Motorul Electric

Motorul electric

Cuprins

0

Introducere.........................................................................................................................2 Motorul de curent continuu..............................................................................................3 Motorul de curent alternativ............................................................................................5 Alegerea motoarelor electrice pentru diverse utilizari...................................................9 Proprietatile motoarelor elctrice de constructie obisnuita si domeniile principale de folosire...............................................................................................................................10 Bibliografie.......................................................................................................................11

Introducere

1

Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie, generatoarele si motoarele electrice au o utilizare foarte larga – de la motoare pentru burghie si pana la locomotive. Electricitatea exista la crearea materiei, intrucat materia este formata din atomi, care contin particule incarcate electric, numite electroni si protoni. Vechii greci stiau ca frecand o bucata de chihlimbar cu o bucata de panza, aceasta va atrage obiecte usoare, dar nu aveau o explicatie a acestui fenomen. De fapt, frecarea genereaza electricitate. Termenii actuali de „electron” sau „electricitate” sunt deviati din grecescul „elektron”, care inseamna cihlimbar. Cu toate ca vechii greci facusera un mare pas pe drumul unei noi descoperiri, primul motor generator de electricitate a fost inventat abia in jurul anului 1600. Germanul Otto von Guerike a construit un motor simplu, care continea un balon cu sulf. Balonul era pus in miscare prin rotirea unui maner, tinand in acelasi timp o mana pe balon, aceasta se incarca electric din cauza frecarii. Pana in anii 1800 au fost inventate mai multe generatoare de energie de acest tip. Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transforma energia electrica in energie mecanica. Transformarea in sens invers, a energiei mecanice in energie electrica, este realizata de un generator electric. Nu exista diferente de principiu semnificative intre cele doua tipuri de masini electrice, acelasi dispozitiv putand indeplini ambele roluri in situatii diferite. Motoarele electrice pot fi grupate in urmatoarele categorii: - motoare de curent continuu; - motoare de curent alternativ. Cele de curent alternativ, la randul lor, se clasifica in : - asincrone ; - sincrone. Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din doua parti componente: stator si rotor. Statorul este partea fixa a motorului, in general exterioara, ce include carcasa, bornele de alimentare, armatura feromagnetica statorica si infasurarea statorica. Rotorul este partea mobila a motorului, plasata de obicei in interior. Este format dintr-un ax si o armatura rotorica ce sustine infasurarea rotorica. Intre stator si rotor exista o portiune de aer numita intrefier ce permite miscarea rotorului fata de stator. Grosimea intrefierului este un indicator important al performantelor motorului. Majoritatea motoarelor electrice functioneaza pe baza fortelor electromagnetice ce actioneaza asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat in camp magnetic. Exista insa si motoare electrostatice construite pe baza fortei Coulomb si motoare piezoelectrice. Fiind construite intr-o gama extinsa de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicatii: de la motoare pentru componente electronice (hard disc,imprimanta ) pana la actionari electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).

Motorul de curent continuu

2

Motorul de curent continuu a fost inventat in 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemanator. Astfel, a putut observa ca masina se roteste, realizand conversia energiei electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, ca generatorul "initial" era de fapt o masina electrica reversibila, care putea lucra ca un convertizor de energie bidirectional. Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici si bobinele polare concentrate care creeaza campul magnetic de excitatie. Pe axul motorului este situat un colector ce schimba sensul curentului prin infasurarea rotorica astfel incat campul magnetic de excitatie sa exercite in permanenta o forta fata de rotor. In functie de modul de conectare a infasurarii de excitatie motoarele de curent continuu pot fi clasificate in:    

motor cu excitatie independenta - unde infasurarea statorica si infasurarea rotorica sunt conectate la doua surse separate de tensiune motor cu excitatie paralela - unde infasurarea statorica si infasurarea rotorica sunt legate in paralel la aceasi sursa de tensiune motor cu excitatie serie - unde infasurarea statorica si infasurarea rotorica sunt legate in serie motor cu excitatie mixta - unde infasurarea statorica este divizata in doua infasurari, una conectata in paralel si una conectata in serie.

