm, uneori neizolate între ele, fiindcă, frecvenţa de magnetizare a tolelor

rotorice este foarte redusă în cazul funcţionării ca motor şi în consecinţă pierderile în fier sunt

neînsemnate. La periferia miezului sunt practicate în mod uniform crestături în care se

plasează înfăşurarea rotorică. Miezul este strâns rigid şi solidarizat cu arborele rotoric (prin

pană).

Înfăşurarea rotorică poate prezenta mai multe forme constructive. O primă variantă

este înfăşurarea trifazată, realizată din trei înfăşurări de fază, decalate la periferia rotorului cu

2/3p una faţă de celelalte, alcătuite din bobine plasate în crestături. De cele mai multe ori,

înfăşurările de fază sunt conectate în stea (mai rar în triunghi). Capetele libere ale înfăşurării

trifazate sunt legate fiecare la câte un inel din material conductor. Cele trei inele sunt izolate

unul faţă de celălalt şi toate faţă de arborele rotoric, dar sunt solidarizate cu arborele, rotindu-

se odată cu acesta. Pe fiecare inel freacă câte o perie (sau mai multe legate în paralel) de bronz

– grafit. Cele trei perii sunt legate apoi la bornele plasate într-o cutie de borne a rotorului.

Evident, sistemul de inele şi perii asigură contacte alunecătoare între înfăşurarea rotorică şi

anumite instalaţii din exteriorul motorului. Prin intermediul acestui sistem de contacte

alunecătoare se poate interveni în circuitele rotorice modificându-se după necesităţi parametrii

circuitelor de fază sau conectând aceste circuite la surse trifazate exterioare. Unele motoare

asincrone cu rotor bobinat (cu inele) sunt prevăzute în plus cu un dispozitiv care realizează

scurtcircuitarea celor trei inele. În acest fel, înfăşurarea rotorică trifazată este închisă în

scurtcircuit (dublă stea). Dispozitivul este manevrat manual. Uneori, pe lângă scurtcircuitarea

13

Fig. 2.3.7Infasurare statorica

inelelor, dispozitivul respectiv îndeplineşte după scurtcircuitarea inelelor, şi ridicarea periilor

de pe inele, în scopul micşorării pierderilor prin frecare şi a uzării inutile a periilor.

Înfăşurarea rotorică se poate prezenta şi sub forma unei colivii de veveriţă, adică a

unui ansamblu de bare din material conductor care umplu crestăturile rotorice de formă

adecvată, barele fiind scurtcircuitate la ambele capete de inele conductoare din acelaşi

material (fig. 2.3.8). În acest caz, se spune că rotorul motorului este în scurtcircuit sau în

colivie. Motoarele cu rotorul în scurtcircuit se construiesc la rândul lor în trei variante

principale:

a) motoare cu o singură colivie de execuţie normală;

b) motoare cu crestătură adâncă, numite şi motoare cu bare înalte;

c) motoare cu dublă colivie.

La rotoarele în colivie simplă, crestăturile rotorului au de cele mai multe ori formă

ovală (fig. 2.3.9) şi sunt închise într-un prag de grosime 0,4 – 0,5 mm. Prin intermediul unei

maşini şi al unei forme speciale, colivia se realizează prin turnare din aluminiu. Odată cu

barele care umplu crestăturile se toarnă şi inelele frontale de scurtcircuitare. Adeseori inelele

sunt prevăzute cu nişte aripi pentru intensificarea ventilaţiei.

Forma crestăturii la un rotor cu crestături adânci (fig. 2.3.10) are înălţimea crestăturii

mai mare decât lăţimea ei de 10 – 12 ori. Colivia este executată din bare de cupru de secţiune

dreptunghiulară, iar inelele K de scurtcircuitare (fig. 2.3.10) de cele mai multe ori sunt din

cupru lat, de dimensiuni corespunzătoare barelor. Barele şi inelele K se sudează cu ajutorul

unui aliaj greu fuzibil. La fel ca şi la colivia simplă, normală, între bare şi pereţii crestăturilor

nu se află nici o izolaţie.

