Motoare electrice cu pierderi reduse
Motoare electrice cu pierderi reduse
Motoare electrice cu pierderi reduse
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Motoare</strong> <strong>electrice</strong> <strong>cu</strong> <strong>pierderi</strong><br />
<strong>reduse</strong>
Clasificarea <strong>pierderi</strong>lor<br />
infasurari<br />
<strong>electrice</strong><br />
perii<br />
suplimentare<br />
Principale<br />
in fier<br />
Pierderi<br />
magnetice<br />
suplimentare<br />
In lagare<br />
mecanice<br />
frecari<br />
rotor perii<br />
ventilatie
Pierderile în ma ina de induc ie<br />
în stator 30<br />
Electrice 50 %<br />
în rotor 17<br />
Suplimentare 3<br />
Pierderi<br />
Magnetice 30 % Mecanice 20 %<br />
în stator 25 în rotor 2<br />
în lag re 7 Ventila#ie 8<br />
Suplimentare 3<br />
Frec ri 5
Reducerile <strong>pierderi</strong>lor <strong>cu</strong> 1 %<br />
Puterea [kW]<br />
1<br />
5<br />
25<br />
50<br />
100<br />
200<br />
Randamentul ini#ial<br />
%<br />
73,0<br />
83,0<br />
89,0<br />
90,5<br />
91,5<br />
93,0<br />
Randamentul cres<strong>cu</strong>t<br />
%<br />
74,0<br />
84,0<br />
90,0<br />
91,5<br />
92,5<br />
94,0<br />
Sc derea necesar a<br />
<strong>pierderi</strong>lor de putere,<br />
%<br />
procentul de reducere a <strong>pierderi</strong>lor este dependenta de puterea motorului.<br />
8<br />
11<br />
16<br />
19<br />
28<br />
38
Construc ia ma inii sincrone
Pierderile în ma ina sincron<br />
în stator 30<br />
Electrice 45%<br />
în rotor 10<br />
suplimentare 5<br />
Pierderi<br />
Magnetice 30 % Mecanice 25 %<br />
în stator 25<br />
suplimentare 5<br />
în lag re 7 Ventila#ie 10<br />
Frec ri 8
Compara ie între ma ina de induc ie i sincron<br />
în stator<br />
scade<br />
Electrice<br />
în rotor<br />
Suplimentare<br />
r mâne constant<br />
cre te<br />
Nu exist<br />
în stator<br />
Pierderi<br />
Magnetice Mecanice<br />
în rotor<br />
Suplimentare<br />
în lag re<br />
Rezult : randament mai bun<br />
Frec ri<br />
Ventila#ie
Ma ina sincron <strong>cu</strong> magne i permanen i<br />
Dezavantajele ma/inii sincrone în construc#ie clasic , <strong>cu</strong> excita#ie<br />
electromagnetic , :<br />
prezen#a sistemului perii – inele colectoare pentru<br />
alimentarea excita#iei,<br />
necesitatea unei surse de <strong>cu</strong>rent continuu care poate fi o<br />
ma/in de <strong>cu</strong>rent continuu sau un redresor comandat.<br />
Solutia la puteri mici si medii: folosirea magnetilor permanenti.<br />
O variant clasic : statorul în construc#ie normal , adic miez<br />
din tole <strong>cu</strong> crest turi /i înf /urare repartizat .<br />
La rotor excita#ia electromagnetic este înlo<strong>cu</strong>it <strong>cu</strong> excita#ie <strong>cu</strong><br />
magne#i permanen#i, existând diferite solu#ii constructive .
