Download pdf - Masini Si Aparate Electrice

MINISTERUL EDUCAIEI CERCETRII I TINERETULUI

Proiectul Phare TVET RO 2005/017-553.04.01.02.04.01.03

MEdCTCNDIPT / UIP

AUXILIAR CURRICULARPROFILUL: TEHNIC SPECIALIZAREA: TEHNICIAN ELECTROTEHNIST MODULUL: MAINI I APARATE ELECTRICE NIVELUL: 3

Acest material a fost elaborat prin finanare Phare n proiectul de Dezvoltare instituional a sistemului de nvmnt profesional i tehnic

Noiembrie 2008

AUTORI: Doinia Bloiu Tatiana Bloiu - prof., grad didactic I, Grup colar Industrial Electroputere Craiova - prof., grad didactic I, Grup colar Industrial Electroputere Craiova

CONSULTAN CNDIPT: ASISTEN TEHNIC:

POPESCU ANGELA, EXPERT CURRICULUM WYG INTERNATIONAL IVAN MYKYTYN, EXPERT

COORDONATOR: CAZACU REMUS

Profilul: TEHNIC Nivelul 2

2

APARATE ELECTRICE

CUPRINS 1. Introducere ..................................................................................................................... 4 2. Competene specifice i obiective .................................................................................. 6 3. Structura fielor de lucru ................................................................................................10 4. Activiti de nvare .......................................................................................................11 4.1 Subansamble constructive ale aparatelor electrice (I) 4.2 Subansamble constructive ale aparatelor electrice (II) 4.3 Subansamble constructive ale aparatelor electrice (III) 4.4 Subansamble constructive ale mainilor electrice 4.5 Principiul de funcionare al motoarelor liniare 4.6 Comanda reversrii sensului de rotaie la motorul asincron trifazat 4.7 Pornirea unui motor asincron cu rotorul bobinat prin nseriere de rezistene n circuitul rotoric 4.8 Pornirea direct a unui motor asincron cu rotorul n scurtcircuit 4.9 Mrimile nominale ale aparatelor electrice 4.10 ncercarea la mers n gol a motorului asincron trifazat 4.11 Pornirea motorului asincron cu rotor bobinat folosind bobine de reactan sau rezistene electrice montate n circuitul statoric 4.12 Caracteristicile generatorului sincron: caracteristica de mers n gol 4.13 Caracteristicile generatorului sincron: determinarea pierderilor la mersul n gol 4.14 Caracteristicile generatorului sincron: caracteristica de scurtcircuit 4.15 Caracteristicile generatorului sincron: caracteristica extern 4.16 Caracteristicile generatorului sincron: caracteristica randamentului 4.17 Caracteristicile generatorului sincron: caracteristica de reglaj 4.18 Funcionarea n paralel a generatoarelor sincrone 4.19 Declanatoare electromagnetice 4.20 ntrerptoare automate (I) 4.21 Montarea aparatajului de comand 4.22 ntrerptoare automate (II) 5. Fie de documentare ..................................................................................................... 49 5.1 Motorul liniar: principiul de fincionare, variante constructive 5.2 Motorul liniar: variante constructive 5.3 Motorul pas cu pas: pri componente 5.4 Motorul pas cu pas: posibiliti de comand 5.5 Motorul pas cu pas: principiul de funcionare 5.6 Motorul pas cu pas: comanda secvenial 5.7 Maina asincron: principiul de funcionare 5.8 Maina asincron: regimuri de funcionare 5.9 Maina asincron: cuplul electromagnetic i caracteristica de funcionare 5.10 Motorul asincron: pornirea direct 5.11 Motorul asincron: pornirea stea-triunghi 5.12 Motorul asincron: pornirea cu bobine de reactan (n circuitul statoric) 5.13 Motorul asincron: reglarea vitezei motoarelor asincrone 5.14 Motorul sincron cu magnei permaneni 5.15 Motorul asincron monofazat: funcionare 5.16 Motorul de curent continuu fr perii: funcionare 5.17 Componente ale aparatelor electrice: electromagnei 5.18 Componente ale aparatelor electrice: izolatoare i piese izolante 5.19 Componente ale aparatelor electrice: termobimetale 5.20 Principiul stingerii arcului electric la ntreruptoare 5.21 Principii de stingere a arcului electric la ntreruptoarele de nalt tensiune (I) 5.22 Tipuri de contacte la ntreruptoarele de nalt tensiune 5.23 Etapele stingerii arcului electric ntr-un ntreruptor 5.24 Componentele unui ntreruptor de joas tensiune 6. Glosar (cuvinte cheie) ........................................................................................................... 93 7. Bibliografie ........................................................................................................................... 94Profilul: TEHNIC Nivelul 3

3

APARATE ELECTRICE

1. INTRODUCEREModulul Maini i aparate electrice este un modul cuprins n aria curricular Tehnologii cultur de specialitate i instruire practic pentru domeniul tehnic, nivelul trei de calificare, n cadrul componentei curriculare de specialitate pentru calificarea Tehician electrotehnist. Acest modul are alocate 2 credite i se studiaz 124 de ore pe an n urmtoarea structur: teorie: 62 ore. laborator tehnologic: 62 ore Scopul acestui modul este de a oferi elevilor cunotine, abiliti i deprinderi n domeniul mainilor i aparatelor electrice, cu accent pe structurile care cuprind ambele categorii de sisteme tehnice i, mai ales, pe determinarea experimental a caracteristicilor mainilor i aparatelor electrice. Prin parcurgerea coninuturilor subordonate competenelor specifice, precum i prin organizarea activitilor de instruire rezultate din derivarea competenelor se urmrete formarea profesional n domeniul mainilor electrice i aparatelor electrice de comutaie i de protecie, de joas tensiune, mai ales privind modul de interconectare a acestora n sistemele de acionare electrice. Structura modulului pune accent att pe componenta teoretic a instruirii (62 de ore pe an colar), ct i pe laboratorul tehnologic (62 ore pe an colar) pentru a oferi resursele materiale i de timp necesare familiarizrii cu algoritmul de alegere a aparatelor dintr-o schem de acionare electric i pentru a nelege modul de funcionare a mainilor electrice n diverse situaii de exploatare. De asemenea, structura modulului conine agregat i unitatea de competen Procesarea datelor numerice cu trei competene specifice subordonate, tocmai datorit caracterului preponderent al activitilor de laborator n totalul de ore alocate modulului. Competenele subordonate unitii cu titlul Maini i aparate electrice au alocate coninuturi relativ noi pentru un elev care accede la nivelul 3, i, de aceea, prezentul auxiliar include mai multe fie de documentare, utile pentru aceia dintre elevi care doresc s se familiarizeze cu componentele i structura mainilor i aparatelor electrice, precum i numeroase fie destinate activitilor de laborator, utile familiarizrii cu procedurile de determinare experimental a caracteristicilor electromecanice ale motoarelor electrice i de alegere a aparatelor necesare ntr-un context dat. Aceste fie sunt utile mai ales pentru recapitularea i sistematizarea noiunilor i cunotinelor dobndite prin pregtirea corespunztoare nivelului 2. Tot n acest scop, se recomand consultarea i utilizarea, dup caz, i a materialelor de nvare elaborate pentru domeniul electric i/sau electromecanic, clasele a X-a i a XI-a. Dintre coninuturile prevzute n curriculum, prezentul Auxiliar curricular abordeaz problematica structurii mainilor electrice, a regimurilor de funcionare a acestora i a defectelor ce pot apare n timpul funcionrii, precum i a clasificrii aparatelor electrice, a mrimilor nominale specifice fiecrui tip de aparat i a caracteristicilor de funcionare, cu accent deosebit pe specificul activitilorProfilul: TEHNIC Nivelul 3

4

APARATE ELECTRICE

experimentale care vizeaz corelarea acestor caracteristici cu datele sistemului de acioanre n care aparatele sunt utilizate. Sarcinile de lucru formulate pentru elevi au n vedere competenele specifice modulului, dar i unele competene specifice aparinnd abilitilor cheie (rezolvare de probleme, lucrul n echip, securitatea muncii). De asemenea, s-au avut n vedere stilurile posibile de nvare ale elevilor (auditiv, vizual, practic) i pe ct posibil exerciiile permit instruirea eficient a tuturor elevilor care au diferite dominante ale stilurilor de nvare. Materialele de referin pentru elevi cuprind: fie de lucru, structurate pe principiul informaie aplicare dezvoltare, n care sunt incluse aspecte actuale din domeniu, cu care elevii se vor confrunta n momentul angajrii n producie fie de documentare cuprinznd informaii utile pentru sarcinile de lucru fie pentru activiti experimentale, independente sau n grup fie recapitulative, care pot fi, eventual, realizate ca folii transparente Aceste materiale de referin pot fi utilizate ca atare n procesul instructiv (pot fi administrate elevilor dup xeroxare) prezentnd avantajul individualizrii instruirii n funcie de ritmul propriu al fiecrui elev. Se recomand ca dup administrare, elevii s pstreze fiele de lucru ntr-un portofoliu individual, cel puin din urmtoarele dou motive: 1) ca dovezi ale progresului colar 2) ca resurs n informarea i formarea iniial. Evaluarea, ca proces continuu, desfurat cu scopul de a oferi un feed-back eficient pentru reglarea procesului instructiv, se poate baza pe rezultatele obinute de elevi n rezolvarea sarcinilor sau activitilor propuse n fiele de lucru, dar pot fi create i instrumente de evaluare riguroase, realiste i motivante. Ceea ce este foarte important pentru evaluarea continu a elevilor este ns, observarea sistematic i evidenierea progresului n dobndirea abilitilor cheie (lucrul n echip, comunicare, rezolvare de probleme, organizarea locului de munc etc.) abiliti care trebuie avute n vedere atunci cnd se proiecteaz activitile de nvare i pentru care n materialele de referin se regsesc unele sugestii. Observaie: ordinea n care vor fi utilizate la clas materialele de referin pentru elevi, nu coincide cu ordinea prezentrii acestora n prezentul Auxiliar didactic.

Prezentul Auxiliar didactic nu acoper toate cerinele cuprinse n Standardul de Pregtire Profesional al calificrii pentru care a fost realizat. Prin urmare, el poate fi folosit n procesul instructiv i pentru evaluarea continu a elevilor. ns, pentru obinerea Certificatului de calificare, este necesar validarea integral a competenelor din S.P.P., prin probe de evaluare conforme celor prevzute n standardul respectiv.


5

APARATE ELECTRICE

2. COMPETENE SPECIFICE I OBIECTIVEModulul Maini i aparate electrice este denumit astfel n corelare cu competena tehnic general pe care o formeaz, i anume: .24. Maini i aparate electrice .24.1. Analizeaz construcia i funcionarea mainilor electrice.

s identifice componentele constructive ale mainilor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor mainilor electrice. s explice principiul de funcionare al mainilor electrice. s analizeze regimurile de funcionare ale mainilor electrice. s specifice defectele mainilor electrice.