Motorul cu dublă colivie are două colivii: cea superioară S (fig.2.3.11) cu rezistenţă

electrică relativ mare şi cu reactanţă mică, se execută din alamă sau din bronz special, iar cea

14

Fig. 2.3.8Colivie veverita

Fig. 2.3.9Colivie simpla

Fig. 2.3.10Crestaturi de rotor cu crestaturi adanci

inferioară I, dimpotrivă, cu o rezistenţă cât mai mică şi cu o reactanţă relativ mare, se

confecţionează din cupru. Forma crestăturilor poate fi la cea superioară rotundă, iar la cea

inferioară dreptunghiulară sau ovală. Între crestăturile celor două colivii, există o tăietură, care

exercită o influenţă importantă asupra caracteristicilor motorului. Inelele K1 şi K2 (fig. 2.3.11

a.) de scurtcircuitare pentru ambele colivii se fac în mod obişnuit din cupru. Adeseori dubla

colivie se realizează prin turnare din aluminiu (fig. 2.3.11 b.). În acest caz, tăietura dintre

colivii se umple, de asemenea, cu aluminiu.

Întrefierul dintre stator şi rotor are un rol important. Inducţia electromagnetică

mutuală dintre înfăşurările statorică şi rotorică este cu atât mai bună, cu cât întrefierul este mai

mic. La motoarele asincrone întrefierul se limitează la minimum admisibil din considerente

mecanice. Astfel la motoarele normale de până la 10 kW, = 0,35 – 0,50 mm; la motoarele de

10 – 100 kW,

= 0,50 – 0,80 mm. Dacă motorul lucrează în condiţii grele, atunci ele se execută cu un

întrefier sporit (cu aproximativ 1,5 ori).

Motorul asincron monofazat are aceeaşi construcţie ca şi motorul trifazat, cu singura

deosebire că statorul posedă o înfăşurare monofazată, conectată la o reţea monofazată.

Rotorul, de obicei nu este bobinat, ci posedă o colivie de veveriţă.

2. 3. 3. Motoare electrice sincrone

Motorul sincron se caracterizează prin faptul că între viteza unghiulară a rotorului şi

pulsaţia a reţelei trifazate la care se află conectată există o legătură rigidă şi anume

, p fiind numărul de perechi de poli ai motorului.

Motorul sincron posedă două părţi constructive de bază:

15

a bFig 2.3.11

Dubla colivie

- statorul, parte imobilă, care cuprinde miezul feromagnetic statoric,

înfăşurarea, carcasa, scuturile cu paliere;

- rotorul, parte mobilă, care cuprinde miezul feromagnetic,

înfăşurarea rotorică, inelele colectoare, ventilatorul.

16

Fig. 2.3.12Miez rotoric cu poli aparenti

Fig. 2.3.13Miez rotoric cu poli inecati

Miezul statoric al motorului sincron nu se deosebeşte în principiu de miezul statoric al

motorului asincron. El este construit din tole de oţel electrotehnic izolate între ele, cu

crestături, în care este plasată o înfăşurare trifazată.

Miezul rotoric are două variante constructive: cu poli aparenţi (fig. 2.3.12) sau cu poli

înecaţi (fig. 2.3.13).

Miezul cu poli aparenţi este format dintr-o serie de poli (cu piese polare) fixaţi la

periferia unor roţi polare solidare cu arborele motorului. Polii posedă înfăşurări de excitaţie în

curent continuu. Bobinele de excitaţie ale polilor se leagă în serie sau în paralel în aşa fel încât

polaritatea polilor să alterneze la periferia rotorului. Alimentarea bobinei de excitaţie de la o

sursă exterioară se realizează prin intermediul a două inele de contact solidare cu arborele

(inele izolate între ele şi faţă de masă şi la care se leagă capetele înfăşurării de excitaţie) şi a

două perii fixe care freacă pe inelele de contact.

În piesele polare sunt introduse o serie de bare axiale scurtcircuitate la capete (fig.

2.3.14) – denumite bare amortizoare.