Infasurarea rotorica parcursa de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenti. Rotorul se deplaseaza in campul magnetic de excitatie pana cand polii rotorici se aliniaza in dreptul polilor statorici opusi. In acelasi moment, colectorul schimba sensul curentilor rotorici astfel incat polaritatea rotorului se inverseaza si rotorul va continua deplasarea pana la urmatoarea aliniere a polilor magnetici. Pentru actionari electrice de puteri mici si medii, sau pentru actionari ce nu necesita camp magnetic de excitatie variabil, in locul infasurarilor statorice se folosesc magneti permanenti. Turatia motorului este proportionala cu tensiunea aplicata infasurarii rotorice si invers proportionala cu campul magnetic de excitatie. Turatia se regleaza prin varierea tensiunii aplicata motorului pana la valoarea nominala a tensiunii, iar turatii mai mari se obtin prin slabirea campului de excitatie. Ambele metode vizeaza o tensiune variabila ce poate fi obtinuta folosind un generator de curent continuu (grup Ward-Leonard), prin inserierea unor rezistoare in circuit sau cu ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate, choppere). Cuplul dezvoltat de motor este direct proportional cu curentul electric prin rotor si cu campul magnetic de excitatie. Reglarea turatiei prin slabire de camp se face, asadar, cu diminuare a cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie acelasi curent strabate infasurarea de excitatie si infasurarea rotorica. Din aceasta consideratie se pot deduce doua caracteristici ale motoarelor serie: pentru incarcari reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de patratul curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lasat sa 3

functioneze in gol pentru ca in acest caz valoarea intensitatii curentului electric absorbit este foarte redusa si implicit campul de excitatie este redus, ceea ce duce la ambalarea masinii pana la autodistrugere. Motoarele de curent continuu cu excitatie serie se folosesc in tractiunea electrica urbana si feroviara (tramvaie, locomotive). Schimbarea sensului de rotatie se face fie prin schimbarea polaritatii tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea sensului campului magnetic de excitatie. La motorul serie, prin schimbarea polaritatii tensiunii de alimentare se realizeaza schimbarea sensului ambelor marimi si sensul de rotatie ramane neschimbat. Asadar, motorul serie poate fi folosit si la tensiune alternativa, unde polaritatea tensiunii se inverseaza o data in decursul unei perioade. Un astfel de motor se numeste motor universal si se foloseste in aplicatii casnice de puteri mici si viteze mari de rotatie (aspirator, mixer). Viteza cu care un motor cu curent continuu functioneaza, depinde de puterea campului magnetic care actioneaza asupra rotorului, cat si de curentul rotorului. Cu cat este mai puternic campul magnetic, cu atat este mai mica rata rotatiei necesare sa creeze un curent secundar necesar pentru a contracara curentul aplicat. Din acest motiv viteza motoarelor cu curent continuu poate fi controlata prin variatia campului curentului.

Motoarele de curent alternativ functioneaza pe baza principiului campului magnetic invartitor. Acest principiu a fost identificat de Nikola Tesla in 1882. In anul urmator a proiectat un motor de inductie bifazat, punand bazele masinilor electrice ce functioneaza pe baza campului magnetic invartitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au fost folosite la generarea si transmisia eficienta la distanta a energiei electrice, marcand cea de-a doua Revolutie industriala. Un alt punct important in istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de catre Michael von DolivoDobrowlsky in anul 1890 a rotorului in colivie de veverita. Motoarele electrice de curent alternative se impart in doua categorii principale: motoare asincrone si motoare sincrone. Motorul electric asincron Motorul electric asincron este o masina electrica simpla,robusta,usor de manipulat,ieftina,avand un randament bun si un cuplu de pornire ridicat.El este caracterizat printr-o viteza de functionare care variaza cu sarcina (la frecventa constanta a curentului de alimentare).Ca orice masina electrica,motorul asincron este reversibil,adica,daca este antrenat de un alt motor primar la viteze suprasincrone,el functioneaza ca generator electric,iar daca i se caleaza rotorul el functioneaza ca transformator static(regulator de inductie),folosit la reglarea tensiunii retelelor. Cand transformatorul asincron functioneaza in gol,el absoarbe un current aproape in intregime reactive(pemtru magnetizarea circuitului sau magnetic).Pentru pierderile in fier si in infasurari,mecanica si de ventilatie,el absoarbe un curent activ relativ redus.In aceasta situatie,factorul sau de putere este foarte mic la mersul in gol,deci un dezavantaj. Motoarele electrice asincrone sunt de mai multe tipuri:  cu rotorul bobinat(si inele colectoare);  cu rotorul in scurtcircuit; 4