.24.2. Analizeaz construcia i funcionarea aparatelor electrice.

s identifice componentele constructive ale aparatelor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor aparatelor electrice. s explice principiul de funcionare al aparatelor electrice. s specifice defectele aparatelor electrice.

.24.3. Execut circuite de acionare a mainilor electrice.

s identifice componentele schemei de acionare. s monteze aparatele electrice n circuitul electric de acionare. s verifice funcionarea circuitului electric realizat. s specifice defectele circuitului de acionare.

Alturi de aceast competen, este inclus i competena cheie Comunicare cu dou competene specifice i anume: .7. Procesarea datelor numerice .7.1. Planific o activitate i culege date numerice n legtur cu aceasta

s colecteze datele numerice corespunztoare activitii planificate s selecteze datele obinute din msurtori sau din alte surse s nregistreze datele

.7.2. Prelucreaz datele numerice

s efectueze calcule n mai multe etape, cu numere de mai multe mrimi s utilizeze formulele de calcul s reprezinte grafic datele obinute s citesc graficele

.7.3. Interpreteaz rezultatele obinute i prezint concluziile


s compare rezultatele cu valori date, pentru determinarea erorilor/abaterilor i tendinelor

6

APARATE ELECTRICE

s formuleze concluzii n baza unei analize critice s utilizeze rezultatele n rezolvarea unei probleme i luarea deciziilor optime Pentru asigurarea unei logici a nelegerii i nvrii, se recomand parcurgerea coninuturilor modulului MAINI I APARATE ELECTRICE n ordinea prezentat n cele ce urmeaz: .1 Maina de curent continuu: 1.1. Construcie 1.2. Principiu de funcionare 1.3. Regimuri de funcionare 1.4. Caracteristici de funcionare 2. Transformatorul electric monofazat: 2.1. Construcie 2.2. Principiu de funcionare 2.3. Regimuri de funcionare 2.4. Caracteristici de funcionare 3. Transformatorul electric trifazat: 3.1. Particulariti constructive 3.2. Particulariti privind caracteristicile de funcionare 4. Maina asincron: 4.1. Construcie 4.2. Principiu de funcionare 4.3. Regimuri de funcionare 4.4. Caracteristici de funcionare 5. Maina sincron: 5.1. Construcie 5.2. Principiu de funcionare 5.3. Regimuri de funcionare 5.4. Caracteristici de funcionare 6. Aparate electrice neautomate (de comutaie, de protecie, de racord). 7. Aparate electrice automate. 8. Scheme de alimentare i de comand pentru acionarea motoarelor electrice. Pentru corelarea cu Modulul Sisteme de acionare electric, prevzut, de asemenea, n curriculum, se recomand proiectarea didactic n echip de profesori, astfel nct s poat fi evitate suprapunerile de coninuturi: de altfel, acest lucru este recomandabil cu att mai mult cu ct, ponderea instruirii practice n cadrul modulului amintit corespunde punctului 8) din lista de mai sus. Agregarea cu abilitatea cheie de Procesarea datelor numerice completeaz coninuturile pentru atingerea competenelor tehnice. Astfel, se realizeaz competena de a culege, prelucra i interprete date numerice n vederea exprimrii unor concluzii i/sau a lurii unor decizii optime.. Cadrele didactice au posibilitatea de a decide asupra numrului de ore alocat fiecrei teme, n funcie de: dificultatea temelor nivelul de cunotine anterioare ale grupului instruit complexitatea i varietatea materialului didactic utilizat ritmul de asimilare a cunotinelor i de formare a deprinderilor proprii grupului instruit. ntre competene i coninuturi este o relaie biunivoc, competenele determin coninuturile tematice, iar parcurgerea acestora asigur dobndirea de ctre elevi a competenelor dorite. Parcurgerea coninuturilor se va realiza n integralitatea lor. Pentru atingerea competenelor specifice stabilite prin modul, profesorul are libertatea de a dezvolta anumite coninuturi, de a le ealona n timp, de a utiliza activiti variate de nvare, cu accentuare pe cele cu caracter aplicativ, centrate pe elev.Profilul: TEHNIC Nivelul 3

7

APARATE ELECTRICE

Numrul de ore alocat fiecrei teme rmne la latitudinea cadrelor didactice care predau coninutul modulului, funcie de dificultatea temelor, de nivelul de cunotine anterioare ale colectivului cu care lucreaz, de complexitatea materialului didactic implicat n strategia didactic i de ritmul de asimilare a cunotinelor. Instruirea teoretic i laboratorul tehnologic se recomand s se desfoare n cabinete de specialitate, dotate cu materiale didactice specifice: seturi de diapozitive sau/i filme didactice tematice, plane didactice, panoplii i machete didactice sau/i funcionale, n care pot fi evideniate echipamentele i aparatele electrice componente, bibliografie tehnic selectiv .a. Parcurgerea coninuturilor modulului Maini i aparate electrice i adecvarea strategiilor didactice utilizate are drept scop formarea competenelor tehnice aferente nivelului 3 i corespunztoare calificrii Tehnician n instalaii electrice, n scopul pregtirii profesionale ale elevilor i dezvoltrii capacitiilor care s le permit dobndirea unei calificri superioare, de nivel 3+, sau a integrrii pe piaa muncii. Abordarea modular ofer urmtoarele avantaje: modulul este orientat asupra celui care nva, respectiv asupra disponibilitilor sale, urmnd s i le pun mai bine n valoare; fiind o structur elastic, modulul poate ncorpora, n orice moment al procesului educativ, noi mijloace sau resurse didactice; modulul permite individualizarea nvrii i articularea educaiei formale i informale; modulul ofer maximul de deschidere, pe de o parte n plan orizontal, iar pe alt parte, n plan vertical, peste / lng alte module parcurse, n prelungirea acestora pot fi adugate mereu noi module ceea ce se nscrie perfect n linia imperativului educaiei permanente.

n stabilirea strategiei didactice, profesorul va trebui s in seama de urmtoarele principii ale educaiei: Elevii nva cel mai bine atunci cnd consider c nvarea rspunde nevoilor lor. Elevii nva cnd fac ceva i cnd sunt implicai activ n procesul de nvare. Elevii au stiluri proprii de nvare; ei nva n moduri diferite, cu viteze diferite i din experiene diferite. Participanii contribuie cu cunotine semnificative i importante la procesul de nvare. Elevii nva mai bine atunci cnd li se acord timp pentru a ordona informaiile noi i a le asocia cu cunotinele vechi. Procesul de predare - nvare trebuie s aib un caracter activ i centrat pe elev. Pentru dobndirea de ctre elevi a competenelor prevzute n SPP-uri, activitile de nvare predare propuse n prezentul auxiliar, precum i cele care vor fi dezvoltate urmnd sugestiile acestuia, vor avea un caracter activ, interactiv i centrat pe elev, cu pondere sporit pe activitile de nvare i nu pe cele de predare, pe activitile practice i mai puin pe cele teoretice. Se recomand: Diferenierea sarcinilor i timpului alocat, prin: gradarea sarcinilor de la uor la dificil, utiliznd n acest sens fie de lucru; fixarea unor sarcini deschise, pe care elevii s le abordeze n ritmuri i la niveluri diferite; fixarea de sarcini diferite pentru grupuri sau indivizi diferii, n funcie de abiliti; prezentarea temelor n mai multe moduri (raport sau discuie sau grafic);

Diferenierea cunotinelor elevilor, prin: abordarea tuturor tipurilor de nvare (auditiv, vizual, practic sau prin contact direct);


8

APARATE ELECTRICE

formarea de perechi de elevi cu aptitudini diferite care se pot ajuta reciproc; utilizarea verificrii de ctre un coleg, verificrii prin ndrumtor, grupurilor de studiu; Diferenierea rspunsului prin: utilizarea autoevalurii i solicitarea elevilor de a-i impune obiective.

Plecnd de la principiul integrrii, care asigur accesul n coal a tuturor elevilor, acceptnd faptul c fiecare elev este diferit, se are n vedere utilizarea de metode specifice pentru dezvoltarea competenelor pentru acei elevi care prezint deficiene integrabile, adaptndu-le la specificul condiiilor de nvare i comportament (utilizarea de programe individualizate, pregtirea de fie individuale pentru elevii care au ritm lent de nvare, utilizarea instrumentelor ajuttoare de nvare, aducerea de laude chiar i pentru cele mai mici progrese i stabilirea mpreun a pailor urmtori). Evaluarea continu a elevilor va fi realizat de ctre cadrele didactice pe baza unor probe care se refer explicit la criteriile de performan i la condiiile de aplicabilitate din SPP uri, iar ca metode de evaluare, se recomand: Observarea sistematic a comportamentului elevilor, activitate care permite evaluarea conceptelor, capacitilor, atitudinilor lor fa de o sarcin dat. Investigaia. Autoevaluarea, prin care elevul compar nivelul la care a ajuns cu obiectivele i standardele educaionale i i poate impune / modifica programul propriu de nvare. Metoda exerciiilor practice Lucrul cu modele Evaluarea este implicit demersului pedagogic curent, permind att profesorului, ct i elevului s cunoasc nivelul de achiziionare a competenelor i a cunotinelor, s identifice lacunele i cauzele lor i s realizeze coreciile care se impun, n vederea reglrii procesului de predare nvare. Calitatea evalurii creia i vor fi supui elevii pentru a obine calificrile reprezint unul dintre factorii eseniali care susin ncrederea public n aceste calificri. Din acest motiv, se impune att asigurarea coerenei, caracterului realist i motivant, rigorii, corectitudinii i eficienei procesului de evaluare, ct i deplina aliniere a sarcinilor impuse la standardele naionale definite n cadrul fiecrei calificri. Caracteristicile unui sistem de evaluare eficient sunt: validitatea (evaluarea trebuie s msoare performana n raport cu competenele vizate); fidelitatea (instrumentul de evaluare genereaz rezultate n concordan unele cu altele n ocazii diferite de ctre toi cei care evalueaz i pentru toi elevii); aplicabilitatea practic i rentabilitatea (evaluarea trebuie s fie adaptat la resursele existente i la timpul disponibil); credibilitatea (pentru ca evaluarea i atestarea rezultat s fie credibile, ele trebuie s se bucure de ncredere public); compatibilitatea cu nvarea eficient (evaluarea trebuie s susin i s contribuie la nvarea eficient); flexibilitatea (evaluarea trebuie s faciliteze accesul i progresarea, fr a compromite standardele naionale). Ca instrumente de evaluare se pot folosi: Fie de observaie i fie de lucru Chestionarul Fie de autoevaluare Miniproiectul - prin care se evalueaz metodele de lucru, utilizarea corespunztoare a bibliografiei, a materialelor i a instrumentelor, acurateea reprezentrilor tehnice, modul de organizare a ideilor i a materialelor ntr-un proiect.Profilul: TEHNIC Nivelul 3

9

APARATE ELECTRICE

Portofoliul, ca instrument de evaluare flexibil, complex, integrator, ca o modalitate de nregistrare a performanelor colare ale elevilor.