Această construcţie cu poli aparenţi, deşi prezintă o oarecare simplitate tehnologică, nu

se pretează a fi aplicată la motoare de viteză mare de rotaţie din cauza lipsei de siguranţă

mecanică. Asemenea construcţie se întrebuinţează şi în cazul generatoarelor sincrone

antrenate de turbine hidraulice, care au viteză de rotaţie relativ scăzută (de ordinul sutelor de

rotaţii pe minut). Uneori se întâlneşte şi construcţia inversă, polii aparenţi de excitaţie sunt pe

17

Fig 2.3.14Bare amortizoare

stator, iar rotorul poartă o înfăşurare trifazată şi trei inele de contact (întocmai ca rotorul

motorului asincron trifazat cu rotor bobinat).

Miezul rotoric cu poli înecaţi (fig. 2.3.13) este o construcţie cilindrică masivă din oţel

cu mare rezistenţă mecanică (oţel crom – nichel – molibden, de obicei). La periferia rotorului

se taie o serie de crestături în care se plasează spirele bobinelor de excitaţie în curent continuu

a polilor. În fig. 2.3.13 rotorul are patru poli. Înfăşurarea unui pol acoperă, de obicei, două

treimi din deschiderea unui pol, în mijlocul polului rămânând o zonă de aproximativ o treime

din deschiderea polului în care nu sunt practicate crestături. Această zonă poartă numele de

dinte mare, spre deosebire de ceilalţi dinţi de deschidere mult mai mică decât separă

crestăturile. Capetele frontale ale bobinelor de excitaţie sunt puternic strânse prin bandaje

masive, pentru a face faţă solicitărilor centrifuge. Această construcţie prezentând o mare

siguranţă mecanică se pretează a fi aplicată la motoare sincrone cu viteze mari de rotaţie

(1000 – 3000 rot/min). Această variantă constructivă conduce la un întrefier constant la

periferia interioară a statorului.

3. ÎNCERCAREA MOTOARELOR ELECTRICE

3.1. Încercările maşinii asincrone trifazate

Maşina asincronă este supusă la încercări de laborator în scopul determinării

pierderilor, randamentului, încălzirii, parametrilor şi mărimilor necesare pentru construcţia

diagramei cercului, pentru determinarea fiabilităţii izolaţiei, pentru stabilirea nivelului

vibraţiilor şi zgomotului etc. Metodele de încercare aplicate în industrie sunt standardizate; în

STAS 7246/1 … 10-74 sunt cuprinse prescripţiile referitoare la încercări.

Pentru predeterminarea caracteristicilor de funcţionare se efectuează încercarea la

funcţionarea în gol şi încercarea în scurtcircuit. Se mai efectuează încercări de verificare a

izolaţiei, încercarea la încălzire, precum şi încercări pentru determinarea caracteristicilor de

funcţionare, a cuplurilor etc.

Încercarea la funcţionarea în gol

Se alimentează înfăşurarea primară de la o sursă trifazată de tensiune variabilă, la

frecvenţa nominală prin intermediul unui transformator reglabil, sau de la un generator

sincron; maşina funcţionează în regim de motor în gol la turaţie apropiată de turaţia sincronă.

18

Schema de montaj este prezentată în figura 3.2.1. Încercarea la mersul în gol se

efectuează numai după ce maşina a funcţionat în gol un interval de timp cuprins între 10’ (la

maşinile cu puterea nominală până la 1 kW) şi 120’ (la maşinile cu puterea nominală la

maşinile cu puterea nominală cuprinsă între 100 … 1000 kW), cu viteza nominală, pentru ca

lagărele să ajungă într-un regim termic stabil. La motoarele electrice echipate cu lagăre cu

rulmenţi, intervalul de timp de funcţionare în gol, înainte de efectuarea măsurătorilor, se poate

reduce la jumătate.

Se măsoară, în funcţie de tensiunea de alimentare U1 de linie, următoarele mărimi:

- curentul de funcţionare în gol pe fază I10

- puterea primară P10

- alunecarea s.

Se calculează factorul de putere cos10 şi se reprezintă grafic aceste mărimi în funcţie

de tensiunea la borne. La tensiunea nominală de linie U1n se determină mărimile

corespunzătoare regimului nominal.

Puterea primară P10 se transformă în pierderile PJ10 în înfăşurarea primară, pierderi în

miezul feromagnetic Pm şi pierderi mecanice de frecare şi ventilaţie P f,v; se neglijează

pierderile în înfăşurarea secundară şi pierderile suplimentare acoperite pe cale mecanică.

