Regulator de turație

Extras din licență Cum descarc?

Am ales ca tema a lucrarii de licenta ,,Regulator de turatie" deoarece aceasta tema este de stricta actualitate, fiind cea mai moderna varianta de actionare cu motoare asincrone.
Obiectivele lucrarii de licenta sunt studierea modului de functionare a variatoarelor de frecventa, comportarea motoarelor asincrone cu rotorul in scurtcircuit alimentate cu frecventa variabila, proiectarea unei aplicatii cu regulator de turatie pentru firma Honeywell (Compa) la care lucrez si nu in ultimul rand realizarea unui stand didactic de laborator, cu care studentii sa poata intelege mai bine actionarea unui motor asincron asincron cu variator de frecventa. 
Motoarele electrice sunt convertoare ale energie electrice in energie mecanica, cu randamente foarte mari, cu versatilitate deosebita si controlabilitate deosebit de mare. 
Dar cum comandam aceasta energie? 
Motorul electric asincron cu rotorul in scurtcircuit (un motor cu inductie) este una dintre cele mai fiabile masini electrice existente, este robust si ieftin, fiind din ce in ce mai utilizat. 
Practic la motorul asincron cu rotorul in scurtcircuit nu exista frecari decat in lagare (care de obicei sunt cu rulmenti). Spre deosebire de acesta motorul de curent continu, are perii colectoare (piese de uzura care trebuiesc schimbate periodic) si care reduc durata de viata a acestui motor.
Motorul asincron are ca pricipal dezavantaj faptul ci turatia acestuia poate fi modificata (semnificativ) doar prin modificarea frecventei. Cum frecventa retelelor electrice este de 50 Hz, motoarele merg cu o turatie constanta (in functie de numarul de poli si sarcina). De aceea pana in urma cu cateva decenii aceste motoare erau folosite doar la actionari cu turatie practic constanta.
Evolutia electronicii de putere a schimbat acest lucru prin introducerea invertorului de tensiune cu frecventa variabila. Acest lucru a permis ca motorul asincron sa fie utilizat in actionari cu modificarea turatiei in gama larga, cu randamente mari si fiabilitate satisfacatoare. Ca o prima consecinta s-a micsorarea gabaritului unor masini unelte, s-au redus costurile, a crescut durata de viata, au scazut cheltuielile de mentenanta si a crescut gradul de automatizare. De exemplu strungul necesita multe angrenaje, cutii de viteza, iar odata cu introducerea variatorului de turatie, aceste subansamble nu mai sunt necesare, turatia putandu-se regla din motor.
La inceput au aparut invertoarele care aveau ca elemente de comutatie tiristorul, triacul, etc. Controlul acestora era realizat prin motaje cu elemete analogice. Tiristorul avea avantajul de a rezista la tensiuni mari. Neajunsul acestuia este in schimb comanda lui dificila (iese din conductie numai daca curentul scade sub valoarea de prag). 
Progresul tehnic in electronica de putere a adus un nou element de comutatie hibrid si anume tranzistorul IGBT. Acesta combina calitatile a doua modele de tranzistori: rezistenta la tensiuni mari (caracteristica tranzistorului bipolar) si rapiditatea si usurinta la comanda (caracteristica tranzistorului MOS-FET). 
Pentru a intelege mai bine functionarea variatorului de turatie si a vizualiza caracteristicile dinamice imi propun sa studiez experimental un astfel de variator (pe un stand de laborator) si sa simulez regimurile normale si de avarie.
Comanda motorului realizata de catre variator se face dupa regula U/f=constant. Pentru aceasta se genereza trei semnale sinusoidale defazate intre ele cu ungiul de 120o. Pentru a micsora si mari amplitudinea semnalelor se foloseste un semnal PWM modulat unui semnal sinusoidal. Folosirea semnalului PWM are si rolul de a nu disipa puteri mari pe tranzistori, de aceea ei vor lucra in comutatie dupa semnalul PWM.
Voi utiliza variatorul de frecventa studiat (de pe standul de laborator modular) pentru proiectarea actionarii unei benzi de alimentare a unei masini de gravat cu laser.
2. Reglarea turatiei motoarelor asincrone
Prin reglarea turatiei la motorul asincron putem obtine mai multe turatii pe un singur motor ceea ce ne poate ajuta la pornirea unui utilaj care foloseste mai multe turatii. Cu ajutorul metodei de reglare a turatiei motorului asincron cu rotorul in scurtcircuit sau deschis in toate domeniile industriale foarte multe avantaje, costuri mai reduse deoarece cu un singur motor se poate face mai multe utilizari. Reglarea turatiei este utilizata pe scara larga in actionarile electrice, cu precadere in regimul de motor trifazat, in majoritatea sectoarelor industriale pentru actionarea masinilor unelte, a pompelor, a compresoarelor, a podurilor rulante, a elevatoarelor.
