Generalitati privind schemele de comanda

Pornirea motoarelor asincrone ridica doua probleme esentiale si anume: valoarea exagerat de mare a curentului absorbit din retea in perioada de pornire (in special in momentul conectarii) si valoarea scazuta a cuplului de pornire in raport cu cuplul maxim.

Consecintele acestor aspecte pot fi neplacute.

In fig. 1.1 este redata variatia curentului motorului in functie de viteza de rotatie a motorulu Dupa cum se vede, curentul de pornire ramane la valori ridicate pe masura ce viteza motorului creste si scad e brusc doar atunci cand viteza motorului se apropie de cea nominala. Pentru cea mai mare parte a duratei de pornire a motorului, se poate considera ca acesta se afla in regim de scurt circuit. Valoarea ridicata a curentului de pornire nu prezinta pericol direct pentru motor deoarece dureaza un timp foarte scurt(2-6 secunde), dar, in acest interval de timp, provoaca caderi mari de tensiune in reteaua de alimentare si perturba buna functionare a celorlalti consumatori conectati la aceasta.

Fig. nr. 1. Variatia curentului si cuplului in functie de viteza de rotatie

Intensitatea curentului de pornire poate fi redusa la motoarele asincrone de constructie normala, prin micsorarea tensiunii la bornele motorului in perioada de pornire , dar in acelasi timp se reduce si cuplul la arbore deoarece acesta depinde de patratul tensiuni In consecinta suntem obligati sa pornim motorul in gol sau cu un cuplu rezistent la arbore redus.

Trebuie avut in vedere intotdeauna ca pentru actionarea unor masini de lucru diferite vor fi necesare nu numai cupluri de actionare diferite, dar si timpi de accelerare diferit Daca, in general, pentru un anumit regim de lucru al unui sistem de actionare putem alege mai multe motoare, este mai dificil sa gasim un motor care sa satisfaca atat regimul de functionare cat si cel de pornire. De aceea, pentru fiecare aplicatie specifica trebuie analizata care dintre cele doua cerinte este mai importanta si in functie de aceasta sa se faca alegerea motorulu Dupa ce alegerea este facuta, trebuie sa se stabileasca metoda de pornire cea mai buna si corespunzator acesteia, echipamentul de comanda necesar pentru a obtine performantele cele mai bune, cu consum energetic minim.

Fig. nr. 2. Pornirea motorului folosind un cuplaj electromagnetic

Masina de lucru care este actionata de motorul ales poate necesita pornirea in gol, in sarcina sau in suprasarcina. Pentru fiecare din aceste situatii trebuie avuta in vedere posibilitatea ca motorul ales sa poata acoperi cuplul rezistent al masinii de lucru. Acesta este dat de momentul de inertie al masinii si de sarcina sa in momentul porniri

O valoare scazuta a cuplului de pornire poate conduce la situatia ca motorul fiind conectat la retea sa nu porneasca. In aceste conditii, la s=1 curentul din stator are valoarea curentului de pornire din momentul conectarii si ca urmare prezinta pericolul de ardere a infasurarilor, provocand in acelasi timp si caderi mari de tensiune in retea. In situatia in care procesul tehnologic impune pornirea motorului asincron cu un cuplu rezistent la arbore mai mare decat cuplul de pornire dat de motor, se va utiliza un cuplaj cu comanda electromagnetica intre arborele motorului si utilajul actionat. Dupa ce se porneste motorul cu una din metodele prezentate in continuare, in gol si punctul de functionare s-a stabilizat in domeniul stabil a caracteristicii mecanice a motorului, se excita cuplajul electromagnetic si punctual de functionare se stabileste in acelasi domeniu stabil, satisfacand ecuatia de miscare: M = M_r.

1. Reducerea curentului de pornire

Necesitatea reducerii curentului de pornire provine din dorinta companiilor de electricitate de a furniza energia electrica cu anumiti parametr Unul dintre acesti parametrii este constanta tensiunii de alimentare la punctual de alimentare al consumatorilor, astfel incat sa nu apara fenomenul nedorit de flickering (palpaire) a tensiuni Mentinerea tensiunii de alimentare la o valoare cat mai constanta depinde de puterea generata in zona respectiva, de conditiile de incarcare a transformatoarelor din punctele de transformare, de consumatorii existenti in acea zona si cerintele acestora la diverse momente precum si echipamentul de protectie folosit .