Pentru a măsura cât mai corect parametrii motorului la încercarea în gol, este

important ca sistemul de tensiuni al reţelei de alimentare să fie simetric, să nu conţină

armonici, iar frecvenţa tensiunii să fie constantă şi egală cu frecvenţa nominală.

Nesimetria tensiunilor de alimentare conduce la nesimetria curenţilor la funcţionarea

în gol, respectiv la creşterea pierderilor în gol; nesimetria curenţilor poate fi produsă şi de

19

Fig 3.1Schema de principiu pentru încercarea motorului asincron în gol

şi în scurtcircuit

nesimetria înfăşurărilor motorului (de exemplu, datorită numărului de spire diferit de la o fază

la alta, sau datorită parametrilor proprii diferiţi de la o fază la alta ai motorului). Identificarea

cauzelor care provoacă nesimetria curenţilor se poate realiza prin permutarea ciclică a fazelor

reţelei de alimentare. Dacă simetria rămâne neschimbată în raport cu fazele motorului, aceasta

are drept cauză o nesimetrie constructivă a maşinii. Dacă odată cu permutarea fazelor reţelei

se permută de la o fază la alta în acelaşi sens nesimetria observată, atunci cauza trebuie

căutată în nesimetria sursei de alimentare.

Prezenţa armonicilor în curba tensiunii de alimentare are ca urmare creşterea

pierderilor de mers în gol.

Variaţia frecvenţei tensiunii de alimentare îngreunează efectuarea măsurărilor, iar

abaterile acesteia de la valoarea nominală are o influenţă importantă asupra valorii măsurate a

pierderilor în gol.

Încercarea la funcţionarea în scurtcircuit

Înfăşurarea secundară se scurtcircuitează (în cazul rotorului bobinat) iar rotorul este

calat faţă de stator.

Schema de montaj este aceeaşi cu cea folosită la încercarea de mers în gol.

Se alimentează înfăşurarea primară de la o sursă variabilă trifazată simetrică, de

frecvenţă nominală şi tensiune redusă, egală cu 0,2 … 0,3 U1n; curentul în circuitul primar

poate atinge pentru scurtă durată o valoare de 1,2I1n. La încercările industriale ale motoarelor

cu puterea nominală până la 100 kW tensiunea aplicată se ridică până la valoarea nominală;

pentru motoarele cu puterea nominală mai mare de 100 kW, tensiunea este mai redusă, astfel

încât nu se depăşeşte valoarea curentului de scurtcircuit de (2,5 … 3,5)In.

Încercarea la funcţionarea în scurtcircuit se efectuează într-un interval de timp cât mai

scurt, deoarece există pericolul supraîncălzirii înfăşurării.

La motoarele asincrone cu colivie cu bare înalte în rotor este important să se efectueze

o încercare în scurtcircuit la o frecvenţă redusă, de 3 … 5 Hz, pentru determinarea pierderilor

în înfăşurări corespunzătoare funcţionării maşinii la turaţia nominală. În acest scop, se

alimentează maşina de la o sursă trifazată de tensiune de joasă frecvenţă (de exemplu, de la un

generator sincron); se măsoară puterea absorbită şi curenţii la diferite valori ale tensiunii la

borne.

Pierderile în curent alternativ care se produc în înfăşurarea primară se pot determina

separat la maşina asincronă cu rotorul scos. Se alimentează înfăşurarea primară de la o sursă

trifazată simetrică de tensiune redusă şi se măsoară puterea activă primită; aceasta reprezintă

20

în principal pierderile în înfăşurarea primară la curentul măsurat, deoarece pierderile produse

în miezul feromagnetic al statorului sunt neglijabile în aceste condiţii de încercare.