 cu rotorul in bare inalte;  cu rotorul de tip Dolivo-Dobrovolski(dubla colivie). Cele mai uitilizate sunt primele doua tipuri de motoare asincrone. Reglajul vitezei motoarelor asincrone se poate face prin:  rezistoare introduce in circuitul rotoric (reglaj viteza in sarcina);  variatia tensiunii aplicate ( prin autotransformator sau transformator);  variatia frecventei;  variatia numarului de poli (permite 2-3 trepte de viteza). Motorul asincron trifazat este cel mai folosit motor electric in actionarile electrice de puteri medii si mari. Statorul motorului de inductie este format din armatura feromagnetica statorica pe care este plasata infasurarea trifazata statorica necesara producerii campului magnetic invartitor. Rotorul este format din armatura feromagnetica rotorica in care este plasata infasurarea rotorica. Dupa tipul infasurarii rotorice, rotoarele pot fi de tipul: 



rotor in colivie de veverita (in scurtcircuit) - infasurarea rotorica este realizata din bare de aluminiu sau -mai rar- cupru scurtcircuitate la capete de doua inele transversale. rotor bobinat - capetele infasurarii trifazate plasate in rotor sunt conectate prin interiorul axului la 3 inele. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii.

Prin intermediul inductiei electromagnetice campul magnetic invartitor va induce in infasurarea rotorica o tensiune. Aceasta tensiune creeaza un curent electric prin infasurare si asupra acestei infasurari actioneaza o forta electromagnetica ce pune rotorul in miscare in sensul campului magnetic invartitor. Motorul se numeste asincron pentru ca turatia rotorului este intotdeauna mai mica decat turatia campului magnetic invartitor, denumita si turatie de sincronism. Daca turatia rotorului ar fi egala cu turatia de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inductie electromagnetica, nu s-ar mai induce curenti in rotor si motorul nu ar mai dezvolta cuplu. Turatia motorului se calculeaza in functie alunecarea rotorului fata de turatia de sincronism, care este cunoscuta, fiind determinata de sistemul trifazat de curenti.

Alunecarea este egala cu:

, unde:

n1 este turatia de sincronism si n2 este turatia rotorului. , unde:

5

f este frecventa tensiunii de alimentare si p este numarul de perechi de poli ai infasurarii statorice. Turatia masinii, in functie de turatia campului magnetic invartitor si in functie de alunecare este:

.

Motorul asincron monofazat are caracteristici deosebite fata de cel trifazat.Astlef,curentul de mers in gol al acestuia este de circa trei ori mai mare decat al motorului trifazat ,iar factorul de putere mai scazut cu 10-12%. El are cuplul de pornire nul si se poate roti in orice sens(dupa impulsul care i se da initial).Randamentul sau este cu 2-4% mai mic decat al motorului trifazat. Pentru ca motorul asincron monofazat sa poata porni totusi singur,i se mai prevede o infasurare auxiliara,decalata cu 90° electrice fata de infasurarea principala,care se alimenteaza cu un current decalat fata de cel principal.Acest lucru se realizeaza cu ajutorul unei reactante sau resistor,creandu-se astfel in motor un camp de invartire bifazat,deci un cuplu de pornire.In afara de acest mod de pornire exista si alte posibilitati,cum ar fi folosirea de condensatoare de pornire,care,de obicei,se deconecteaza cand viteza motorului a atins circa 80% din cea normala.

