Motoare electrice cu pierderi reduse

Motoare electrice cu pierderi
reduse

Clasificarea pierderilor
infasurari
electrice
perii
suplimentare
Principale
in fier
Pierderi
magnetice
suplimentare
In lagare
mecanice
frecari
rotor perii
ventilatie

Pierderile în ma ina de induc ie
în stator 30
Electrice 50 %
în rotor 17
Suplimentare 3
Pierderi
Magnetice 30 % Mecanice 20 %
în stator 25 în rotor 2
în lag re 7 Ventila#ie 8
Suplimentare 3
Frec ri 5

Reducerile pierderilor cu 1 %
Puterea [kW]
1
5
25
50
100
200
Randamentul ini#ial
%
73,0
83,0
89,0
90,5
91,5
93,0
Randamentul crescut
%
74,0
84,0
90,0
91,5
92,5
94,0
Sc derea necesar a
pierderilor de putere,
%
procentul de reducere a pierderilor este dependenta de puterea motorului.
8
11
16
19
28
38

Construc ia ma inii sincrone

Pierderile în ma ina sincron
în stator 30
Electrice 45%
în rotor 10
suplimentare 5
Pierderi
Magnetice 30 % Mecanice 25 %
în stator 25
suplimentare 5
în lag re 7 Ventila#ie 10
Frec ri 8

Compara ie între ma ina de induc ie i sincron
în stator
scade
Electrice
în rotor
Suplimentare
r mâne constant
cre te
Nu exist
în stator
Pierderi
Magnetice Mecanice
în rotor
Suplimentare
în lag re
Rezult : randament mai bun
Frec ri
Ventila#ie

Ma ina sincron cu magne i permanen i
Dezavantajele ma/inii sincrone în construc#ie clasic , cu excita#ie
electromagnetic , :
prezen#a sistemului perii – inele colectoare pentru
alimentarea excita#iei,
necesitatea unei surse de curent continuu care poate fi o
ma/in de curent continuu sau un redresor comandat.
Solutia la puteri mici si medii: folosirea magnetilor permanenti.
O variant clasic : statorul în construc#ie normal , adic miez
din tole cu crest turi /i înf /urare repartizat .
La rotor excita#ia electromagnetic este înlocuit cu excita#ie cu
magne#i permanen#i, existând diferite solu#ii constructive .

Variante constructive, func ionare
a. Rotor cilindric din tole, cu magne#i permanen#i dispu/i în întrefier
la suprafa#a miezului Xd = Xq b. c. d. Rotor cilindric din tole, cu magne#i permanen#i îngropa#i
X d < X q

Câmpul magnetic în motoare cu magne i permanen i

Câmpul magnetic în motoare cu magne i permanen i

Modelul matematic al ma inii sincrone
E
Q
i E
i q
q u q
i q
i D
A
D
u d
d
i d
u
u
d
q
d
q
=
=
R
R
= L
= L
S
S
s;
s;
i
i
i
i
d
q
d
q
+
+
+
+
t
t
dm
qm
D
Q
E
d
q
;
;
+ @
= L
= L
= L
@
U
D;
Q;
E;
i
i
i
D
Q
E
q
d
0 = R
0 = R
E
= R
Ddm =
Md
(id
+ iD
) + D E;
Dqm
= Mq
(iq
+ iQ
)
+
+
+
D
Q
i
i
D
Q
E
dm
qm
dm
i
+
+
E
+
t
t
D
Q
t
E

Modelul matemetic al ma inii sincrone cu magne i
permanen i
E
i E0
i q
q u q
u d
d
i d
u
u
d
q
= R
= R
S
S
i
i
dm
d
q
+
+
t
t
d
d
q
d
q
d
@
+ @
=
=
L
L
q
d
s;
s;
E
i
i
d
q
+
+
dm
qm
D = M i + D ; D =
J d@
p dt
A p ( ) d iq
q id
= + Crez
E
=
M
d
i
E0
qm
;
;
M
q
i
q

Modelul matematic
În regim sta ionar, = S ,
-dac inductivit #ile sincrone L d , L q nu depind de curent
- fluxurile sunt constante
u
u
d
q
X
d
=
=
=
S
R
R
@
S
S
S
i
i
d
q
L
S
+
d
S
,
X
X
q
d
X
i
i
q
q
d
=
+
d
@
@
d
S
S
L
D
u = R i + jX i X i +
D = L i + D +
S
d
d
E
jL
q
q
i
E
q
q
q
j@
S
D
D = D +
E
S
L
L
d
q
=
=
d
L
L
S;
S;
M rimi complexe
+
+
M
M
jD
q
d
q

Modelul matematic
Diagrama vectorial
U S
jX q i q
jX d i d
0
i d
i S
m
q
R S i S
j E
i q
u = R i + jX i + jX i +
S
S
S
S
jL q i q
L d i d
d
S
d
d
d
q
q
E
j@
D = L i + D +
E
d
e
S
jL
D
q
i
E
q

Modelul matematic
Cuplul masinii. Dac se neglijeaz rezisten#a fazei statorice,
atunci în regim sta#ionar se ob#ine
0
C
C a
u
S
C
C r
j@
45 90 150 180
S
0
D
S
C
U
2
=
2
3 p
@
S
1
X
q
@ D =
S
UE
X
d
1
X
0
d
E
sinI
0
sin2I
3E
+
0
0

