21.07.2013 Views

MASINI ELECTRICE SPECIALE

MASINI ELECTRICE SPECIALE

MASINI ELECTRICE SPECIALE

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

<strong>MASINI</strong> <strong>ELECTRICE</strong><br />

<strong>SPECIALE</strong><br />

Clasificare. Elemente<br />

constructive.


Definiţii<br />

ce transformă<br />

în<br />

când<br />

O maşină<br />

energia<br />

electrică<br />

electrică<br />

este un<br />

în<br />

convertor electromecanic<br />

energie<br />

regim de motor, sau invers energia<br />

funcţionează în regim de generator.<br />

mecanică<br />

mecanică<br />

când<br />

în<br />

funcţionează<br />

energie<br />

electrică<br />

Transformarea energiei are loc prin intermediul câmpului magnetic care se<br />

închide într-un circiut realizat din materiale magnetice.<br />

Câmpul magnetic poate fi produs prin:<br />

Magneţi permanenţi<br />

–maşini magnetoelectrici ( excitaţie cu MP)<br />

Electromagneţi -curenţi din înfăşurările maşinii ( excitaţie electromagnetică)<br />

–cu circuit de fier -<br />

- fară fier, (supraconductoare)


Proprietăţiile materialelor magnetice<br />

H c<br />

Materiale magnetice neliniare<br />

B r<br />

B s<br />

M r<br />

Materiale<br />

moi<br />

Materiale<br />

dure<br />

Materiale feromagnetice<br />

Materiale antiferomagnetice<br />

Materiale ferimagnetice<br />

Magnetizaţia este ridicată şi depinde de<br />

câmpul magnetic după o curbă de histereză.<br />

Permeabilitate variabilă<br />

= 0 r<br />

μr Permeabilitatea relativă<br />

Prima curba de magnetizare<br />

H c<br />

B s<br />

B r<br />

–<br />

–<br />

–<br />

inducţia de saturaţie<br />

inducţia remanentă<br />

μ μ ⋅ μ<br />

câmpul magnetic coercitiv


Crearea câmpului magnetic<br />

Pentru a crea câmp magnetic este necesară o energie. Această energie se poate<br />

calcula pe baza relaţiilor pentru circuit magnetic fără fier<br />

B<br />

1 1<br />

Wm = i ⋅ Ψ = U m ⋅φ<br />

=<br />

2 2<br />

Material<br />

ferromagnetic<br />

Circuit magnetic cu fier<br />

aer<br />

Circuit magnetic fără fier<br />

H<br />

Ψ<br />

1<br />

2<br />

H ⋅l<br />

⋅ B ⋅ A =<br />

1<br />

2<br />

⋅ B ⋅ H ⋅V<br />

Unde volumul V = l ⋅ A<br />

B μ ⋅ H<br />

= 0<br />

Energia necesară<br />

B*H/2 – suprafaţahaşurată<br />

Consecinţă :<br />

Se limitează spaţiile de aer în<br />

circuitele magnetice.


Crearea câmpului magnetic<br />

B<br />

Circuit magnetic cu întrefier<br />

Material<br />

ferromagnetic<br />

FmFe+ Fmδ = Fmm Puterea necesară<br />

Δu<br />

⋅<br />

Maşina electrică<br />

I<br />

întrefier<br />

= θ<br />

H<br />

Ψ<br />

În curent continuu<br />

În curent alternativ<br />

Solenaţia dată de magnet permanent<br />

θ =<br />

θ =<br />

Hc ⋅lMP<br />

Solenaţia dată de o înfăşurare<br />

w⋅ kw<br />

⋅<br />

Unde w- numărul de spire<br />

– factorul de bobinaj<br />

k w<br />

Δu<br />

= r ⋅<br />

2<br />

I<br />

2<br />

I<br />

Δu<br />

= r + x ⋅ I


Pierderi<br />

de energie<br />

Orice transformare de energie este însoţită de pierderi.<br />

P i<br />

Randamentul<br />

P e<br />

transformării<br />

η =<br />

Categorii de pierderi în maşini electrice:<br />

Pierderi electrice<br />

Pe<br />

P<br />

i<br />

= 1−<br />

P i<br />

∑<br />

p<br />

P<br />

i<br />

1<br />

=<br />

∑ p<br />

1+<br />

P<br />

produse de curenţi în conductoare,<br />

e<br />

∑p<br />

Pierderi magnetice produse de variaţia câmpurilor în fierul maşinii,<br />

Pierderi mecanice datorită deplasării unei părţi din maşină.<br />

P e


Definiţii<br />

Pierderile se transformă în căldură în interiorul maşinii<br />

este nevoie de un sistem de răcire pentru evacuarea căldurii.<br />

Deci pentru realizarea transformării energiei electrice în energie mecanică –<br />