3.2. Încercările motorului sincron

Pentru determinarea parametrilor motoarelor sincrone se aplică metodele prezentate în

paragraful 6.4. În plus, STAS 8 211-68 cuprinde metode pentru determinarea pierderilor şi a

randamentului, determinarea cuplului maxim, precum şi metode de verificare a izolaţiei

înfăşurărilor şi a rezistenţei mecanice a maşinii la supraturaţie.

a. Determinarea pierderilor în fier şi a pierderilor mecanice se poate face printr-o

încercare de mers în gol, la factorul de putere cos = 1 (metoda separării pierderilor). În acest

scop, motorul sincron este alimentat de la o sursă trifazată de frecvenţă nominală şi de

tensiune variabilă de la aproximativ 1,3 Un, până la valori cât mai mici, la care maşina

continua încă să se menţină în sincronism.

Înfăşurarea de excitaţie este alimentată de la o sursă separată; se reglează curentul de

fiecare dată, menţinându-se factorul de putere la valoarea cos = 1.

Se măsoară puterea P0 primită de indus, tensiunea la borne Ub şi curentul de fază I10.

Se reprezintă grafic pierderile în fier şi mecanice PFe + Pf,v calculate din puterea

măsurată P0, după ce scad pierderile în înfăşurarea indusului PJ10 = 3R1I

PFe + Pf,v = P0 – 3R1I .

La intersecţia curbei obţinute cu axa absciselor se determină pierderile mecanice P f,v de

frecare şi ventilaţie; acestea sunt practic independente de tensiunea la borne.

La tensiunea nominală se calculează pierderile în fier din relaţia

PFe = (PFe + Pf,v) – Pf,v.

b. Determinarea pierderilor în înfăşurarea indusului şi a pierderilor suplimentare prin

metoda autofrânării. Metoda se aplică la maşinile sincrone cu moment de inerţie relativ mare.

Înfăşurarea de excitaţie se alimentează de la o sursă separată.

Maşina este antrenată la o turaţie suprasincronă n 1,15 nn.

Se efectuează o autofrânare la mers în gol, la tensiunea nominală. Se determină timpul

în care turaţia maşinii variază de la valoarea 1,1 nn până la valoarea 0,9 nn (prin urmare

= 0,2 nn).

Se efectuează apoi o autofrânare la scurtcircuit simetric la bornele maşinii şi la

curentul nominal prin înfăşurare (în acest scop, se scurtcircuitează mai întâi bornele indusului

şi apoi se excită treptat maşina, obţinându-se în indus curentul nominal).

21

Se determină timpul în care turaţia maşinii variază între aceleaşi limite.

Pierderile în înfăşurarea indusului şi pierderile suplimentare se determină din relaţia

.

22

ANEXA 1

23

ANEXA 2

24

BIBLIOGRAFIE

I. Cioc Maşini electrice. Îndrumar de proiectare

Ed. Scrisul Românesc, 1988; Vol. 1, 2, 3

R. Măgureanu Maşini electrice speciale

Ed. Tehnică, Bucureşti, 1987

C. Bală. Proiectarea maşinilor electrice

Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,

1981

I. Cioc Tehnologia fabricării maşinilor şi

M. Catrina aparatelor electrice

N. Cristea Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,

1981

A. Câmpeanu Maşini electrice

Ed. Scrisul românesc. 1979

I. Cioc Proiectarea maşinilor electrice

C. Nica Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,

1994

Dan Teodorescu Maşini electrice. Soluţii noi. Tendinţe.

Orientări.

Ed. Facla, Timişoara, 1981

25

R. Măgureanu Maşini şi acţionări electrice. Tendinţe

actuale.

Ed. Tehnică, Bucureşti 1988

Articole

C. Ionescu Motor asincron de înaltă tensiune

D. Mitran E.E.A., nr. 1, ianuarie 1988

C. Arnăutu Motoare de înaltă tensiune

E.E.A., nr. 1, ianuarie 1990

Al. Nicolae Proiectare motor asincron

N. Gavriliu E.E.A., nr. 7, iulie 1994

T. Nerodea Motoare asincrone

E.E.A., nr. 4, mai 1980

A. Machedon Motor asincron trifazat

E.E.A., nr. 9-10, septembrie – octombrie

1996

M. Covrig Motor asincron. Parametrii electrici

E.E.A., nr. 9-10, septembrie – octombrie

1996

M. Covrig Motor asincron. Parametrii tehnici

E.E.A., nr. 9-10, septembrie – octombrie

1996

26

27