10

APARATE ELECTRICE

3. STRUCTURA FIELOR DE LUCRUStructura fielor de lucru pentru elevi este unitar i cuprinde: Fiecare fi de lucru are un titlu sugestiv pentru aria de coninuturi la care se refer FI DE LUCRU titlul fiei de lucru

Competena/competenele care se formeaz prin activitatile de nvare propuse

Competena: Obiective: Timp de lucru: Lucrai ... !Denumire generic a activitii de nvare Indicaii cu privire la modul de organizare a colectivului de elevi (de tipul individual, perechi, echip) Formularea sarcinilor de lucru ct mai clar i concis (text i imagini, exemplu pentru rezolvarea sarcinilor de lucru, sugestii, ndrumri pentru efectuarea lucrrilor de laborator) Obiectivele (criteriile de performan din SPP) vizate prin activitatile de nvare propuse Durata estimat pentru realizarea sarcinilor de lucru

ATENIE ! sau IMPORTANT !

Recomandri sau atenionri de care este bine s se in seama pentru eficien, fixare, evitarea greelilor etc. sau observaii mai puin evidente despre coninuturile abordate

Casetele acestei structuri au cte o culoare, aceeai n toate fiele de lucru, pentru a accentua caracterul unitar al fielor de lucru.


11

APARATE ELECTRICE

4. ACTIVITI DE NVARE (FIE DE LUCRU ) PENTRU ELEVI


12

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU subansamble constructive ale aparatelor electrice (I)

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea aparatelor electrice Obiective: s identifice componentele constructive ale aparatelor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor aparatelor electrice. s explice principiul de funcionare al aparatelor electrice. s specifice defectele aparatelor electrice. Timp de lucru: 30 minute Lucrai individual !n figura urmtoare este prezentat un declanator.

Bobina declanatorului de tensiune din figur s-a ars. 2

3 1

1. Observai diametrul conductorului cu care este realizat bobina declanatorului iprecizai despre ce fel de aparat este vorba: de curent sau de tensiune ?

2. Identificai elementele constructive notate cu 1, 2, 3 i explicai rolul funcional alfiecruia..

Cum remediai defectul indicat n figur ?


13

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU subansamble constructive ale aparatelor electrice (II)

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea aparatelor electrice Obiective: s identifice componentele constructive ale aparatelor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor aparatelor electrice. s explice principiul de funcionare al aparatelor electrice. s specifice defectele aparatelor electrice. Timp de lucru: 30 minute Lucrai individual !n figura urmtoare este prezentat un declanator. Armtura mobil a declanatorului (utilizat n circuitul de protecie al unui motor) acionez prea repede i nu permite pornirea motorului.

3

2

1

1. Observai diametrul conductorului cu care este realizat bobina declanatorului iprecizai despre ce fel de aparat este vorba: de curent sau de tensiune ?

2. Identificai elementele constructive notate cu 1, 2, 3 i explicai rolul funcional alfiecruia.

3. Indicai dou cauze ale defeciunii indicate i precizai modul de remediere alacesteia.

4. Care sunt limitele ntre care se efectueaz reglarea curentului de declanare n acest caz ?

5. Care este componenta declanatorului care permite efectuarea reglajului ?Profilul: TEHNIC Nivelul 3

14

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU subansamble constructive ale aparatelor electrice (III)

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea aparatelor electrice Obiective: s identifice componentele constructive ale aparatelor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor aparatelor electrice. s explice principiul de funcionare al aparatelor electrice. s specifice defectele aparatelor electrice. Timp de lucru: 30 minute Lucrai individual !n figura urmtoare este prezentat un declanator.

2 1

Armtura mobil a declanatorului din figur rmne lipit de miezul electromagnetului.

3

1. Observai forma constructiv a bobinei declanatorului i precizai despre ce fel deaparat este vorba: de curent sau de tensiune ? 2. Analizai defeciunea indicat i precizai cum este declanatorului: n curent continuu sau n curent alternativ ? alimentat bobina

3. Identificai elementele constructive notate cu 1, 2, 3 i explicai rolul funcional alfiecruia.

4. Precizai care este cauza defeciunii indicate i cum se remediaz/previne aceasta ?


15

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU subansamble constructive ale mainilor electrice

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea mainilor electrice Obiective: s identifice componentele constructive ale mainilor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor mainilor electrice. s explice principiul de funcionare al mainilor electrice. s analizeze regimurile de funcionare ale mainilor electrice. Timp de lucru: 30 minute Lucrai individual !n figura urmtoare este reprezentat schematic un motor pas cu pas.

Stator cu opt bobine Dinte Coroan danturat

Ax Magnet permanent Coroan danturat Stator cu opt bobine Dinte

1. Observai structura constructiv (numrul de poli statorici) i indicai ci pai se potobine la acest motor ?

2. Ce posibiliti de comand se pot aplica ? 3. Ce comenzi trebuie date pentru a obine numrul de pai precizat la primul punct?


16

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU principiul de funcionare al motoarelor liniare

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea mainilor electrice Obiective: s explice principiul de funcionare al mainilor electrice. Timp de lucru: 30 minute Lucrai individual !n figura urmtoare este reprezentat structura unui sistem de paletizare acionat cu motoare liniare.

1. Cte motoare liniare exist n acest sistem ? 2. Numerotai aceste motoare i apoi explicai secvenele unui ciclu de funcionare: de la preluarea paleilor de pe banda rulant pn la aezarea lor pe banda cealalt. Trebuie s precizai care dintre motoare funcioneaz, ce anume determin camanda sa i cum se finalizeaz aciunea n fiecare pas. De exemplu: Poziia iniial: ............... Pasul 1: senzori de proximitate comand prinderea paletului de ctre motoarele ... i .... Pasul 2: motoarele ... i ... deplaseaz paletul pe cealalt band .a.m.d.Profilul: TEHNIC Nivelul 3

17

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU comanda reversrii sensului de rotaie la motorul asincron trifazat

Competena: Execut circuite de acionare a mainilor electrice. Obiective: s identifice componentele schemei de acionare. s verifice funcionarea circuitului electric realizat. s specifice defectele circuitului de acionare. Timp de lucru: 30 minute Lucrai n perechi!Schema de mai jos permite comanda reversrii sensului de rotaie la un motor asincron cu rotorul n scurtcircuit. ns din aceast schem lipsesc cteva elemente (contacte auxiliare).

1 0

1 0

1. Completai schema cu elementele de circuit care lipsesc. 2. Verificai funcionalitatea schemei, explicndu-i-o colegului de banc. Dac avei vreo greeal, corectai-o mpreun. 3. Pregtii schema pentru execuia practic n atelier, ntocmind schema contactelor i tabelul de conexiuni.


18

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU pornirea unui motor asincron cu rotorul bobinat prin nseriere de rezistene n circuitul rotoric

Competena: Execut circuite de acionare a mainilor electrice. Obiective: s identifice componentele schemei de acionare. s verifice funcionarea circuitului electric realizat. s specifice defectele circuitului de acionare. Timp de lucru: 30 minute Lucrai n perechi!Schema de mai jos permite pornirea unui motor asincron cu rotorul bobinat prin nseriere de rezistene n circuitul rotoric. ns din aceast schem lipsesc cteva elemente.

1. Completai schema cu elementele de circuit care lipsesc. 2. Verificai funcionalitatea schemei, explicndu-i-o colegului de banc. Dac avei vreo greeal, corectai-o mpreun. 3. Pregtii schema pentru execuia practic n atelier, ntocmind schema contactelor i tabelul de conexiuni.


19

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU pornirea direct a unui motor asincron cu rotorul n scurtcircuit

Competena: Execut circuite de acionare a mainilor electrice. Obiective: s identifice componentele schemei de acionare. s verifice funcionarea circuitului electric realizat. s specifice defectele circuitului de acionare. Timp de lucru: 30 minute Lucrai n perechi!Schema de mai jos permite pornirea unui motor asincron prin cuplare direct la reea. ns din aceast schem lipsesc cteva elemente.

2 4 1 0

1. Ce condiie trebuie s ndeplineasc motorul pentru a putea fi pornit n acest mod ? 2. Completai schema cu elementele de circuit care lipsesc. 3. Verificai funcionalitatea schemei, explicndu-i-o colegului de banc. Dac avei vreo greeal, corectai-o mpreun. 4. Pregtii schema pentru execuia practic n atelier, ntocmind schema contactelor i tabelul de conexiuni.Profilul: TEHNIC Nivelul 3

20

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU mrimile nominale ale aparatelor electrice

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea aparatelor electrice Obiective: s identifice componentele constructive ale aparatelor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor aparatelor electrice. s explice principiul de funcionare al aparatelor electrice. s specifice defectele aparatelor electrice. Timp de lucru: 30 minute Lucrai individual !n figura urmtoare este prezentat un releu.

?1 2

?3 4

?

1. Completai csuele ataate desenului, cu date ale acestui aparat, preciznd denumirea mrimii, valoarea i unitatea de msur (dup caz). 2. Cum se numesc i ce rol funcional au elementele notate cu 1, 2, 3, 4 din figur ?


21

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU ncercarea la mers n gol a motorului asincron trifazat

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea mainilor electrice Planific o activitate i culege date numerice n legtur cu aceasta Prelucreaz datele numerice Interpreteaz rezultatele obinute i prezint concluziile Obiective: s analizeze regimurile de funcionare ale mainilor electrice s colecteze datele numerice corespunztoare activitii planificate s selecteze datele obinute din msurtori sau din alte surse s nregistreze datele s efectueze calcule n mai multe etape, cu numere de mai multe mrimi s utilizeze formulele de calcul s reprezinte grafic datele obinute s citesc graficele s compare rezultatele cu valori date, pentru determinareaerorilor/abaterilor i tendinelor s formuleze concluzii n baza unei analize critice s utilizeze rezultatele n rezolvarea unei probleme i luarea deciziilor optime

Timp de lucru: 100 minute Lucrai n echip !Noiuni teoretice Puterea absorbit de la reea la mersul n gol Po este necesar pentru acoperirea pierderilor mecanice Pm, pierderilor n fier PFe i pierderilor n cupru (n nfurarea statoric) Pcuo. Pierderile n nfurarea rotoric sunt neglijabile. Aceast putere se msoar prin metode cunoscute de la Msurri (metoda celor dou wattmetre, metoda celor trei wattmetre). Po= Pm+ PFe+ Pcuo. Caracteristicile care se determin la mersul n gol sunt :

I10=f(U10); P0= f(U10) i cos0= f(U10).Factorul de putere la mers n gol se determin cu relaiacos 0

I0 P0

cos 0 =

P0 . 3U 10 I 10

U10

Pierderile n nfurarea statoric se determin cu relaia Pcu0=3R1fI210,Profilul: TEHNIC Nivelul 3

22

APARATE ELECTRICE

R1f este rezistena nfurrii statorice i se va msura imediat dup ncercarea la mers n gol. Pierderile mecanice i n fier se determin cu relaia

P0 PCu0 = Pm+ PFe

i ele pot fi separate cu ajutorul caracteristicii Pm+ PFe= f(U10). Aceast caracteristic are o form parabolic, deoarece pierderile n fier sunt proporionale cu ptratul tensiunii PFe = KU2. Rezult c Pm+ PFe=Pm + KU2. La tensiunea U=0, pierderile sunt numai mecanice, acestea sunt constante i nu depind de tensiune. Avnd n vedere c la tensiuni mici, turaia este mic, alunecarea devine mare i pierderile n nfurarea rotoric nu mai sunt neglijabile, cea ce face ca s creasc pierderile totale. Avnd n vedere acest lucru, intersecia caracteristicii cu axa pierderilor se face prin extrapolarea curbei, dar aceast metod de separare a pierderilor nu este precis.