Maşina electrică trebuie să aibă:<br />

- sistem electric –înfăşurări,<br />

- sistem magnetic – circuit de fier,<br />

- sistem mecanic şi de răcire – elemente constructive.<br />

Transformarea energiei trebuie să se realizeze cu randament maxim<br />

Pentru a avea pierderi minime este necesar:<br />

Câmp magnetic de anumită valoare, formă de variaţie în timp şi spaţiu<br />

Un circuit magnetic realizat din materiale de calitate,<br />

de anumită formă şi dimensiuni<br />

Tensiuni electromotoare induse maxime<br />

Un circuit electric de anumită formă şi dimensiune<br />

Inducţii magnetice şi densităţi de curenţi limitaţi


Energia magnetică<br />

Transformarea energiei este posibilă dacă energia magnetică depinde de poziţia<br />

relativă a armăturilor.<br />

Se consideră un sistem format din m<br />

Energia magnetică<br />

Fluxul magnetic total<br />

Fluxul magnetic propriu<br />

Ψ<br />

λλ<br />

=<br />

L ⋅i<br />

λλ<br />

λ<br />

W<br />

m<br />

Ψ<br />

=<br />

λ<br />

1<br />

2<br />

=<br />

circuite electrice<br />

m<br />

∑ iλ<br />

⋅ Ψλ<br />

λ=<br />

1<br />

Ψ<br />

λλ<br />

+<br />

∑ = ν m<br />

=<br />

ν ≠λ<br />

ν 1<br />

Ψ<br />

λν<br />

Fluxul magnetic de cuplaj<br />

Ψ<br />

λν<br />

=<br />

M ⋅i<br />

λν<br />

ν


Cuplul electromagnetic<br />

În funcţie de rapiditatea mişcării cuplul se poate calcula cu una din relaţiile:<br />

C<br />

=<br />

∂Wm<br />

∂α<br />

C<br />

=<br />

∂Wm<br />

∂α<br />

i=<br />

ct.<br />

Ψ=<br />

ct.<br />

Transformarea energiei, producerea cuplului este posibilă dacă<br />

energia magnetică depinde de poziţia relativă a armăturilor.<br />

Dacă fluxurile sunt produse de curenţi, pentru o maşină cu câte o înfăşurare pe<br />

fiecare armătură :<br />

1<br />

1<br />

Wm =<br />

⋅i1<br />

⋅(<br />

i1<br />

⋅ L1<br />

+ i2<br />

⋅ M12<br />

) + ⋅i2<br />

⋅(<br />

i2<br />

⋅ L2<br />

+ i1<br />

⋅ M12<br />

)<br />

2<br />

2<br />

C<br />

=<br />

1<br />

⋅ i<br />

2<br />

2<br />

1<br />

dL1<br />

1 2 dL dM<br />

⋅ + ⋅ i 2 i i 12<br />

2 ⋅ + 1 ⋅ 2 ⋅<br />

dα<br />

2 dα<br />


Maşina cu întrefier constant<br />

R<br />

R<br />

S<br />

• +<br />

ʘ<br />

ʘ<br />

R<br />

⊕<br />

ʘ<br />

⊕<br />

Fluxul propiu al înfăşurării statorice<br />

⊕<br />

Ψ<br />

11<br />

Ψ<br />

=<br />

22<br />

L ⋅i<br />

Fluxul propiu al înfăşurării rotorice<br />

Fluxul de cuplaj<br />

Ψ<br />

12<br />

=<br />

Inductivităţile proprii L 1<br />

1<br />

=<br />

1<br />

L ⋅<br />

12<br />

2<br />

M ⋅i<br />

2<br />

i<br />

2<br />

= ct. şi L2 = ct.