Pierderile în ma ina sincron cu magne i permanen i
în stator 35
Electrice 40%
suplimentare 5
Pierderi
Magnetice 35 % Mecanice 25 %
în stator 30
suplimentare 5
în lag re 8 Ventila#ie 12
Frec ri 5

Compara ie între ma ina sincron i sincron cu
magne i permanen i
în stator
scade
Electrice
în rotor
Suplimentare
r mâne constant
cre te
Nu exist
în stator
Pierderi
Magnetice Mecanice
Suplimentare
în lag re
Rezult : randament mai bun
Frec ri
Ventila#ie

Motorul sincron cu reluctan
Conversia de energie electromecanic se produce pe baza
principiului reluctan#ei minime.
Acest tip de motor produce cuplu electromagnetic datorit tendin#ei
p r#ii mobile, rotorul în cazul ma/inilor rotative, de a ocupa o pozi#ie
în care inductivitatea înf /ur rii statorice alimentate, precum /i fluxul
produs de aceasta s fie maxime.
Performan#ele ma/inii sincrone reactive depind decisiv de valoarea raportului
inductivit #ilor de magnetizare pe cele dou axe, d /i respectiv q, (Md/Mq),
ca /i de diferen#a dintre aceste inductivit #i (Md-Mq).
Statorul ma/inilor sincrone reactive are o simetrie cilindric /i este
construit în mod identic cu cel al unei ma/ini de induc#ie, adic are un miez
din tole cu crest turi uniform repartizate spre întrefier, înf /urarea fiind
repartizat deschis , sau, în cazuri particulare, concentrat

Construc ia motorului cu reluctan variabil
Rotorul acestor ma/ini este construit în mod uzual f r înf /ur ri
sau magne#i permanen#i, dar poate fi prev zut cu o înf /urare în
colivie mai ales atunci când ma/ina este alimentat de la re#ea,
adic alimentat la frecven# /i tensiune constant .
Nesimetria magnetic a rotorului se poate ob#ine prin trei metode
/i anume:
-.Rotor cu poli aparen#i ob#inu#i prin decuparea unor por#iuni
din miezul cilindric cu tole conven#ionale.
-.Rotor realizat cu tole conven#ionale /i prev zut cu bariere
de flux pentru cre/terea nesimetriei magnetice.
-.Rotor construit cu tole dispuse axial având spa#ii nemagnetice
între ele.

Variante, construc ie i func ionare
1.Construc#ie cu tole laminate dispuse conven#ional cu
nesimetrie magnetic concentrat
rotor cu tole dispuse conven#ional
/i nesimetrie rotoric concentrat
diametral, cu patru poli.
con#inutul de armonici în câmp
mai ridicat.
rotor cu segmen#i izola#i.
raportului inductivit #ilor de
magnetizare pe cele dou axe
M d /M q egal sau mai mare de 5.

Variante, construc ie i func ionare
1.Construc#ie cu tole laminate dispuse conven#ional cu bariere
de flux /i nesimetrie magnetic concentrat sau distribuit .
Variante constructive de rotoare cu bariere de flux;
a) cu poli aparen%i i crest turi pentru colivie,
b) cu o singur barier de flux pe pol,

Variante, construc ie i func ionare
3.Construc#ie cu tole dispuse axial cu nesimetrie magnetic
distribuit ,
a) ma/in cu patru poli , b) ma/in cu doi poli cu bariere adi#ionale de flux.

Variante, construc ie i func ionare
Rotor cu patru poli, tole dispuse axial
/i magne#i permanen#i plasa#i între
pachetele de tole.
O astfel de ma/in de 7,5 kW
la care se utilizeaz band
de cauciuc cu ferita inclus .
Performan#e remarcabile
materializate prin comportare
foarte bun la tura#ii mici,
posibilitatea sl birii de câmp,
deci a extinderii domeniului
de tura#ie /i un con#inut de
cupluri parazite foarte redus.

Modelul matematic
La motoare sincrone reactive fara magne#i permanen#i în rotor
i q
q u
q
A
dm
d
u
In regim stationar
d
i d
=
M i , =
S
d
d
u
u
d
q
=
=
R
R
s
s
i
i
d
q
+
+
qm
L
L
di
dt
di
dt
M
T = p( dmiq
qmid
)
=
L i +
d
d
jL
u = R i + jX i +
S
S
S
d
q
q
d
i
q
d
d
q
q
i
q
+ @L
@L
jX
q
d
q
i
i
i
q
d
q
,

Modelul matematic
se neglijeaz rezisten#a fazei statorice
U
S
cu raportul k dintre inductivit #ile de pe axele d /i q
1
=
k
Valoarea maxim a factorului de putere este
cos max
M
M
d
q
=
S
1 k
1+
k

Modelul matematic
Puterea absorbit în condi#iile unui factor de putere maxim este
1
P = 3U I
cos
S S
1
i max +
pentru valoarea maxim a factorului de putere se ob#ine pentru
unghiul de sarcin 0 rela#ia:
tgI o =
k
k
k

Pierderi în motorul sincron reactiv
în stator 35
Electrice 40%
suplimentare 5
Pierderi
Magnetice 35 % Mecanice 25 %
în stator 25
în lag re 8 Ventila#ie 12
suplimentare 10
Frec ri 5

Compara ie între ma ina de induc ie i sincron reactiv
în stator
scade
Electrice
în rotor
Suplimentare
r mâne constant
cre te
Nu exist
în stator
Pierderi
Magnetice Mecanice
în rotor
Suplimentare
în lag re
Rezult : randament mai bun
Frec ri
Ventila#ie