Masurarea Turatiei Si a Alunecarii Motoarelor Electrice Asincrone Trifazate

Laborator – Lucrarea 14 «Încercarea Echipamentelor Electrice»

Măsurarea turaţiei şi a alunecării motoarelor electrice asincrone trifazate

Consideraţii generale

Măsurarea turaţiei Măsurarea turaţiei se realizează fie cu ajutorul unor dispozitive numite

contoare de turaţie (tahoscoape), fie cu ajutorul unor aparate numite tahometre. Cu ajutorul contoarelor de turaţie se determină practic numărului N de

rotaţii înregistrat într-o perioadă de timp t[s].

tNn ⋅= 60 [rot/min]

Există contoare de turaţie prevăzute cu posibilitatea înregistrării

numărului de rotaţii într-o perioadă de timp prestabilită (3s). Măsurarea turaţiei cu ajutorul contoarelor de turaţie este posibilă doar în

cazul motoarelor care depăşesc câteva sute de watti. Eroarea este mai mică de 10%.

Pentru motoare cu puteri de ordinul waţilor, eroarea de măsură poate atinge 20% fiind provocată de frecări care introduc evident o sarcină suplimentară. Ca urmare metoda contoarelor de turaţie nu poate fi utilizată în cazul micromotoarelor.

Turaţia poate fi măsurată şi cu tahometre care pot fi mecanice, de regulă centrifugale sau tahometre numerice (electronice).

Tahometrele centrifugale reprezintă un mijloc de măsură simplu, care poate fi utilizat pentru măsurarea vitezei de rotaţie în oricare condiţii, este un dispozitiv portabil dar prezintă dezavantajul dificultăţilor de citire cât şi a frecărilor relativ mari care apar la utilizare.

Din motivul arătat nu pot fi folosite în cazul motoarelor cu puteri foarte mici.

Tahometrele electronice sunt cele mai utilizate în ultimul timp, principalul avantaj constând în faptul că nu introduc o sarcină suplimentară la arborele motorului.

Energetică Industrială - 1451 b Creţu Nicu Cătălin - 1 -


Metode pentru măsurarea alunecării Metoda tahometrului Pentru determinarea alunecării prin metoda tahometrului se foloseşte

schema din figura 1. Fig.1

- se măsoară frecvenţa tensiunii de alimentare; - în funcţie de caracteristicile constructive ale motorului se determină

viteza de sincronism

pfn ⋅

=60

1 [rot/min]

p - reprezintă numărul de perechi de poli; - cu ajutorul tahometrului se măsoară viteza motorului, după care se

calculează alunecarea.

Metoda stroboscopică cu lampă de inerţie redusă

Fig.2

MA - motorul asincron testat DS - disc stroboscopic LIR - lampă cu inerţie redusă Ra - rezistenţă adiţională Ob - observator RF - reper fictiv



Observaţie:

Se alimentează de la aceeaşi sursă de la care este alimentat motorul. DS este marcat pe faţa orientată către observator cu 2p sectoare negre şi

2p sectoare albe. Pasul polar al motorului asincron este egal cu pasul sectoarelor marcate

pe suprafaţa laterală a discului stroboscopic.

2p = 2 2p = 4 2p = 6

Dacă motorul asincron s-ar roti cu viteza de sincronism, atunci la o

perioadă a tensiunii de alimentare, rotorul s-ar deplasa cu un pas polar iar discul stroboscopic s-ar roti cu deschiderea unghiulară corespunzătoare unui sector alb sau negru.

În limitele aceleeşi perioade, lampa cu inerţie redusă (LIR) ar emite 2 impulsuri luminoase. Altfel spus, între două impulsuri luminoase succesive, DS s-ar roti cu un pas. Considerând un reper fictiv plasat în apropierea discului, după fiecare perioadă, în dreptul lui s-ar găsi sector de aceeaşi culoare.

În condiţiile precizate (când MA se roteşte cu viteza de sincronism), observatorul percepe o imagine imobilă a discului stroboscopic.

În realitate motorul se roteşte cu o viteă n < ni, acesta în limitele unei perioade, se deplasează cu mai puţin de un pas polar ceea ce face ca impulsul luminos emis de LIR să surprindă discul stroboscopic într-o poziţie decalată în urma celei precedente.

Pe ansamblu, observatorul percepe imaginea unui disc care se roteşte lent în sens invers sensului de rotaţie.

Considerând acel reper fictiv (RF) se măsoară numărul sectoarelor care trec într-o perioadă de timp t prin dreptul acestuia.