PFe+Pm

PFe U1n Pm U10

Dac se folosete o scar ptratic pentru tensiune, curba pierderilor n fier devine liniar i intersecia curbei cu axa pierderilor se determin cu exactitate.

PFe+Pm

PFe Pm

Constanta de proporionalitate K se poate determina prin dou citiri de puteri P1 i P2 la dou tensiuni U1 i U2. P1=(Pm+ PFe)1=Pm + KU21 i P2= (Pm + PFe)2=Pm + KU22

2 U1nProfilul: TEHNIC Nivelul 3

2 U10

23

APARATE ELECTRICE2 2 Scznd membru cu membru cele dou relaii se obine P1- P2=K( U 1 U 2 ), de unde rezult

relaia pentru factorul de proporionalitate Schema montajului de lucru

K=

P1 P2 . U 12 U 2 2

KW1 A

M

AT KAparate necesare: - AT autotransformator

W2 V

-

W1, W2 wattmwtre A ampermetru V voltmetru K - ntreruptor

Modul de lucru

se realizeaz montajul experimental indicat n figur. Se poate folosi un motor curotorul n colivie sau bobinat. n al doilea scurtcircuita. Motorul se alimenteaz de la 380/220V (autotransformator), mrind tensiunea se reduce treptat tensiunea (circa 8-10 valori). indicaiile aparatelor : voltmetrul V tensiunea U10, ampermetrul A curentul I10, wattmetrele W1 i W2, puterea consumat P10=PW1 + PW2. Datele numerice se nregistreaz ntr-un tabel de forma:

caz, bornele rotorului se vor o surs de tensiune reglabil pn la 1,2.Un. Pentru fiecare tensiune se citesc

U10 [V]

I10 [A]

Pw1 [W]

PW2 [W]

P10 [W]

PCu0 [W]

Pm+PFe [W]

PFe [W]

Pm [W]

...


24

APARATE ELECTRICE

se msoar rezistena nfurrii statorice. Dac motorul are scoase la palca de

borne doar trei borne, atunci se msoar rezistena ntre dou faze, iar pierderile n nfurarea statoric se vor calcula cu relaia PCu0=1,5R1fI210 , R1f este valoarea msurat. se reprezint grafic caracteristicile I10=f(U10); P0= f(U10) i cos0= f(U10). se determin constanta de proporionalitate K. se reprezint grafic i caracteristica PFe+Pm=f( U 12 )


25

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU pornirea motorului asincron cu rotor bobinat folosind bobine de reactan sau rezistene electrice montate n circuitul statoric

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea mainilor electrice Planific o activitate i culege date numerice n legtur cu aceasta Prelucreaz datele numerice Interpreteaz rezultatele obinute i prezint concluziile Obiective: s analizeze regimurile de funcionare ale mainilor electrice s colecteze datele numerice corespunztoare activitii planificate s selecteze datele obinute din msurtori sau din alte surse s nregistreze datele s utilizeze formulele de calcul s formuleze concluzii n baza unei analize critice s utilizeze rezultatele n rezolvarea unei probleme i luarea deciziilor optime

Timp de lucru: 100 minute Lucrai n echip !Noiuni teoretice La motoarele de puteri mari, pentru micorarea curentului absorbit la pornire se pot folosi bobine cu miez de fier sau rezistene montate n circuitul statoric. Acest procedeu reduce tensiunea aplicat statorului deci i curentul electric. Dac limitm curentul la pornire la raportul

k pr =

I pr In

, n prezena

cuplul de pornire corespunztor curentului Ipr (curent de pornire reactanei/rezistenei) va fi fa de cuplul nominal al motorului n raportul

k 2 pr sn =

M pr Mn

,

unde sn este alunecarea nominal. Trecerea de pe caracteristica de pornire, pe cea natural se face n salturi de curent i cuplu. Cnd se urmrete ca salturile s fie mici, rezistena, respectiv reactana de pornire vor fi scoase din circuit n trepte. n figura urmtoare sunt reprezentate schemele corespunztoare acestei metode de pornire, cu bobin respectiv rezisten, conectate naintea nfurrii statorice, respectiv dup nfurarea rotoric. La atingerea turaiei de regim, scoaterea reactanelor B sau rezistenelor R din circuitul statoric poate fi manual sau automat.Profilul: TEHNIC Nivelul 3

26

APARATE ELECTRICE

Schema montajului de lucru e5 e1 e2 e3 e1 e2 e3 1C 1C e4 1C e4 B Rp bp 1C b0 d 1C d e4 2C

2C

2C

a

b

c

Aparate necesare - Motor asincron cu rotor bobinat - Surs de tensiune trifazat 380/220V - R - reostat trifazat - B - bobine trifazate - 1C, 2C contactoare - e4 bloc de relee termice - d releu de timp - e1, e2, e3, e5 sigurane automate - ampermetru tip clete - tahogenerator i turometru Modul de lucru nainte de a lucra practic, analizai schema circuitelor de for i pe aceea a circuitului de comand i explicai funcionarea acesteia. Apoi putei ncpe determinrile se msoar rezistena nfurrii statorice, avnd n vedere c valorile rezistenei reostatului R i a impedanei bobinei B trebuie s fie comparabile cu valoarea rezistenei nfurrii statorice a motorului. se vor realiza, pe rnd, montajele din figura a i b (circuitele de for) i cel din figura c (circuitul de comand). Pentru deconectarea automat a bobinelor respectiv a rezistenelor se va folosi un contactor de accelerare 2C, prin care se scurtcircuiteaz bobinele respectiv rezistenele, n funcie de timpul de reglare al releului de timp d. se cupleaz tahogeneratorul la arborele motorului, iar turometrul se cupleaz la bornele tahogeneratorului. se regleaz releul de timp astfel nct s acioneze la aproximativ 10 sec.Profilul: TEHNIC Nivelul 3

27

APARATE ELECTRICE

se monteaz ampermetrul pe una dintre fazele de alimentare a motorului. pentru a msura curentul la pornire Ip fr reactor, se va face o prim pornire prin scurtcircuitarea bornelor bobinelor. se nltur apoi conductoarele de scurtcircuitare a bobinelor i se fac mai multe porniri, folosind diverse trepte ale bobinei respectiv reostatului, citindu-se curentul de pornire Ipr. se va mai citi turaia, naintea decuplrii i dup decuplarea bobinei, respectiv a reostatului se nregistreaz datele ntr-un tabel de forma

Cazul Bobin poz.1 Bobin poz.2 ...

Ip [A]

Ipr [A]

n1 [rot/min]

n2 [rot/min]

unde: n1 - turaia naintea decuplrii , n2 - turaia dup decuplarea bobinelor.


28

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU caracteristicile generatorului sincron: caracteristica de mers n gol


Timp de lucru: 100 minute Lucrai n echip !Noiuni teoretice Prin caracteristic de mers n gol se nelege dependena Eo = Uo = f(iex) la n = n1 i I = 0; Aceast caracteristic arat cum variaz tensiunea electromotoare indus E n fiecare faz statoric, n funcie de curentul de excitaie din nfurarea rotoric, n absena vreunui consumator conectate la bornele indusului (stator). Tensiunea electromotoare indus de ctre cmpul magnetic nvrtitor de excitaie ntro nfurare statoric cu w spire este dat de relaia : e = E 2 sin t , n care E este valoarea efectiv a t.e.m. induse i se calculeaz cu relaia

E=

2 fw m . 2

Se observ c t.e.m. indus este proporional cu fluxul magnetic, care la rndul su este funcie de curentul de excitaie. Mrind curentul de excitaie se mrete valoarea fluxului i deci a t.e.m induse. La saturaia circuitului magnetic, creterea curentului de excitaie nu mai este nsoit de o cretere corespunztoare a fluxului i a tensiunii electromotoare. La micorarea curentului de excitaie, curba de variaie a t.e.m induse are alt traseu din cauza fenomenului de histerezis.Profilul: TEHNIC Nivelul 3

29

APARATE ELECTRICE

Schema montajului de lucru

+A1 V1 n Tg M c.c.

_Rp

+A2 V2 E1

_Rc E2

+A3 V3 F1U1 V1

_Re F2W1

V4

GSU2 V2 W2

Aparate necesare - surs de curent continuu variabil 0220 V - GS maina sincron - M c.c. maina de c.c - Tg tahogenerator - n turometru - A1, A2, A3 ampermetre - V1, V2, V3, V4 voltmetre - Rp Reostat de pornire - Rc - Reostat de cmp - Re - Reostat de excitaie Modul de lucru A. Operaii pregtitoare Pentru punerea n micare a rotorului generatorului se folosete un motor de c.c cu excitaie separat sau derivaie, la axul cruia care se cupleaz tahogeneratorul. La toate experimentele care se vor face cu generatorul sincron, pentru pornirea motorului de c.c se va proceda n felul urmtor : - reostatul de pornire Rp va fi pe maxim, iar reostatul de cmp Rc pe minim ; - se cupleaz nfurarea de excitaie la sursa de tensiune, apoi se cupleaz nfurarea rotoric ; - se scoate treptat Rp din circuit ; - se introduce treptat Rc pn cnd turaia motorului i a generatorului ajunge la valoarea nominal . Generatorul sincron GS are scoase la placa de borne cele ase borne ale statorului : U1, V1, W1 (bornele de nceput) i U2, V2, W2 (bornele de sfrit). Cele trei nfurri statorice pot fi legate n stea (V2-W2-U2) sau n triunghi (U1-V2, V1-W2, W1-U2). n montajul anterior, nfurrile sunt conectate n stea. La oprirea generatorului, nti se va decupla sarcina generatorului apoi se oprete motorul. OBSERVAIE:Profilul: TEHNIC Nivelul 3