Variante constructive, func ionare<br />
a. Rotor cilindric din tole, <strong>cu</strong> magne#i permanen#i dispu/i în întrefier<br />
la suprafa#a miezului Xd = Xq b. c. d. Rotor cilindric din tole, <strong>cu</strong> magne#i permanen#i îngropa#i<br />
X d < X q
Câmpul magnetic în motoare <strong>cu</strong> magne i permanen i
Câmpul magnetic în motoare <strong>cu</strong> magne i permanen i
Modelul matematic al ma inii sincrone<br />
E<br />
Q<br />
i E<br />
i q<br />
q u q<br />
i q<br />
i D<br />
A<br />
D<br />
u d<br />
d<br />
i d<br />
u<br />
u<br />
d<br />
q<br />
d<br />
q<br />
=<br />
=<br />
R<br />
R<br />
= L<br />
= L<br />
S<br />
S<br />
s;<br />
s;<br />
i<br />
i<br />
i<br />
i<br />
d<br />
q<br />
d<br />
q<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
t<br />
t<br />
dm<br />
qm<br />
D<br />
Q<br />
E<br />
d<br />
q<br />
;<br />
;<br />
+ @<br />
= L<br />
= L<br />
= L<br />
@<br />
U<br />
D;<br />
Q;<br />
E;<br />
i<br />
i<br />
i<br />
D<br />
Q<br />
E<br />
q<br />
d<br />
0 = R<br />
0 = R<br />
E<br />
= R<br />
Ddm =<br />
Md<br />
(id<br />
+ iD<br />
) + D E;<br />
Dqm<br />
= Mq<br />
(iq<br />
+ iQ<br />
)<br />
+<br />
+<br />
+<br />
D<br />
Q<br />
i<br />
i<br />
D<br />
Q<br />
E<br />
dm<br />
qm<br />
dm<br />
i<br />
+<br />
+<br />
E<br />
+<br />
t<br />
t<br />
D<br />
Q<br />
t<br />
E
Modelul matemetic al ma inii sincrone <strong>cu</strong> magne i<br />
permanen i<br />
E<br />
i E0<br />
i q<br />
q u q<br />
u d<br />
d<br />
i d<br />
u<br />
u<br />
d<br />
q<br />
= R<br />
= R<br />
S<br />
S<br />
i<br />
i<br />
dm<br />
d<br />
q<br />
+<br />
+<br />
t<br />
t<br />
d<br />
d<br />
q<br />
d<br />
q<br />
d<br />
@<br />
+ @<br />
=<br />
=<br />
L<br />
L<br />
q<br />
d<br />
s;<br />
s;<br />
E<br />
i<br />
i<br />
d<br />
q<br />
+<br />
+<br />
dm<br />
qm<br />
D = M i + D ; D =<br />
J d@<br />
p dt<br />
A p ( ) d iq<br />
q id<br />
= + Crez<br />
E<br />
=<br />
M<br />
d<br />
i<br />
E0<br />
qm<br />
;<br />
;<br />
M<br />
q<br />
i<br />
q
Modelul matematic<br />
În regim sta ionar, = S ,<br />
-dac inductivit #ile sincrone L d , L q nu depind de <strong>cu</strong>rent<br />
- fluxurile sunt constante<br />
u<br />
u<br />
d<br />
q<br />
X<br />
d<br />
=<br />
=<br />
=<br />
S<br />
R<br />
R<br />
@<br />
S<br />
S<br />
S<br />
i<br />
i<br />
d<br />
q<br />
L<br />
S<br />
+<br />
d<br />
S<br />
,<br />
X<br />
X<br />
q<br />
d<br />
X<br />
i<br />
i<br />
q<br />
q<br />
d<br />
=<br />
+<br />
d<br />
@<br />
@<br />
d<br />
S<br />
S<br />
L<br />
D<br />
u = R i + jX i X i +<br />
D = L i + D +<br />
S<br />
d<br />
d<br />
E<br />
jL<br />
q<br />
q<br />
i<br />
E<br />
q<br />
q<br />
q<br />
j@<br />
S<br />
D<br />
D = D +<br />
E<br />
S<br />
L<br />
L<br />
d<br />
q<br />
=<br />
=<br />
d<br />
L<br />
L<br />
S;<br />
S;<br />
M rimi complexe<br />
+<br />
+<br />
M<br />
M<br />
jD<br />
q<br />
d<br />
q
Modelul matematic<br />
Diagrama vectorial<br />
U S<br />
jX q i q<br />
jX d i d<br />
0<br />
i d<br />
i S<br />
m<br />
q<br />
R S i S<br />
j E<br />
i q<br />
u = R i + jX i + jX i +<br />
S<br />
S<br />
S<br />
S<br />
jL q i q<br />
L d i d<br />
d<br />
S<br />
d<br />
d<br />
d<br />
q<br />
q<br />
E<br />
j@<br />
D = L i + D +<br />
E<br />
d<br />
e<br />
S<br />
jL<br />
D<br />
q<br />
i<br />
E<br />
q
Modelul matematic<br />
Cuplul masinii. Dac se neglijeaz rezisten#a fazei statorice,<br />