Motorul electric sincron La motorul sincron statorul este o infasurare alimentata in current alternative,iar rotorul,cu o infasurare de excitatie alimentata in current continuu.Masinile sincrone se construiesc ca generatoare,motoare sau compresoare de faza.Ele se deosebesc intre ele,in principal,prin faptul ca la generatoare cuplul la arbore are sens invers fata de cel de la motoare,iar la compensatoare acest cuplu este practice nul. Caracteristica principala a motorului sincron este aceea ca viteza rotorului sau este constanta,indiferent de sarcina(pentru aceeasi frecventa a retelei). Motorul sincron poate suporta diverse sarcini,pana la o sarcina maxima numita sarcina de desprindere,in functie de caracteristicile lui.Daca aceasta sarcina este depasita,motorul isi pierde sincronismul (turatia rotorului cu campul invartitor al infasurarii statorice) si se desprinde de sarcina. Cuplarea unei masini sincrone la retea se poate face numai daca sunt indeplinite urmatoarele conditii: 

masina sa fie adusa la viteza de sincronism;



tensiunea la bornele sale sa fie egala cu a retelei;



succesiunea fazelor masinii sa fie egala cu cea a retelei;



in momentul cuplarii sa fie opozitie de faza intre tensiunea retelei sic ea a masinii (generatoare).

6

Motorul sincron prezinta avantajul,fata de motorul asincron,ca avand un factor de putere foarte bun,imbunatateste factorul de putere general al instalatiilor electrice la care este racordat.El prezinta insa dezavantaje ca nu are posibilitatea de variatie si ca necesita o instalatie de excitatie si pornire. Pornirea motorului sincron se face fie cu motor asincron,fie cu ajutorul unui alt motor de lansare.In primul caz si cel mai folosit,motorul sincron se alimenteaza cu o tensiune redusa (0,3-0,5U), produsa de un autotransformator special de pornire sau de un transformator cu prize,si el se va roti ca si indusul in scurtcircuit al unui motor asincron.De la pornire si pana la ajungere la viteza de sincronism , bobinajul excitatiei motorului trebuie scurtcircuitat sau inchis printr-o rezistenta mare, pentru a nu se produce in el tensiuni periculoase. Motorul sincron se foloseste acolo unde nu este nevoie de variatie a vitezei de rotatie,si anume la: convertizoare de mare viteza,compresoare,ventilatoare,etc. Daca este necesar ca un motor sincron sa produca energie reactiva,el trebuie sa functioneze supraexcitat. In cazul in care un motor sincron functioneaza fara sarcina si supraexcitat , el debiteaza energie reactiva in reteaua la care este racordat, luand denumirea de compensator de faza. Motorul sincron monofazat este realizat uzual ca motor sincron reactiv cu sau fara magneti permanenti pe rotor. Asemanator motoarelor de inductie monofazate, motoarele sincrone monofazate necesita un camp magnetic invartitor ce poate fi obtinut fie folosind o faza auxiliara si condensator fie folosind spira in scurtcircuit pe polii statorici. Se folosesc in general in actionari electrice de puteri mici precum sistemele de inregistrare si redare a sunetului si imaginii. Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron cu poli aparenti pe ambele armaturi. La aparitia unui semnal de comanda pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa pana cand polii sai se vor alinia in dreptul polilor opusi statorici. Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol in pol, de unde si denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda motorului se face electronic si se pot obtine deplasari ale motorului bine cunoscute in functie de programul de comanda. Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesara precizie ridicata (hard disc, copiatoare).