30

APARATE ELECTRICE

Mrimile nominale de pe tbliele indicatoare ale celor dou maini, Un[V], In[A], Iex[A], n[rot/min] vor fi determinate cu atenie, pentru corelarea cu domeniile de msurare ale aparatelor i pentru a evita depirea acestor valori n timpul determinrilor experimentale. B. Determinri propriu-zise se msoar tensiunea ntre dou borne ale nfurrii statorice, nainte de alimentarea nfurrii sale de excitaie; se observ c voltmetrul V4 indic o tensiune mic tensiunea datorat magnetismului remanent. se alimenteaz nfurarea de excitaie a generatorului; la pornirea generatorului, reostatul de excitaie Re va fi pe poziia maxim. dup pornire, se mrete treptat curentul de excitaie al generatorului, prin intermediul reostatului Re, i se citesc aparatele: ampermetrul A3 (curentul Ie de excitaie), voltmetrul V4 (t.e.m E0 indus la mers n gol, n nfurarea statorului). dup apariia saturaiei magnetice, pus n eviden prin faptul c indicaia voltmetrului V4 rmne aproximativ constant, se micoreaz treptat curentul de excitaie Ie i se citesc din nou aparatele; se observ c, la aceleai valori ale curentului de excitaie, se obin valori mai mari ale tensiunii induse E0. se nregistreaz datele experimentale ntr-un tabel de forma: Nr. crt. n [rot/min] Ie cresc. [A] E0 [V] Ie scz. [A] E0 [V]

... se reprezint caracteristica de mers n gol, al crei aspect calitativ este indicat n figura urmtoare: E

Iex


31

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU caracteristicile generatorului sincron: determinarea pierderilor la mersul n gol


Timp de lucru: 50 minute Lucrai n echip !Noiuni teoretice La mersul n gol, generatorul sincron consum putere activ pentru acoperirea pierderilor n fier i a pierderilor mecanice. P0 = Pm + PFe Folosind proba de mers n gol se pot determina pierderile mecanice i n fier. Puterea consumat de generator la mersul n gol, format din pierderi mecanice i pierderi n fier (P0 = Pm + PFe), este egal cu puterea consumat de motorul de curent continuu de antrenare care se calculeaz cu relaia: Pa = UaIa = P0. Reprezentarea grafic a caracteristicii Pa = f(U) (puterea absorbit de motor pentru diverse tensiuni la borne generatorului) permite separarea celor dou categorii de pierderi mecanice i n fier. Pierderile mecanice sunt invariabile n raport cu tensiunea i se P axa determin grafic la intersecia caracteristicii Pa=f(U) cu Fe+Pm vertical (punctul respectiv rezult prelungind, prin exrapolare, curba caracteristicii pn la intersecia cu axa vertical). Pentru diverse tensiuni, se pot stabili pierderile n fier, determinnd pe verticala _ corespunztoare tensiunii respective, segmentul corespunztor pierderilor mecanice: restul PFe la tens. U1 + _ l reprezin pierderile n fier. _ + + A3 Schema montajului de lucru R Pm e A1 Rp A2 Rc V3 U U1 V1 V2 Aparate necesare F2 F1 - surs de curent continuu variabil 0220 V E2 E1 V1 W1 U1 V4 M Profilul: TEHNIC 32 n Tg c.c. Nivelul 3

GS

U2

V2

W2

APARATE ELECTRICE

-

GS maina sincron M c.c. maina de c.c Tg tahogenerator n turometru A1, A2, A3 ampermetre V1, V2, V3, V4 voltmetre Rp Reostat de pornire Rc - Reostat de cmp Re - Reostat de excitaie

Modul de lucru A. Operaiile pregtitoare sunt aceleai ca la lucrarea precedent B. Determinri propriu-zise se alimenteaz nfurarea de excitaie a generatorului; la pornirea generatorului, reostatul de excitaie Re va fi pe poziia maxim. dup pornire, se mrete treptat curentul de excitaie al generatorului, prin intermediul reostatului Re, i se citesc aparatele: ampermetrul A1 (curentul rotoric Ia al motorului de curent continuu) voltmetrul V1 (tensiunea de alimentare a motorului de curent continuu se nregistreaz datele experimentale ntr-un tabel de forma:Nr. crt. Ia [A] Ua [V] Pa [W]

...

se reprezint caracteristica Pa=f(U) se determin din reprezentarea grafic valoarea pierderilor mecanice i, pentru dou valori diferite ale tensiunii, valoarile corespunztoare ale pierderilor n fier.


33

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU caracteristicile generatorului sincron: caracteristica de scurtcircuit


Timp de lucru: 100 minute Lucrai n echip !Noiuni teoretice Caracteristica de scurtcircuit este definit de dependena Isc = f(Ie), pentru n = const, U=0. Schema montajului de lucru

+A1 V1 n Tg M c.c.

_Rp

+A2 V2 E1

_Rc E2

+A3 V3 F1U1 V1

_Re F2W1

A4

GSU2 V2 W2

Aparate necesare - surs de curent continuu variabil 0220 V - GS maina sincron - M c.c. maina de c.c - Tg tahogeneratorProfilul: TEHNIC Nivelul 3

34

APARATE ELECTRICE

-

n turometru A1, A2, A3 ampermetre V1, V2, V3, V4 voltmetre Rp Reostat de pornire Rc - Reostat de cmp Re - Reostat de excitaie

Modul de lucru A. Operaiile pregtitoare sunt aceleai ca la lucrarea precedent B. Determinri propriu-zise se realizeaz schema din figur, cu modificrile, foarte importante, marcate colorat. se pornete motorul de antrenare i se aduce la turaia nominal. se mrete, cu atenie (pentru a nu depi valoarea nominal a acestui curent), curentul de excitaie Ie al generatorului sincron i se citesc indicaiile aparatelor: ampermetrul A3 (curentul de excitaie Ie al generatorului) ampermetrul A4 (curentul Isc debitat de generator la scurtcircuit) datele experimentale se nregistreaz n tabelul urmtor:

Nr. crt.

n=ct. [rot/min]

Iex [A]

Isc

Isc [A]

se reprezint grafic dependena Isc=f(Ie); calitativ aceasta este prezentat n figura alturat.

Ie


35

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU caracteristicile generatorului sincron: caracteristica extern


deucr 100 minute Lucrai n echip !Noiuni teoretice Este definit de dependena U = f(I), pentru n = ct = nN, iex = ct, cos =_ct. + La cos = 1, cnd curentul de sarcin se micoreaz, tensiunea la borne U crete A3 Re (curba a). A2 A1 Rc RE La cos = 0,7 inductiv, U < p o, cnd curentul de sarcin se micoreaz, tensiunea la V3 V ca cos borne U crete mai repede 1 la D2 = 1 (curba b). V2 F2 F1 La cos = 0,7 capacitiv, U > Eo, cnd curentul de sarcin se micoreaz, tensiunea la E2 E1 U1 W1 borne U scade (curba c). M n Tg U c.c . Diferena dintre tensiunea la borne la mers GS E0 i cea corespunztoare curentului n gol c U2 nominal de sarcin, pentru cazul D cnd curentul de excitaie i factorul W2 putere al sarcinii de V2 1 sunt constani, poart numele de variaie a tensiunii la borne: E0 a U pentru cos =0,7 ind. U=Eo - U. K b W1 n general, aceast variaie corespunztoare regimului nominal de funcionare este de ordinul a 30-50% din tensiunea nominal. Se observ deci, c variaia de A tensiune este mult R 4 mai mare la generatorul sincron dect la generatorul de curent continuu. Schema montajului de lucru Aparate necesareProfilul: TEHNIC Nivelul 3

+

_

+

_

In

W2 I

V4

L K1

36

APARATE ELECTRICE

surs de curent continuu variabil 0220 V GS maina sincron M c.c. maina de c.c Tg tahogenerator n turometru A1, A2, A3, A4 ampermetre V1, V2, V3, V4 voltmetre Rp Reostat de pornire Rc - Reostat de cmp Re - Reostat de excitaie - R reostat trifazat - L inductiviate trifazat - W1, W2 wattmetre - K, K1 ntreruptoare trifazate Modul de lucru A. Operaiile pregtitoare sunt aceleai ca la lucrarea precedent B. Determinri propriu-zise se pornete motorul de curent continuu i se aduce la turaia nominal. se cupleaz consumatorul rezistiv R la bornele generatorului sincron (cos =1) pentru diferite poziii ale reostatului de sarcin R, se citesc indicaiile la ampermetrul A1 (curentul rotoric Ia), ampermetrul A4 (curentul debitat de generator), voltmetrul V1 (tensiunea de alimentare a motorului Ua), voltmetrul V4 (tensiunea la bornele generatorului U) wattmetrele W1, W2. datele experimentale se nregistreaz n tabelul urmtor:

-

Nr. crt.

U [V]

I [A]

Pw1 [W]

P w2 [W]

P [W]

cos

Ia [A]

Ua [V]

n [rpm]

Tipul de sarcin

se calculeaz puterea cu relaia: P = Pw1 + Pw2, se calculeaz factorul de putere cos =

P 3UI

se conecteaz un consumator inductiv (bobin, motor asincron trifazat). se repet determinrile efectuate pentru sarcina rezistiv se reprezint caracteristica U = f(I).

OBSERVAIE: Dac n laborator exist un frecvenmetru pentru frecvena de 50Hz, acesta se va conecta ntre dou borne ale nfurrii statorice (de exemplu, U1-V1). Prin modificarea sarcinii se va urmri i modificarea frecvenei, respectiv a turaiei. Dac turaia nu este cea de sincronism, se modific frecvena.


37

APARATE ELECTRICE


38

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU caracteristicile generatorului sincron: caracteristica randamentului


Timp de lucru: 50 minute Lucrai n echip !Noiuni teoretice Caracteristica randamentului este dependena = f(P2) Puterea consumat de motor este dat de relaia P1 = UaIa. Puterea cedat de generator (puterea util) se calculeaz cu relaiile:

P2 = 3UI

n cazul unui consumator rezistiv;

P2= Pw1+Pw2 n cazul unui consumator rezistiv-inductiv sau capacitiv. Modul de lucru Cu datele experimentale determinate pentru caracteristica extern, se poate calcula randamentul generatorului sincron i se traseaz caracteristica randamentului = f(P2) pentru diferite tipuri de sarcini, ca n figura alturat.

max

PnProfilul: TEHNIC Nivelul 3

P2

39

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU caracteristicile generatorului sincron: caracteristica de reglaj

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea mainilor electrice Planific o activitate i culege date numerice n legtur cu aceasta Prelucreaz datele numerice Interpreteaz rezultatele obinute i prezint concluziile Otive: s analizeze regimurile de funcionare ale mainilor electrice s colecteze datele numerice corespunztoare activitii planificate s selecteze datele obinute din msurtori sau din alte surse s nregistreze datele s efectueze calcule n mai multe etape, cu numere de mai multe mrimi s utilizeze formulele de calcul s reprezinte grafic datele obinute s citesc graficele s compare rezultatele cu valori date, pentru determinareaerorilor/abaterilor i tendinelor s formuleze concluzii n baza unei analize critice s utilizeze rezultatele n rezolvarea unei probleme i luarea deciziilor optime

Timp de lucru: 100 minute Lucrai n echip !Noiuni teoretice Caracteristica de reglaj reprezint variaia curentului de excitaie Iex n funcie de curentul de sarcin I, la U = ct, n = ct, cos = ct. Aceast caracteristic pune n eviden capacitatea generatorului de a-i menine tensiunea la borne constant, n condiiile modificrii curentului de sarcin.