De remarcat, in ultimul timp este patrunderea agresiva a masinilor asincrone in domeniul tractiunii electrice, mai cu seama de cand, alimentarea motoarelor cu curent alternativ prin invertoare cu modulare in latime a impulsurilor nu mai constituie un impediment, din punct de vedere a eficientei economice. Trebuie amintita aici si utilizarea masinii asincrone ca generator, in centralele electrice de mica putere, de tip hidro sau eolian.
Motoarele asincrone se construiesc intr-o gama foarte larga de puteri (de la unitati de watt pana la ordinul zecilor de MW) si avand turatia sincrona la frecventa de 50 Hz, egala in mod uzual cu 500, 600, 750, 1000, 1500 sau 3000 rot/min, in functie de numarul de perechi de poli. 
Motoarele asincrone prezinta o constructie relativ simpla si robusta in functionare.
La alegerea metodei de pornire trebuie sa se tina seama de conditiile impuse de reteaua de alimentare si de mecanismul actionat:
- cuplul electromagnetic sa fie suficient de mare pentru a se realiza pornirea in gol sau in sarcina, in functie de conditiile de functionare a masinii;
- curentul de pornire al masinii sa nu depaseasca valoarea limita admisibila impusa de reteaua de alimentare, pentru a se evita scaderile mari de tensiune in retea;
- durata procesului de pornire sa fie cat mai scurta, pentru a nu se produce incalzirea insemnata a infasurarii statorice.
Masinile electrice pot fi de tip motor sau de tip generator, iar motoarele electrice se clasifica dupa cum urmeaza:
A.Dupa felul curentului avem :
-curent alternativ care poate fi monofazat sau trifazat,
-curent continuu.
B.Dupa felul actionari avem:
-Masini rotative
-Masini liniare
-Masini hidraulice
C.Masinile electrice rotative se clasifica in:
-Masini Asincrone
-Masini Sincrone
-Masini de Curent Continuu
2.1. Ecuatiile generale ale motorului asincron cu rotorul in scurtcicuit
Notam cu Rs, Ls si cu Rr, Lr parametrii caracteristici celor trei infasurari statorice, respectiv rotorice. Fiind vorba de infasurari diferite, rezistentele Rs, Rr si reactantele lor de scapari Ls, Lr sunt diferite, in timp ce inductivitatea lor mutuala Lm este aceeasi. 
Sintetic, setul complet de ecuatii al masinii asincrone, scris in reperul comun (k), rotitor cu viteza unghiulara - k , este:
Figura 2.1.Sisteme de referinta
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4) (2.5)
Se considera un motor asincron cu cate o infasurare trifazata pe fiecare din cele doua armaturi. Daca infasurarea statorica se conecteaza la o retea trifazata de tensiune si frecventa corespunzatoare ea va fi parcursa de un sistem trifazat de curenti care vor produce in intrefier un camp magnetic invartitor, cu viteza unghiulara ?1. Daca armatura rotorica cere in acel moment viteza unghiulara ?, intr-o infasurare de faza a ei, denumita secundara, se induce t.e.m.
e2=(W1-W)W2KW2?cos(W1-W)t=W2WaKW2?cosW2t (2.6)
unde: W2 este pulsatia t.e.m. induse, ?2 este viteza relativa dintre campul inductor si rotor
Daca infasurarea rotorului se inchide, ea va fi parcursa de curenti, care, la randul lor, produc un camp invartitor de reactie cu o sinteza unghiulara fata de infasurarea care l-a produs:
?2=W2/p=W1-W/p=?1-?  (2.7)
Fata de stator, campul de reactie are viteza unghiulara:
?+?2=?+(?1-?)=?1   (2.8)
Adica, indiferent de turatia rotorului, campul inductor si cel de reactie au aceeasi viteza relativa fata de stator. Deci, cele doua campuri sunt fixe intre ele si se pot insuma, dand un camp rezultant in imprejur. Prin interactiunea dintre acest camp si curentii din infasurari, se exercita intre cele doua armaturi un cuplu electromagnetic.
Relatia: e2=(W1-W)W2KW2?cos(W1-W)t=W2W2KW2?cosW2t arata ca in infasurarea rotorica sunt curenti, deci se poate exercita un cuplu numai daca e2?0, adica ???1. In acest caz se spune ca se poate exercita un cuplu numai daca rotorul aluneca fata de campul invartitor inductor.
2.2 Regimurile de functionare a motorului asincron cu rotorul in scurtcircuit
Analiza regimurilor de functionare ale motoarelor asincrone se face in functie de turatia relativa n2 a rotorului fata de campul invartitor inductor produs de stator, adica de turatia n2=n1-n.
1)La n E(0;n1), deci ? E(0;1) t.e.m. indusa in conductoarele infasurarii scurtcircuitate a rotorului, e=(vxB)?l, produce curentul I2, iar forta ?F=I2?lxB, care actioneaza asupra conductoarelor, are tendinta sa accelereze rotorul catre turatia n1 a campului invartitor. In acest caz, masina primeste energie electrica si dezvolta la arbore un cuplu magnetic, functionand in regim de motor.
2)Daca turatia rotorului este n?n1, deci n2- 0 si ?- 0, t.e.m. indusa isi schimba polaritatea, deci si I2 iar forta ?F se opune cresterii turatiei "n" a rotorului.

Fisiere în arhivă (1):

 Regulator de turatie.doc

Imagini din acest licență Cum descarc?