atunci în regim sta#ionar se ob#ine<br />
0<br />
C<br />
C a<br />
u<br />
S<br />
C<br />
C r<br />
j@<br />
45 90 150 180<br />
S<br />
0<br />
D<br />
S<br />
C<br />
U<br />
2<br />
=<br />
2<br />
3 p<br />
@<br />
S<br />
1<br />
X<br />
q<br />
@ D =<br />
S<br />
UE<br />
X<br />
d<br />
1<br />
X<br />
0<br />
d<br />
E<br />
sinI<br />
0<br />
sin2I<br />
3E<br />
+<br />
0<br />
0
Pierderile în ma ina sincron <strong>cu</strong> magne i permanen i<br />
în stator 35<br />
Electrice 40%<br />
suplimentare 5<br />
Pierderi<br />
Magnetice 35 % Mecanice 25 %<br />
în stator 30<br />
suplimentare 5<br />
în lag re 8 Ventila#ie 12<br />
Frec ri 5
Compara ie între ma ina sincron i sincron <strong>cu</strong><br />
magne i permanen i<br />
în stator<br />
scade<br />
Electrice<br />
în rotor<br />
Suplimentare<br />
r mâne constant<br />
cre te<br />
Nu exist<br />
în stator<br />
Pierderi<br />
Magnetice Mecanice<br />
Suplimentare<br />
în lag re<br />
Rezult : randament mai bun<br />
Frec ri<br />
Ventila#ie
Motorul sincron <strong>cu</strong> reluctan<br />
Conversia de energie electromecanic se produce pe baza<br />
principiului reluctan#ei minime.<br />
Acest tip de motor produce <strong>cu</strong>plu electromagnetic datorit tendin#ei<br />
p r#ii mobile, rotorul în cazul ma/inilor rotative, de a o<strong>cu</strong>pa o pozi#ie<br />
în care inductivitatea înf /ur rii statorice alimentate, pre<strong>cu</strong>m /i fluxul<br />
produs de aceasta s fie maxime.<br />
Performan#ele ma/inii sincrone reactive depind decisiv de valoarea raportului<br />
inductivit #ilor de magnetizare pe cele dou axe, d /i respectiv q, (Md/Mq),<br />
ca /i de diferen#a dintre aceste inductivit #i (Md-Mq).<br />
Statorul ma/inilor sincrone reactive are o simetrie cilindric /i este<br />
construit în mod identic <strong>cu</strong> cel al unei ma/ini de induc#ie, adic are un miez<br />
din tole <strong>cu</strong> crest turi uniform repartizate spre întrefier, înf /urarea fiind<br />
repartizat deschis , sau, în cazuri parti<strong>cu</strong>lare, concentrat
Construc ia motorului <strong>cu</strong> reluctan variabil<br />
Rotorul acestor ma/ini este construit în mod uzual f r înf /ur ri<br />
sau magne#i permanen#i, dar poate fi prev zut <strong>cu</strong> o înf /urare în<br />
colivie mai ales atunci când ma/ina este alimentat de la re#ea,<br />
adic alimentat la frecven# /i tensiune constant .<br />
Nesimetria magnetic a rotorului se poate ob#ine prin trei metode<br />
/i anume:<br />
-.Rotor <strong>cu</strong> poli aparen#i ob#inu#i prin de<strong>cu</strong>parea unor por#iuni<br />
din miezul cilindric <strong>cu</strong> tole conven#ionale.<br />
-.Rotor realizat <strong>cu</strong> tole conven#ionale /i prev zut <strong>cu</strong> bariere<br />
de flux pentru cre/terea nesimetriei magnetice.<br />
-.Rotor construit <strong>cu</strong> tole dispuse axial având spa#ii nemagnetice<br />
între ele.
Variante, construc ie i func ionare<br />
1.Construc#ie <strong>cu</strong> tole laminate dispuse conven#ional <strong>cu</strong><br />
nesimetrie magnetic concentrat<br />
rotor <strong>cu</strong> tole dispuse conven#ional<br />
/i nesimetrie rotoric concentrat<br />
diametral, <strong>cu</strong> patru poli.<br />
con#inutul de armonici în câmp<br />
mai ridicat.<br />
rotor <strong>cu</strong> segmen#i izola#i.<br />
raportului inductivit #ilor de<br />
magnetizare pe cele dou axe<br />
M d /M q egal sau mai mare de 5.