1002

[%] ⋅⋅⋅

=tf

Ns

Pentru măsurarea în condiţiile unor alunecări mari este de preferat reducerea impulsurilor luminoase emise de LIR în unitatea de timp.

În acest scop, în circuitul de alimentare a LIR se introduce o diodă, caz în care formula de calcul capătă forma:

100[%] ⋅⋅

=tf

Ns



Varianta cu lampă cu inerţie redusă Pe discul stroboscopic sau pe capătul arborelui de antrenare se montează

un reper R. Lampa cu inerţie redusă (LIR) este alimentată cu impulsuri de tensiune de frecvenţă reglabilă de la un generator de impulsuri. Cu ajutorul unui frecvenţmetru montat în paralel cu lampa sau inclus în galvanometru se măsoară frecvenţa impulsurilor.

Se reglează frecvenţa impulsurilor până când imaginea reperului montat pe capătul de arbore devine imobil. În acest moment se măsoară frecvenţa f a impulsurilor generate de generatorul de impulsuri.

Pentru calculul alunecării se aplică relaţia:

pfn ⋅

=60

1 p

fn `60 ⋅=

100`[%] ⋅−

=f

ffs

unde f reprezintă frecvenţa industrială.

Fig.3

Metoda stroboscopică cu micromotor

Fig.4



Reperul fixat pe un disc sau direct pe arborele motorului studiat este urmărit de observator prin intermediul unui dispozitiv constituit dintr-un disc obturator cu fantă antrenat în mişcare de rotaţie de un motor de curent continuu figura 4.

În prelungirea axului motorului de curent continuu este cuplat mecanic un tahometru centrifugal (TCH).

Motorul este alimentat de la o sursă de curent continuu prin intermediul unui reostat de reglaj Re.

Se reglează viteza de rotaţie a motorului de curent continuu până când imaginea reperului percepută de obsevator rămâne imobilă.

pfn ⋅

=60

1 100[%]1

1 ⋅−

=n

nns

Varianta cu motor sincron Observatorul urmăreşte deplasarea prin intermediul fantei. Discul cu

fantă este acţionat de un micromotor sincron alimentat de la aceeaşi sursă cu motorul MA.

Fig.5

Să admitem, spre exemplu, că MA are 2p=2 (p=1) şi MS are 2p =2 (p=1). Dacă admitem că MA se roteşte cu viteza de sincronism, atunci MS şi MA

se rotesc cu aceeaşi viteză şi ca urmare fanta discului DS surprinde reperul R mereu în aceeaşi poziţie.

Observatorul percepe imaginea unui reper imobil. În cazul real, viteza motorului MA: n < n1 şi ca urmare, la fiecare rotaţie

fanta discului surprinde reperul R într-o poziţie decalată în urma celei precedente.

Observatorul percepe imaginea unui reper care se roteşte în sens invers sensului de rotaţie.

Sunt numărate numărul de treceri N ale lui R într-o perioadă: 100[%] ⋅

⋅=

tfNs



Numărul reperelor R plasate direct pe un disc sau direct pe capătul de arbore este egal cu numărul de perechi de poli a motorului testat.

În cazul când nu avem un motor sincron cu 3000 de rotaţii, poate fi folosit un micromotor cu altă viteză de rotaţie, caz în care DS va fi prevăzut cu p fante echidistante unde p reprezintă numărul de perechi de poli ai motorului sincron.

Metoda bobinei de inducţie Se bazează pe măsurarea vitezei de rotaţie a fluxurilor de scăpări din

rotor. Presupune utilizarea unei bobine de detecţie cu un număr mare de spire (10000-20000 spire) care se plasează în vecinătatea capătului de arbore al motorului sincron. Cum bobina mobilă este fixă, fluxurile de scăpări ale rotorului aflat în mişcare de rotaţie inducă în înfăşurările bobinei o tensiune electromotoare.

Capetele bobinei de detecţie sunt conectate la bornele unui instrument electromagnetic sensibil (microampermetru, galvanometru).

Fig. 6

Pentru a creşte sensibilitatea metodei între bobină şi aparatul indicator se poate plasa un amplificator. În acelaşi scop bobina poate fi prevăzută cu miez magnetic.

Cu ajutorul aparatului indicator sunt măsurate numărul de maxime, înregistrate într-o perioadă de timp t.