Iexnsutor inductiv Consumator rezistiv

Consumator cit

ISchema montajului de lucru i aparatele necesare sunt aceleai ca la caracteristica externProfilul: TEHNIC Nivelul 3

40

APARATE ELECTRICE

Modul de lucru se efectueaz montajul se pornete motorul de c.c. i se aduce la turaia nominal. se cupleaz consumatorul rezistiv R. Prin modificarea reostatului de sarcin R, se modific curentul de sarcin I i tensiunea la borne U. Prin modificarea curentului de excitaie Iex al generatorului se readuce tensiunea U la valoarea nominal. se citesc indicaiile aparatelor amperetrul A3, ampermetrul A4, voltmetrul V4, wattmetrele W1, W2. se nregistreaz datele experimentale n tabelul urmtor: Nr. crt. I [A] U [V] Iex [A] P1 [W] P2 [W] Pw [W] cos

se repet msurtorile cu un consumator inductiv (bobin, motor asincron trifazat), apoi cu un consumatorul capacitiv (baterie de condensatoare). se reprezint grafic caracteristicile d ereglaj ale generatorului sincron.


41

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU funcionarea n paralel a generatoarelor sincrone

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea mainilor electrice Planific o activitate i culege date numerice n legtur cu aceasta Prelucreaz datele numerice Interpreteaz rezultatele obinute i prezint concluziile Otive: s analizeze regimurile de funcionare ale mainilor electrice s selecteze datele obinute din msurtori sau din alte surse

s formuleze concluzii n baza unei analize critice s utilizeze rezultatele n rezolvarea unei probleme i luarea deciziilor optime

Timp de lucru: 100 minute Lucrai n echip !Noiuni teoretice Conectarea i deconectarea de la bare a generatoarelor sincrone se face n scopul de a se acoperi n mod economic cererea de putere variabil a consumatorilor. Pentru conectarea n paralel a unui generator, trebuie ndeplinite urmtoarele condiii: maina trebuie adus la viteza de sincronism, corespunztoare frecvenei reelei la care urmeaz a fi conectat; tensiunea la bornele generatorului trebuie s fie egal cu tensiunea reelei; n momentul conectrii, tensiunea reelei trebuie s fie n faz cu cea a generatorului; succesiunea fazelor generatorului i reelei trebuie s fie aceeai; Pentru conectarea la reea, se execut urmtoarele operaii: maina este adus la viteza de sincronism, prin reglarea turaiei motorului de antrenare, verificndu-se prima condiie cu ajutorul a dou frecvenmetre care indic frecvena reelei, respectiv a generatorului; se mrete curentul de excitaie al mainii pn cnd tensiunea la bornele ei devine egal cu tensiunea reelei, verificndu-se a doua condiie cu ajutorul a dou voltmetre; se verific succesiunea fazelor, determinndu-se momentul sincronizrii; se conecteaz generatorul la bare. Sincronizarea poate fi determinat cu ajutorul a trei lmpi, legate n dou variante: n montaj prin stingere, la care succesiunea fazelor este corect dac toate lmpile se sting i se aprind simultan; n montaj prin aprindere, numit i foc nvrtitor (dac lmpile sunt dispuse n vrfurile unui triunghi), la care succesiunea fazelor este aceeai dac lmpile se aprind i se sting succesiv, lsnd impresia unei lumini rotitoare.

-

-

-

-


42

APARATE ELECTRICE

Sincronoscop montaj prin stingere

Sincronoscop montaj prin aprindere.

n cazul utilizrii montajului prin stingere, conectarea se face cnd plpirile lmpilor sunt foarte rare i in momentul cnd acestea sunt stinse. n cazul montajului cu foc nvrtitor, conectarea se efectueaz cnd focul nvrtitor st pe loc sau se rotete foarte ncet, iar lampa legat pe aceeai faz este stins, cele legate ncruciat luminnd cu aceeai intensitate. Schema montajului de lucru Aparate necesare K2 Kcurent continuu cu excitaie independent M motor de 1 F GS generator sincron Rp K3 K1, Ke1, F e2 ntreruptor bipolar K K2 ntreruptor monopolar K3, K4 ntreruptoare tripolare V1 M continuu AM, AG ampermetre de curent GS = Rc1, Rc2, Rp reostate f1 AM V1, V2 voltmetre de curent alternativ Rc1 f1, f2 frecvenmetre P panou cu lmpi pentru sincronizare (sincronoscop cu becuri) Ke1 AG Modul de lucru R

K4 V2 f2

R S T

1

+ se nchide Ke1 curent continuu; se nchide K1 i se micoreaz treptat rezistena reostatului Rp: n final, se + scurtcircuiteaz Rp nchiznd K2; se nchide Ke2 i se stabilete curentul nominal n circuitul de excitaie al generatorului sincron; se nchide K4 i se compar indicaiile aparatelor V1-V2 i f1-f2: dac sunt respectiv egale se trece la manevra urmtoare; dac difer, se regleaz turaia motorului pn cnd devin egale. Reglarea turaiei motorului presupune urmtoarele manevre: dac tensiunea indicat de V1 este mai mare dect tensiunea indicat de V2 (ceea ce nseamn c GS este antrenat la o turaie prea mare), se deschide K2 i se crete Rp pentru a micora viteza motorului pn la egalarea indicaiilor;a)

c2 2 K circuitul de excitaie al motorului de i se stabilete curentul nominal n e2 P


43

APARATE ELECTRICE

dac tensiunea indicat de V1 este mai mic dect tensiunea indicat de V2 (ceea ce nseamn c GS este antrenat la o turaie insuficient), se crete curentul de excitaie al motorului (micornd rezistena reostatului Rc1) pentru a crete viteza acestuia, pn la egalizarea indicaiilor celor dou perechi de aparate.b)

se observ lmpile sincronoscopului care trebuie s se aprind succesiv atunci cnd succesiunea fazelor GS coincide cu succesiunea fazelor reelei; dac se constat aprinderea i stingerea simultan a becurilor, atunci succesiunea fazelor difer i este necesar s se schimbe ntre ele dou faze de la GS sau de la reea;

ATENIE ! Schimbarea fazelor se efectueaz numai cu mainile oprite i decuplate de la tensiune. cuplarea GS se poate efectua atunci cnd focul nvrtitor se rotete cu vitez mic i pentru aceasta se determin cu aproximaie timpul ct este stins becul 1, montat direct: nchiderea ntreruptorului K3 se face la jumtatea acestui interval.


44

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU declanatoare electromagnetice

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea aparatelor electrice Obiective: s identifice componentele constructive ale aparatelor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor aparatelor electrice. s explice principiul de funcionare al aparatelor electrice. Timp de lucru: 30 minute Lucrai individual !n figura urmtoare sunt reprezentate schemele cinematice ale unor declanatoare electromagnetice.

Armtur Bimetal Cale de curent Temporizare declanare Impuls deschidere

Declanator magneto-termic In=100 ...800 A

Temporizare declanare Impuls deschidere Bimetal Declanator magneto-termic In=1 ... 4 kA Armtur Electromagnet Cale de curent


45

APARATE ELECTRICE

Armtura mobil Piesa polar Temporizare declanare Resort Bobin Ulei siliconic Declanator hidro-magnetic In=30 ... 60 A Plonjor imersat n ulei

Impuls deschidere

Tub

1. Comparai structura schemelor cinematice i identificai diferenele dintre cele trei declanatoare: din punct de vedere al variantei constructive (hidro-magnetic i magnetotermic) din punct de vedere al curentului nominal, pentru aceeai variant constructiv (megneto-termic pentru cureni mici i pentru cureni mari). 2. Explicai funcionarea fiecruia dintre declanatoare, punnd n eviden elementul comun mrimea mecanic furnizat la ieire, pentru acionarea ntreruptorului automat.


46

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU ntrerptoare automate (I)

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea aparatelor electrice Obiective: s identifice componentele constructive ale aparatelor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor aparatelor electrice. s explice principiul de funcionare al aparatelor electrice. Timp de lucru: 30 minute Lucrai individual !Identificai elementele componente ale unui ntreruptor automat monopolar, numerotate de la 1 la 12 n seciunea din figura urmtoare:

1 2 4

3

6 8 7 5 9 12

11

10


47

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU montarea aparatajului de comand

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea aparatelor electrice Obiective: s identifice componentele constructive ale aparatelor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor aparatelor electrice. s aplice tehnologia de montare a aparatelor electrice. Timp de lucru: 50 minute Lucrai individual !

Pornind de la figura alturat, stabilii etapele procesului tehnologic de montare a aparatajului de comand, ordonai aceste etape i ntocmii fia tehnologic a procesului, pentru a aplica apoi n atelierul de instruire practic. INDICAIE: Mai nti, numerotai aparatele i subansamblele acestora, apoi ntocmii lista lor; v va fi mai uor s scriei fia tehnologic !


48

APARATE ELECTRICE

FI DE LUCRU ntreruptoare automate

Competena: Analizeaz construcia i funcionarea aparatelor electrice Obiective: s identifice componentele constructive ale aparatelor electrice. s precizeze rolul funcional al componentelor aparatelor electrice. Timp de lucru: 50 minute Lucrai individual !n fugura urmtoare este reprezentat un ntreruptor automat (seciune) i componentele sale, numerotate de la 1 la 9.

Identificai locul fiecrei componente n ansamblul ntreruptorului, precizai rolul su funcional i materialul din care este realizat.