Asa cum s-a aratat mai sus pornirea motoarelor electrice poate duce la absortia unor curenti mari din retea care pot produce caderi de tensiune in aceasta. La fel ca si pentru alte sarcini care pot duce la cereri substantiale de energie din retea, si in cazul motoarelor, companiile furnizoare de energie electrica pot impune anumite reglementari pe care utilizatorii trebuie sa le respecte. Aceste reglementari pot fi diferite de la o companie furnizoare de energie electrica la alta. Cele mai uzuale reglementari sunt:

• Un numar maxim de ampere per kW sau per motor;
• Un numar maxim de kW per retea;
• Un numar maxim pentru un punct de distributie;
• Variatia maxima a curentului absorbit de motor.

Companiile furnizoare de energie electrica pot impune una dintre aceste reglementari sau pot impune o combinatie a acestora.

Din cele prezentate mai sus reiese clar, ca personalul care trebuie sa rezolve problema pornirii unuia sau mai multor motoare trebuie sa inteleaga bine modul in care se comporta motoarele in etapa de pornire. Astfel se va putea alege metoda de pornire cea mai potrivita, conforma cu reglementarile impuse de furnizor si adaptate la costuri minime.

In tabelul nr. 1. sunt prezentate comparativ valorile raportate ale curentilor si cuplurilor pentru diferitele metode de pornire.

In acest tabel avem: I_n - curentul nominal al motrului, I_p - curentul de pornire pentru metoda indicata; I_pd - curentul de pornire pentru pornirea prin cuplarea directa la retea; I_l - curentul de linie al retelei de alimentare; M_n - cuplul nominal al motorului; M_p - cuplul de pornire pentru metoda indicate; M_pd - cuplul de pornire pentru pornirea prin cuplarea directa la retea.

Tabelul nr. 1. Comparatie intre diferite metode de pornire

2. Tranzitia de la o etapa la alta

In cazul metodelor bazate pe reducerea tensiunii de alimentare, pornirea se realizeaza in mai multe etape. In functie de modul in care se realizeaza tranzitia de la o etapa la alta putem avea:

Pornirea cu intreruperea circuitului de alimentare - pentru un interval scurt, cat dureaza tranzitia, motorul este decuplat de la reteaua de alimentare;

Pornirea cu realizarea tranzitiei la o noua etapa fara intreruperea circuitului de alimentare - pe timpul tranzitiei motorul ramane conectat la reteaua de alimentare.

In ambele cazuri, in momentul tranzitiei vom avea un soc de current. Valoarea acestuia este insa mai mare in primul caz si mai mic in cel de-al doilea.

Fig. nr. 3. Variatia curentilor pentru tranzitia de la o etapa la alta:

a)      cu intreruperea circuitului de alimentare; b) fara intreruperea circuitului de alimentare

Socul de curent care apare in cazul tranzitiei de la o etapa la alta este determinat si de valoarea vitezei motorului in momentul tranzitie Pentru a avea un soc de curent cat mai mic, se recomanda ca tranzitia sa aiba loc intr-un moment in care viteza motorului este cat mai apropiata de viteza nominala a motorulu In fig. nr. 4. se prezinta variatia curentului de pornire in cazul in care tranzitia are loc la viteze diferite. Dupa cum se poate observa, in cazul in care tranzitia are loc la o viteza mai mica, curentul care se stabileste dupa tranzitie poate lua valori mai mari decat curentul de pornire. In cel de-al doilea caz, la viteza mai mare, curentul care se stabileste dupa tranzitie poate lua aceeasi valoare cu cel de pornire sau chiar valori mai mic

Fig. nr. 4. Tranzitia de la o etapa la alta la viteze diferit

Pentru a decide ce metoda de pornire trebuie folosita este necesar sa se tina seama de urmatoarele considerente:

• posibilitatea deteriorarii curelelor, reductoarelor sau a lanturilor in cazul pornirii directe de la retea;
• se poate deteriora materialul prelucrat sau transportat de masina de lucru actionat de motorul a carei pornire vrem sa o facem;
• variatiile bruste ale cuplului motor pot afecta sistemul de actionare;
• care este cuplul minim de pornire necesar pentru a pune in miscare instalatia sau utilajul;
• restrictii privind curentul, impuse de compania de alimentare sau de distribuire a energiei electrice;
• restrictii interioare privind curentul, impuse de catre firma sau companie;
• costul instalatiei pentru o metoda data raportata la celelalte metode.

In tabelul nr. 2. sunt prezentate comparativ principalele caracteristici ale diverselor metode de pornire.

Tabelul nr. 2. Principalele caracteristici ale diferitelor metode de pornire