Variante, construc ie i func ionare<br />
1.Construc#ie <strong>cu</strong> tole laminate dispuse conven#ional <strong>cu</strong> bariere<br />
de flux /i nesimetrie magnetic concentrat sau distribuit .<br />
Variante constructive de rotoare <strong>cu</strong> bariere de flux;<br />
a) <strong>cu</strong> poli aparen%i i crest turi pentru colivie,<br />
b) <strong>cu</strong> o singur barier de flux pe pol,
Variante, construc ie i func ionare<br />
3.Construc#ie <strong>cu</strong> tole dispuse axial <strong>cu</strong> nesimetrie magnetic<br />
distribuit ,<br />
a) ma/in <strong>cu</strong> patru poli , b) ma/in <strong>cu</strong> doi poli <strong>cu</strong> bariere adi#ionale de flux.
Variante, construc ie i func ionare<br />
Rotor <strong>cu</strong> patru poli, tole dispuse axial<br />
/i magne#i permanen#i plasa#i între<br />
pachetele de tole.<br />
O astfel de ma/in de 7,5 kW<br />
la care se utilizeaz band<br />
de cauciuc <strong>cu</strong> ferita inclus .<br />
Performan#e remarcabile<br />
materializate prin comportare<br />
foarte bun la tura#ii mici,<br />
posibilitatea sl birii de câmp,<br />
deci a extinderii domeniului<br />
de tura#ie /i un con#inut de<br />
<strong>cu</strong>pluri parazite foarte redus.
Modelul matematic<br />
La motoare sincrone reactive fara magne#i permanen#i în rotor<br />
i q<br />
q u<br />
q<br />
A<br />
dm<br />
d<br />
u<br />
In regim stationar<br />
d<br />
i d<br />
=<br />
M i , =<br />
S<br />
d<br />
d<br />
u<br />
u<br />
d<br />
q<br />
=<br />
=<br />
R<br />
R<br />
s<br />
s<br />
i<br />
i<br />
d<br />
q<br />
+<br />
+<br />
qm<br />
L<br />
L<br />
di<br />
dt<br />
di<br />
dt<br />
M<br />
T = p( dmiq<br />
qmid<br />
)<br />
=<br />
L i +<br />
d<br />
d<br />
jL<br />
u = R i + jX i +<br />
S<br />
S<br />
S<br />
d<br />
q<br />
q<br />
d<br />
i<br />
q<br />
d<br />
d<br />
q<br />
q<br />
i<br />
q<br />
+ @L<br />
@L<br />
jX<br />
q<br />
d<br />
q<br />
i<br />
i<br />
i<br />
q<br />
d<br />
q<br />
,
Modelul matematic<br />
se neglijeaz rezisten#a fazei statorice<br />
U<br />
S<br />
<strong>cu</strong> raportul k dintre inductivit #ile de pe axele d /i q<br />
1<br />
=<br />
k<br />
Valoarea maxim a factorului de putere este<br />
cos max<br />
M<br />
M<br />
d<br />
q<br />
=<br />
S<br />
1 k<br />
1+<br />
k
Modelul matematic<br />
Puterea absorbit în condi#iile unui factor de putere maxim este<br />
1<br />
P = 3U I<br />
cos<br />
S S<br />
1<br />
i max +<br />
pentru valoarea maxim a factorului de putere se ob#ine pentru<br />
unghiul de sarcin 0 rela#ia:<br />
tgI o =<br />
k<br />
k<br />
k
Pierderi în motorul sincron reactiv<br />
în stator 35<br />
Electrice 40%<br />
suplimentare 5<br />
Pierderi<br />
Magnetice 35 % Mecanice 25 %<br />
în stator 25<br />
în lag re 8 Ventila#ie 12<br />
suplimentare 10<br />
Frec ri 5
Compara ie între ma ina de induc ie i sincron reactiv<br />
în stator<br />
scade<br />
Electrice<br />
în rotor<br />
Suplimentare<br />
r mâne constant<br />
cre te<br />
Nu exist<br />
în stator<br />
Pierderi<br />
Magnetice Mecanice<br />
în rotor<br />
Suplimentare<br />
în lag re<br />
Rezult : randament mai bun<br />
Frec ri<br />
Ventila#ie