100[%] ⋅⋅

=tf

Ns

Metoda ampermetrului Poate fi aplicată numai în cazul motorului asincron cu rotor bobinat cu

inele. Metoda prezintă două variante: - ampermetru magnetoelectric, care sesizează doar o semialternaţă a

curentului; - ampermetru electromagnetic, care sesizează ambele alternanţe.



În cazul ampermetrului magnetoelectric, pentru

calculul alunecării se foloseşte formula:

100⋅[%]⋅

=tf

Ns

N reprezintă numărul de oscilaţii complete înregistrate în perioada de timp t[s].

În cazul ampermetrului electromagnetic se foloseşte formula:

100⋅⋅ t2

[%]⋅

=f

Ns

Fig. 7 Se ţine seama de sarcina motorului. Când sarcina este mai mare, numărul

oscilaţiilor complete ale acului indicator este foarte mare. Există pericolul ca operatorul să nu reţină numărul corect. în acest caz se foloseşte varianta ampermetrului magnetoelectric, care presupune un număr de oscilaţii, înregistrate în aceeaşi perioadă de timp, de două ori mai mic decât în cazul variantei cu ampermetru electromagnetic.

Metoda se bazează pe relaţia de legătură: f2 = s ·f1 deunde rezultă că s=f2/f1

unde f2 este frecvenţa curentului rotoric, egală cu frecvenţa fluxurilor de dispersie rotorice produse de aceşti curenţi, rezultă că numărul de bătăi (oscilaţii) ale acului indicator al instrumentului conectat la bornele bobinei de detecţie reprezintă frecvenţa f2.

Tensiunea electromotoare indusă în spirele bobinei de detecţie are frecvenţa f2.

Dacă se notează cu T, perioada de oscilaţie a tensiunii electromotoare se constată că timpul dintre două maxime succesive înregistrate la aparatul indicator este egal cu T/2.

f2 = 1/T N - numărul de maxime înregistrate la ampermetru; T - perioada în care s-a înregistrat aceste maxime;

T/2 = t/N → T = 2·t/N f2 = 1/T = 1/2 · N/t s= f2 / f1=N/(2 ·f1 ·t)

La utilizarea ampermetrului electromagnetic sunt sesizate în circuitul de măsură alternanţa poziţiilor, rezultând N redus.



Metoda rezonanţei (frecvenţmetrului) Este utilizată pentru măsurarea turaţiei cât şi pentru determinarea

alunecării. Se bazează pe folosirea unui frecvenţmetru cu lamele vibrante. Acesta se plasează pe carcasa motorului într-o poziţie stabilă.

Utilizarea metodei este posibilă datorită faptului că întotdeauna, funcţionarea unui motor este afectată de vibraţii. O parte se datorează rotorului care nu este perfect echilibrat şi unde pot apărea, datorită nesimetriei magnetice şi electrice, forţe magnetice unilaterale. Aceste cauze conduc la apariţia unei vibraţii a cărei frecvenţă este proporţională cu viteza de rotaţie a motorului.

Frecvenţmetru va indica o frecvenţă f. Un alt frecvenţmetru plasat în circuitul statoric al motorului indică

frecvenţa tensiunii de alimentare. În forma cea mai simplă schema este cea din figura 8.

pfn ⋅

=60

pf

n 11

60 ⋅=

1001

1 ⋅−

=n

nns

100[%]1

1 ⋅−

=f

ffs

Fig. 8



Procedeu experimental Metoda tehometrului − metoda tahometrului numeric

n = 1460 [rpm] n1 = 1500 [rpm] 027,0

150014601500

=−

=s

− metoda tahometrului centrifugal n = 1493 [rpm] n1 = 1500 [rpm]

0047,01500

14931500=

−=s

Metoda frecvenţmetrului (rezonanţei)

f = 49,5 [Hz] f1 = 50 [Hz] 01,0

505,4950=

−=s

Metoda cu micromotor sincron

N = 20 [treceri] f = 50 [Hz] t = 29,44 [s] 014,0

44,295020

=⋅

=s

Metoda bobinei de inducţie

N = 20 [deviaţii] f = 50 [Hz] t = 176 [impulsuri] 0023,0

1765020

=⋅

=s

Metoda stroboscopică (lampă cu inerţie redusă)

N = 20 [treceri] f = 50 [Hz] t = 65 [s] 006,0

655020

=⋅

=s

Metoda ampermetrului

N = 20 [treceri] f = 50 [Hz] t = 31 [s] 013,0

315020

=⋅

=s


Documents

Masurarea Turatiei Si a Alunecarii Motoarelor Electrice Asincrone Trifazate