Alegerea motoarelor electrice pentru diverse utilizari

7

In alegerea celor mai potrivite motoare electrice pentru actionarea diverselor mecanisme industriale , utilaje agricolo, aparate medicinale, aparate electrocasnice, etc.,se au in vedere,in principal,urmatoarele elemente: tensiunea,puterea si viteza la care vor trebui sa functioneze electromotoarele respective. In ceea ce priveste tensiunea, aceasta este deterninata de tensiunea retelei electrice de distrubutie sau a instalatiei electrice din cladirea sau incinta in care se monteaza electromotoarele,dupa caz. Stabilirea puterii electromotoarelor este de o importanta deosebita.Regula generala este ca fiecare electromotor sa aiba o putere egala sau cat mai apropiata de puterea necesara functionarii utilajului pe care il deserveste.Aceasta regula urmareste nu numai costul unui electromotor , de putere mai mare decat cea necesara, care nici el nu trebuie neglijat, cat mai ales asigurarea randamentului optim la care trebuie sa lucreze fiecare electromotor. Este stiut ca un electromotor supradimensionat functioneaza cu un randament scazut,ceea ce inseamna ca el consuma permanent, inutil, pentru nevoile proprii de functionare, o energie electrica activa si,mai ales, o energie electrica reactiva mai mare decat cea consumata de un electromotor mai mic (potrivit cu utilajul pe care acesta il actioneaza). Iata,deci, ca alegerea motoarelor electrice de putere corespunzatoare constituie si una din masurile de rationalizare a consumului de energie electrica.Pentru a putea stabili cat mai exact puterea si caracteristica mecanica (variatia vitezei de rotatie in functie de sarcina) ce trebuie sa le aiba un electromotor, este necesar sa cunoastem cat mai exact regimul de lucru al utilajului care va fi actionat. In ceea ce priveste viteza electromotorului, aceasta trebuie, de asemenea, stabilita cat mai correct, deoarece ea poate influenta cresterea productivitatii utilajului actionat , precum si dimensiunile si costul electromotorului (stiut fiind ca pentru viteze mai mici dimensiunile si costul electromotoarelor sunt mai mari). Alegerea motoarelor electrice se face tinandu-se seama si de tipul de constrictie al acestora, astfel incat ele sa corespunda conditiilor de lucru impuse de mediul in care vor trebui sa lucreze( protejare impotriva prafului, a umezelii, a gazelor, a acizilor,etc.).Astfel,exista electromotoare de tip deschis,de tip inchis,antigrizutoase,etc. Tinand seama de marea diversitate a mecanismelor si a utilajelor actionate de electromotoare,precum si de regimurile de lucru foarte diferite ale acestora,alegerea celui mai potrivit electromotor pentru fiecare din ele este destul de dificila si totusi foarte necesara.

Proprietatile motoarelor elctrice de constructie obisnuita si domeniile principale de folosire Motoarele de current alternative sunt de doua feluri,si anume: 

motoare asincrone de constructie simpla,au cost scazut,au cuplu si curenti de pornire mari,turatii aproape constante,factor de putere scazut la mers in gol

8

cosφ=0,2-0,5,iar la plina sarcina 0,8-0,9, reglarea vitezei lor se face cu oarecare greutate.Se folosesc pe scara larga in instalatii industriale; 

motoare sincrone , se pornesc in asincron sau cu motor auxiliary de antrenare.Cuplul lor creste cu sarcina , au turatie constanta (turatie de sincronism), supraexcitate debiteaza energie reactiva in retea.Se folosesc in industrie ca motoare de mare putere cu turatie constanta si , de asemenea, ca grupuri convertizoare si compensatoare sincrone. Motoarele de current continuu se clasifica in: 

motoare serie: au cuplu de pornire mare, suporta supraincarcari,se ambaleaza in gol, turatia varieaza cu sarcina.Se folosesc la tractiunea electrica, precum si la actionarea pompelor si ventilariilor;



motoare derivatie: au cuplu de pornire mic,nu suporta supraincarcari mari,nu se ambaleaza in gol,au turatie constanta.Se folosesc pentru actionarea masinilor de ridicat, masinilor-unelte care necesita turatie constanta(strunguri,etc.);



motoare mixte diferentiale: au cuplu de pornire mic,turatie constanta si se folosesc indeosebi la instalatii de tesatorie;



motoare mixte aditionale: au cuplu de pornire mare,suporta supraincarcare,iar turatia lor variaza cu sarcina.Se folosesc la actionarea laminoarelor,a preselor,a pompelor, a ventilatoarelor, etc.

Concluzie In aceasta lucrare a fost tratat subiectul motorul electric.Astfel,am aflat ca electromotoarele sunt de doua feluri: de curent continuu si de curent alternativ,acestea la randul lor impartindu-se in mai multe categorii.Pentru a putea intelege mai bine subiectul am parcurs fiecare dintre aceste categorii,precum si principiul de functionare,diversele utilizari si proprietatile electromotoarelor. 9

Fiind construite intr-o gama extinsa de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicatii: de la motoare pentru componente electronice (hard disc,imprimanta ) pana la actionari electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).

10

11