49

APARATE ELECTRICE

5. FIE DE DOCUMENTARE


50

APARATE ELECTRICE

FI DE DOCUMENTARE motorul liniar: principiul de fincionare, variante constructive Motoarele electrice liniare sunt maini electrice n care armtura mobil efectueaz o micare de translaie, paralel cu armatura fix. Aceast proprietate a motoarelor liniare determin, n principal interesul pentru utilizarea lor n traciunea electric, avnd n vedere c scopul traciunii l constituie deplasarea unui vehicul, care trebuie realizat printr-o micare de translaie. n traciunea electric sunt folosite numai motoarele liniare de curent alternativ, sincrone i asincrone. Principiul de funcionare Un motor asincron liniar se poate obine dintr-un motor asincron rotativ prin secionarea acestuia din urm dup o generatoare i desfurarea n plan a celor dou armturi - primarul (inductorul) i secundarul (indusul) - una din ele fiind mobil, solidar cu vehiculul, iar cealalt fix, solidar cu calea. Prin desfurarea n plan a coliviei de veveri, nfurarea capt aspectul unei scri conductoare, dispus n crestturile miezului magnetic secundar (realizat din tole sau din fier masiv). crestturi statorice 1 crestturi rotorice 2 primar inductor 3 (Fe, tole)4 secundar indus (Fe, tole sau masiv)

primar inductor (Fe, tole) U1 W2 V1 U2 W1 V2 v

0 secundar indus (Fe, tole sau masiv)Profilul: TEHNIC Nivelul 3

x

51

APARATE ELECTRICE

nfurarea inductoare trifazat dispus n crestturile miezului magnetic primar, realizat din tole, produce n ntrefierul mainii liniare un cmp magnetic progresiv (denumit i alunector), analog cmpului magnetic nvrtitor din maina rotativ, care se deplaseaz n direcia Ox fa de un sistem de referin solidar cu primarul. Cmpul magnetic progresiv induce cureni n nfurarea secundar a mainii liniare i astfel, prin interaciune, se produce o for electromagnetic care are o component longitudinala Fx dup direcia Ox. O simplificare a armturii secundare se obine dac n locul scrii conductoare se folosete o plac din aluminiu sau din cupru. Maina se poate realiza n dou variante: maina liniar unilateral, sau, prin dublarea construciei, maina liniar bilateral, care dezvolt o for longitudinal sporit. n cazul mainii liniare unilaterale, cel mai adesea placa se aeaz peste un miez magnetic (acesta fiind i el realizat sub forma unei plci de fier). Pentru aplicaiile pe vehicule electrice ale mainii unilaterale, cel mai simplu este ca armturile s fie dispuse n plan orizontal. n cazul mainii liniare bilaterale, construcia uzual cu indus-plac conductoare este aceea fr miez magnetic pe indus, existnd ns, i variante n care indusul este realizat dintro plac de fier, simpl sau aflat ntre dou plci de aluminiu (cupru). Pentru aplicaiile pe vehicule electrice ale mainii bilaterale, cel mai simplu este ca armturile primar i secundar s fie dispuse n plan vertical. Secundarul capt aspectul unei ine, ceea ce justific denumirea de in de reacie dat uneori indusului. circuit magnetic (din tole de fier)

U1

W2

V1

U2

W1

V2 a

plac aluminiu

plac fier

circuit magnetic (din tole de fier)

U1

W2

V1

U2

W1

V2 b

U1

W2 plac aluminiu

V1

U2

W1

V2

circuit magnetic (din tole de fier)

Construcia simplificat a secundarului mainii asincrone liniare: a) unilateral; b) bilateral Profilul: TEHNIC Nivelul 3

52

APARATE ELECTRICE

Pentru realizarea permanent a forei longitudinale Fx la deplasarea pe direcia Ox a unei armturi fa de cealalt , este necesar ca armtura fix (solidar cu calea) a mainii s se extind pe toat lungimea cii, aceast extindere ducnd la dou categorii de maini liniare: a) Maini cu primar scurt, la care primarul, aflat pe vehicul este scurt fa de secundar, aflat pe cale. La maina asincron secundarul fiind nealimentat se poate considera cale pasiv. b) Maini cu secundar scurt, la care secundarul aflat pe vehicul, este scurt fa de primar, aflat pe cale. Se obine astfel o cale activ, vehiculul devenind pasiv. cadru vehicul v1 V2 U1 W2 V1 U2 cale W1 V2 U1 v

Maina asincron liniar unilateral cu secundar scurt

v U1 W2 V1

cadru vehicul U2 W1 V2 v1

caleMaina asincron liniar unilateral cu primar scurt

Maina cu primarul scurt este avantajoas din punct de vedere economic, ntruct inductorul, partea cea mai scump a mainii, este de lungime mic, dar pune probleme tehnice legate de alimentarea sa, deoarece aceasta trebuie s fie fcut fie de la o surs de energie aflat pe vehicul (vehicule autonome), fie de la o surs exterioar (vehicule neautonome) iar captarea curentului n ultimul caz, la viteze mari, de peste 300 km/h, implic dificulti mari. Maina cu secundarul scurt este dezavantajoas economic datorit lungimii mari a inductorului, dar are avantajul tehnic, c alimentarea lui se poate face direct de la o surs staionar. Avantajul este important att la vehiculele de viteze mari ct i la cele la care nu este permis s se produc scntei, determinate de captarea curentului, n medii explozive, mine etc. Aceste motoare sunt folosite pentru acionri liniare. n figurile urmtoare sunt exemplificate dou asemenea acionri


53

APARATE ELECTRICE

Un motor liniar plaseaz piese pe o band rulant Pe portal se afl dou motoare liniare (cte unul pentru fiecare direcie de micare marcat prin sgei) cu care braul de lucru preia de pe banda rulant i aeaz piesele hexagonale n poziii foarte precise.

Dou motoare liniare asigur deplasarea portalului: micarea lor trebuie s fie sincronizat, altfel portalul se blocheaz


54

APARATE ELECTRICE

FI DE DOCUMENTARE motorul liniar: variante constructive A. Motorul liniar cu miez de fier Structura acestui motor se aseamn foarte mult cu aceea a unui motor rotativ fr perii. Aa cum se observ n figura urmtoare, motorul este format dintr-o plac de fier (in) pe suprafaa creia sunt montai magnei permaneni din pmnturi rare. Partea mobil este format dintr-un miez magnetic din tole: pe dinii acestui miez sunt bobinate nfurrile indusului. n interiorul nfurrilor sunt montai senzori termici pentru a preveni supranclzirea bobinajului. Senzorii bazai pe efectul Hall (montai n zona bobinelor) sunt activai de magneii permaneni de pe in i au rol n comutaia nfurrilor.

nfurri bobinate pe dinii miezului din tole

partea mobil (plac portant) senzori termici i cu efect Hall, montai sau ataai bobinelor

magnei permaneni din pmnturi rare (montai pe un rnd) B. Motorul liniar fr miez de fier (cu miez de aer)

in (plac de fier)

Dou ine magnetice aezate fa m fa, una nord i cealalt sud. Cele dou ine sunt mpiedicate s se lipeasc (au tendina de a se atrage) de un distanor. Partea mobil este constituit dintr-o nfurare bobinat i fixat cu rin epoxidic. Aceast bobin are montat, la captul superior, o plac din aluminiu. Placa este folosit pentru susinerea sarcinii i, de asemenea, pentru disiparea cldurii (radiator termic). nfurarea propriu-zis nu are miez de fier, de aici i denumirea motorului fr miez de fier. Ca i la varianta precedent, partea mobil este echipat cu senzori termici i cu efect Hall. plac din aluminiu

nfurare fr miez de fier

magnei din pmnturi rare (pe ambele fee)

senzori termici i cu efect Hall, montai pe bobin sau n interiorul acesteiaProfilul: TEHNIC Nivelul 3

miez magnetic sub form de potcoav

55

APARATE ELECTRICE

C. Alte variante Un motor liniar cu o form special este cel din figura urmtoare. Prinncipiul su de funcionare este acelai cu al mainilor rotative fr crestturi, maini care au cptat o extindere spectaculoas n ultimii ani. ina este aceeai ca i la motorul cu miez de fier: o plac de fier cu magnei permaneni montai la suprafa. Partea mobil ns are o construcie specific. Bobina, asemntoare cu aceea a unui motor fr miez de fier, are montat deasupra o plac de fier. Ansamblul este montat ntr-o carcas din aluminiu deschs la parea inferioar. Aceast carcas fixeaz (cu rin epoxidic) nfurarea i placa de fier, mpreun cu senzorii termici.

plac/postament de fier ansamblu bobin senzori termici (nglobai n ansamblul bobinajului)

carcas din aluminiu (placa portant a motorului)

magni permaneni din pmnturi rare (montai pe un singur rnd)

plac de fier


56

APARATE ELECTRICE

FI DE DOCUMENTARE motorul pas cu pas: pri componente Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron cu poli apareni pe ambele armturi. La apariia unui semnal de comand pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa pn cnd polii si se vor alinia n dreptul polilor opui statorici. Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol n pol, de unde i denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda motorului se face electronic i se pot obine deplasri ale motorului foarte precise, n funcie de programul de comand. Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesar precizie ridicat (hard disc, copiatoare). Un motor pas cu pas, difer radical de un motor electric convenional. Un motor convenional determin rotirea unui ax i viteza de rotaie a acestui ax poate fi modificat prin controlul alimentrii motorului. Dar nu este necesar aprioric un circuit de comand: motorul se rotete imediat ce este conectat la o surs de alimentare i nu se poate influena asupra poziiei precise a axei de rotaie sau asupra numrului de rotaii ce trebuie efectuate. n schimb, un motor pas cu pas, nu se poate roti fr un circuit de comand special. El permite obinerea unor rotaii cu exact acelai unghi, corespunztor unui pas. Astfel, un motor cu 200 de pai pe rotaie, permite rotirea axei, la fiecare comand primit, cu 360/200=1,8 (spre stnga sau spre dreapta). Se poate deci comanda cu uurin o deplasare precis, numrnd paii de efectuat dup alegerea sensului de rotaie. De aceea, motoarele pas cu pas sunt utilizate n aplicaii care impun deplasri precise: robotic, imprimante, scanere, cititoare optice. Un motor se numete unipolar atunci cnd o nfurarea creeaz totdeauna un pol magnetic de acelai nume i se numete bipolar atunci cnd o nfurare creeaz fie un pol Nord, fie un pol Sud, n funcie de sensul curentului ce trece prin aceasta. n general, un motor pas cu pas este alctuit dintr-un magnet montat pe axa de rotaie i din bobine fixe situate mprejurul acestui magnet. Pentru a se obine o rezoluie satisfctoare (numr de pai pentru o rotaie complet suficient de mare) magnetul este multipolar: el este alctuit dintr-un cilindru canelat Nord-Sud-Nord-Sud ...

Motor pas cu pas hibrid (200 pai)


57

APARATE ELECTRICE

Rotorul, compus dintr-un magnet permanent la suprafaa cruia sunt fixate dou coroane danturate cu cte 50 de dini, decalate ntre elecu o jumtate de dinte. Din profil, se obin 100 de dini, alternnd un pol nord cu unul sud (numrul de perechi de poli este 50).

Coroane danturate de calate cu 1/2 dinte

Dimensiunile motoarelor pas cu pas sunt destul de reduse

Statorul este constituit din dou bobine (model bipolar) montate sub forma a 8 electromagnei: se obin astfel, 4 perechi de poli. Numrul maxim de pai ce se pot obine este de 50x4=200 de pai. Motorul se numete hibrid deoarece este o combinaie ntre un motor cu reluctana variabil i un motor cu magnei permaneni. Exist diferite tipuri de motoare pas cu pas: unipolare bifazate, bipolare. Motoarele pas cu pas nu pot depi o vitez de rotaie destul de redus (circa 5 rot/sec pentru unipolarele bifazate uzuale); dincolo de aceast vitez ele nu se mai rotesc ci vibreaz (fr ca acest lucru s duneze n vreun fel motorului). Cu toate acestea, motoarele pas cu pas unipolare bifazate sunt destul de puternice i, n cele mai multe aplicaii, nu este necesar demultiplicarea cuplului la arbore. Motorul pas cu pas este un motor care, datorit construciei sale specifice, poate efectua pai adic fraciuni de rotaie. De obicei, motoarele pas cu pas realizeaz deplasri unghiulare egale cu a 200-a parte dintr-o rotaie, ceea ce permite controlul direct foarte exact al deplasrii efectuate de motor. Supravegherea sa este imperios necesar pentru c motoarele ar putea rata pai i deci, s-ar putea s nu efectueze micarea comandat.


58

APARATE ELECTRICE

FI DE DOCUMENTARE motorul pas cu pas: posibiliti de comand Pentru comanda alimentrii nfurrilor statorice exist mai multe posibiliti: a. Comand bipolar (pas ntreg, excitaie normal): cele dou bobine sunt permanent alimentate, cuplul ce se obine are valoarea optim b. Comand unipolar (pas ntreg, excitaie cu und plin): una dintre cele dou bobine este alimentat, cuplul este mai mic dar comanda este mai simpl c. Comand mixt (jumtate de pas): combinaie ntre cele dou d. Comand n micropai: bobinele sunt alimentate cu curent variabil, motorul se rotete cu micropai, aproape continuu, ca un motor sincron. n cele ce urmeaz se face referire la motorul unipolar bifazat (motoarele bipolare au avantaje certe dar comanda lor electronic este mult mai complex). Motorul reprezentat n figur poate fi comandat cu pas ntreg sau cu pas pe jumtate. Pentru fiecare dintre cele dou modaliti, n tabelul alturat este indicat modul de alimentare a celor dou nfurri A i B, cu tensiuni pozitive (A+, B+) sau negative (A, B). n primul caz se obin 4 poziii distincte ale rotorului, iar n cazul al doilea, 8.

A+A+ A

AA

B+B+B

BB

A+

B+

PasA+A

0 1B+B B+B

2 3

A+A

Pas pe ju m t at e 0 1 2 3 4 5 6 7

A+

B+

A

B

0 0 1 1 1 0 0 0

0 0 0 0 1 1 1 0

1 0 0 0 0 0 1 1

1 1 1 0 0 0 0 0


59

APARATE ELECTRICE

FI DE DOCUMENTARE motorul pas cu pas: principiul de funcionare Schema electromecanic a unui motor pas cu pas bipolar, cu 4 pai pe o rotaie complet. AC i BD sunt electromagneii care formeaz statorul. Rotorul este un simplu dipol magnetic (magnet permanent). Dac AC este alimentat cu o tensiune pozitiv, poziia stabil va fi aceea aliniat direciei Nord-Sud (ca n figur). A

B D

C Apoi, dac bobina BD este alimenta cu tensiune pozitiv (iar tensiunea pe AC se anuleaz), poziia stabil a rotorului va fi rotit cu 90: rotorul a avansat cu un pas. Pentru pasul urmtor se alimenteaz AC cu o tensiune de polaritate invers iar tensiunea la bornele BD se va anula .a.m.d. Motorul se roteta n sens orar. Dac trebuie schimbat sensul de rotaie, secvenele descrise mai sus se parcurg n ordine invers. A

B D

CProfilul: TEHNIC Nivelul 3

60

APARATE ELECTRICE

Pentru a obine micarea de rotaie a unui motor bipolar este deci necesar s se inversze ciclic tensiunile de alimentare de la bornele bobinelor. n electronic este mai simplu s fie aplicat un potenial ntr-un anumit punct, dect s se inverseze polaritatea unei tensiuni (numrul de tranzistori este redus cu jumtate). S-ar obine un motor la care n-ar fi nevoie de inversarea polaritii prin dublarea numrului de bobine (alte dou bobine, aliniate pe aceleai direcii dar cu sens inversat), ci, mai simplu, prin aplicarea pe punctul median al celor dou bobine, a unei tensiuni comune i alimentnd, de fiecare dat, numai o semibobin. n fine, dac punctul median al bobinei are potenialul 0V, cmpul magnetic este inversat dup cum una sau cealalt dintre exteremitile sale este alimentat cu o tensiune U. Evident, deoarece este alimentat numai o semibobin, se pierde din randament. Aceast ultim soluie descris constituie, de fapt, motorul unipolar bifazat.


61

APARATE ELECTRICE

FI DE DOCUMENTARE motorul pas cu pas: comanda secvenial n fia de documentare precedent, a fost descris funcionarea unui motor unipolar bifazat cu 4 pai pe rotaie. n practic sunt necesari mai muli pai i, pentru a-i obine, se folosesc mai multe bobine i un rotor multipolar (ca o roat dinat ai crei dini adiaceni au polariti magnetice opuse). Pentru a evita un numr prea mare de conductoare pentru conexiuni (numr egal cu numrul de pai pe rotaie), bobinele sunt interconectate: bobinele 1+4n, 2+4n, 3+4n, 4+4n (plecnd de la punctul median) sunt legate respectiv la firele notate cu A, B, C, D n figura de mai sus. Motorul devine astfel, n ansamblu, independent n raport cu pasul (deplasarea unghiular egal cu 360/numrul de pai pe rotaie). Acesta este proprietatea care permite pornirea unui motor pas cu pas, fr a cunoate cu exactitate poziia unghiular a rotorului. Pentru comand, motorul pas cu pas are, de obicei, dou nfurri (faze), fiecare similar unei nfurri de la o main de curent continuu standard. Exist dou tipuri de motoare pas cu pas: Motoare bipolare: au, n general, 4 fire de conectare i sunt comandate prin inversarea sensului curentului prin una din cele dou bobine, pe rnd. Motoarele unipolare au, n general, 6 fire de conectare, dintre care 2 sunt legate la punctul median al bobinelor. Ele sunt comandate prin alimentarea, pe rnd, dar totdeauna cu aceeai polaritate, a fiecreia dintre cele 4 semi-bobine. Motoarele unipolare bifazate sunt aadar conectate la circuitul de comand prin 6 conductoare (A, B, C, D i cele dou puncte mediane, dei uneori legtura dintre ele se execut n interiorul mainii i legtura exterioar mai necesit doar un fir). S presupunem c punctul comun este legat la mas (0 V). Dac se codific alimentarea conductoarelor A, B, C, D cu un bit (1 pentru +U i 0 pentru mas), se poate rezuma un ciclu complet de o rotaie prin urmtoarea succesiune: rotire la dreapta: ABCD ABCD 1000 0100 rotire la stnga: ABCD ABCD 1000 0001 ABCD 0010 ABCD 0010 ABCD 0001 ABCD 0100 ABCD 1000 ABCD 1000

...

...

ABCD 1100

Dar exist i alte modaliti de comand a alimentrii: modul bifazat, n care rotorul se poziionez ntre poziiile clasice descrise anterior ABCD ABCD ABCD ABCD 0110 0011 1001 1100 ... modul semi-pas care permite dublarea numrului de pai ai unui motor:

ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD 1000 1100 0100 0110 0010 0011 0001 1001 1000 ... alte modaliti care combin principiul motorului pas cu pas cu tehnica impulsurilor modulate n amplitudine, i prin care bobinele primesc un semnal variabil iar poziia rotorului poate fi controlat la nivel de fraciuni dintr-un pas.


62

APARATE ELECTRICE

FI DE DOCUMENTARE maina asincron: principiul de funcionare

n crestturile statorice sunt amplasate trei nfurri repartizate identice. Aceste nfurri sunt decalate, ntre ele, cu 120 geometrice. Prin bobine vor circula curenii i1, i2 i i3. Aceti cureni formeaz un sistem trifazat simetric (cureni egali). Trecerea curentului prin bobine, conform legii induciei electromagnetice, determin apariia unui cmp magnetic alternativ cu repartiie sinusoidal. n consecin, nfurarea statoric parcurs de curentul alternativ trifazat d natere unui cmp magnetic nvrtitor care se rotete n sensul succesiunii fazelor cu turaia de sincronism n1: n1 = 60. f [rot/min] p

unde: n1 turaia cmpului magnetic nvrtitor statoric (turaie sincron); f frecvena curenilor din stator (50 Hz); p numrul de perechi de poli.Dac rotorul este n repaus, acest cmp va induce n fazele nfurrii rotorice, conform legii induciei electromagnetice, tensiuni electromotoare. n cazul n care nfurarea rotoric este scurtcircuitat sau se racordeaz pe o impedan trifazat simetric, aceste tensiuni electromotoare (induse) alctuiesc un sistem simetric i echilibrat iar curenii indui, asemenea celor din nfurrile statorice, determin apariia unui cmp magnetic nvrtitor. Prin interaciunea cmpului magnetic statoric cu aceti cureni indui vor lua natere fore electromagnetice care se vor exercita asupra fiecrui conductor rotoric. Polul magnetic Nord al acului este atras de polul Sud al nfurrii statorice (creat de tensiunea unei faze)

Datorit cmpului magnetic produs de nfurarea statoric trifazat acul magnetic (echivalent rotorului) se rotete


63

APARATE ELECTRICE

Pe stator se afl nfurarea trifazat alimentat n curent alternativ. Cele trei bobine ale nfurrii statorice trifazate sunt repartizate n crestturi astfel nct ntre ele s existe un decalaj spaial de 120. n aceste condiii, fiecare bobin genereaz un cmp radial, iar cele trei cmpuri elementare au ca rezultant un cmp constant ca valoare care se rotete cu viteza constant = 2f (f frecvena tensiunii de alimentare a bobinelor). Se obine deci un cmp nvrtitor pe cale mecanic (prin mijloace statice). Acestor fore le corespunde un cuplu obinut prin nsumarea tuturor cuplurilor determinate de forele ce acioneaz asupra conductoarelor rotorice, cuplu care determin punerea n micare a rotorului, cu turaia n, n sensul cmpului nvrtitor statoric. Suma cuplurilor motoare corespunztoare fiecrui conductor activ al rotorului d valoarea cuplului rezultant de rotaie al mainii, adic cuplul electromagnetic M. Cnd rotorul se mic, n nfurarea rotoric se induc cureni de frecven f 2=p(n1-n), cureni care produc un cmp nvrtitor de turaie n2:

n2 =

f2 p

Unda nvrtitoare a cmpului magnetic rotoric este sincron cu cea statoric deoarece rotorul se rotete cu turaia n, i fa de stator are turaia n2+n=n1.

Dac rotorul se va roti din exterior cu turaia n=n1, n nfurarea rotoric nu se vor mai induce cureni (pentru c aceast nfurare nu se afl n micare relativ fa cmpul inductor), n main nu va mai aprea cuplu electromagnetic. Dac rotorul va fi lsat liber, datorit forelor de frecare i a cuplului rezistent de la ax, turaia rotorului va descrete. Rotorul alunec fa de cmpul statoric rmnnd n urm. Alunecarea, mrimea caracteristic motoarelor asincrone, se definete astfel:

s=

n1 n n1

Astfel, frecvena curenilor rotorici, poate fi exprimat funcie de frecvena curenilor din stator:

f 2 = pn2 = pn1

n1 n n1

= f1 s

n regim nominal de funcionare al motorului asincron, conform acestei relaii, frecvena curenilor rotorici este mult mai mic dect frecvena curenilor statorici deoarece alunecarea s este cuprins ntre (3-10)%. De aici rezult c maina asincron modific i frecvena energiei primite i, deci, o a doua justificare a denumirii ce i s-a dat, de transformator generalizat. Este cunoscut faptul c vitezele un