Maşina cu întrefier constant<br />

Inductivităţile proprii L1 = ct. şi L2 = ct.<br />

Inductivitatea de cuplaj dintre înfăşurări variază cu mişcarea rotorului.<br />

R<br />

α<br />

R 0<br />

α 0<br />

Cum variază inductivitatea de cuplaj ?<br />

Presupunând o distribuţie spaţială sinusoidală a câmpului magnetic,<br />

S<br />

Cuplul<br />

M12<br />

= M12m<br />

⋅cosα<br />

unde α = ω ⋅t<br />

+ α 0<br />

ω - este viteza unghiulară electrică de rotaţie<br />

2π ⋅n<br />

ω<br />

= p p ⋅Ω<br />

= p p<br />

60<br />

α0 - este unghiul, poziţia rotorului, la<br />

momentul iniţial.<br />

c<br />

= −i1<br />

⋅i2<br />

⋅ M12m<br />

⋅<br />

sinα


Cuplul<br />

Cuplul ca vector<br />

R[i2] electromagnetic mediu<br />

α<br />

Dacă se consideră solenaţiile dirijate după axele armăturilor,<br />

atunci cuplul poate fi considerat produsul vectorial<br />

⊕<br />

S[i1] ⊕<br />

⊕<br />

Cuplul mediu este nul.<br />

12<br />

[ i i ]<br />

C = M ⋅ ×<br />

Deci un vector dirijat după axa de rotaţie<br />

Dacă cei doi curenţi sunt constanţi<br />

0<br />

C<br />

α 0<br />

π<br />

2<br />

1<br />

2π<br />

α<br />

ω⋅t


Pulsaţia curenţilor<br />

Cuplul este maxim la<br />

0<br />

π<br />

2π<br />

α =<br />

π<br />

2<br />

Pentru cuplu mediu diferit de nul este necesar ca după α = π să se schimbe<br />

sensul curentului la una din înfăşurări<br />

Deci unul din curenţi trebuie<br />

C<br />

să fie alternativ.<br />

α<br />

ω⋅t<br />

Cm Cm frecvenţa curentului din rotor trebuie să fie :<br />

0<br />

2 α<br />

π<br />

ω ⋅t = −<br />

Frecvenţa curentului alternativ<br />

este dată de frecvenţa de rotaţie<br />

Momentul schimbării sensului<br />

curentului determină valoarea medie<br />

a cuplului. Trebuie cunoscută<br />

poziţia rotorului.<br />

Dacă curentul din stator este continu<br />

ω =<br />

2<br />

ω


Condiţia de frecvenţă<br />

Dacă curentul din rotor este continu<br />

frecvenţa curentului din stator trebuie să fie :<br />

Valoarea medie a cuplului<br />

C<br />

Prin generalizarea relaţiilor<br />

± 1 2<br />

ω ± ω = ± ω<br />

La maşini cu mişcare<br />

= −I1<br />

⋅ I 2 ⋅ M12m<br />

În cazul maşinilor cu mişcare şi<br />

⋅sinα<br />

0<br />

sinα 0 ≠<br />

Relaţia reprezintă formularea matematică a condiţiei de frecvenţă pentru<br />

transformarea energiei.<br />

La maşini fără mişcare<br />

ω =<br />

1<br />

0<br />

ω = 0 ω = ω<br />

± 1 2<br />

ω<br />

1<br />

2<br />

ω ± ω = ± ω<br />

transformator


Axa<br />

rotor<br />

Maşina cu întrefier variabil<br />

α<br />

Axa<br />

stator<br />

Rotor fără înfăşurare<br />

L2,M12 = 0<br />

Axa<br />

rotor<br />

α<br />

L 1<br />

Axa<br />

stator<br />

= 0<br />

= maxim<br />

Axa<br />

rotor<br />

α<br />

L 1<br />

Axa<br />

stator<br />

α<br />

= π/2<br />

= minim


Axa<br />

rotor<br />

Cuplul de reluctanţă<br />

α<br />

Axa<br />

stator<br />

Rotor fără înfăşurare<br />

L 1<br />

= variabil<br />

Dezvoltat în serie<br />

1<br />

( α ) = L + L ⋅cos(<br />

2⋅α<br />

) + ...<br />

L Δ<br />

cuplul<br />

0<br />

C<br />

0<br />

2<br />

I1<br />

⋅ΔL<br />

c = − sin 2<br />

4<br />

π<br />

Cuplu de reluctanţă<br />

Nu este suficientă schimbarea polarităţii curentului<br />

( ⋅α<br />

)<br />

2π<br />

α


Cuplul de reluctanţă<br />

2<br />

I1<br />

⋅ΔL<br />

c = − sin 2<br />

4<br />

( ⋅α<br />

)<br />

Schimbarea sensului curentulu nu are influienţă<br />

Pentru cuplu mediu diferit de nul este necesar ca:<br />

1.- Curentul să fie întrerupt pentru<br />

intervalul<br />

π<br />

< α < π<br />

2<br />

Trebuie să se cunoască poziţia rotorului.<br />

2.-Câmpul statoric trebuie să se deplaseze (rotească)<br />

Astfel ca 0 <<br />

ω =<br />

1<br />

Axa<br />

rotor<br />

ω<br />

Axa<br />

rotor<br />

Axa<br />

stator<br />

Deci trebuie să existe cel puţin două faze şi frecvenţa curentului statoric<br />

frecvenţa de rotaţie.<br />

α<br />

α<br />

π<br />

α <<br />

2<br />

Axa<br />

stator<br />

egal cu


Cuplul rezultant<br />

Axa<br />

rotor<br />

α<br />

Axa<br />

stator<br />

Maşina cu întrefier variabil şi două înfăşurări<br />

alimentate în curent alternativ respectiv continuu<br />

0<br />

C<br />

Cuplul rezultant<br />

π<br />

Cuplu de reluctanţă<br />

2π<br />

α<br />

Cuplu electromagnetic


Axă<br />

câmp<br />

rotor<br />

Cuplul de histerezis<br />

α H<br />

Axa<br />

stator<br />

0<br />

C<br />

2π<br />

( )<br />

c = −k<br />

⋅ B ⋅ H ⋅sin<br />

α<br />

Material cu ciclu<br />

larg<br />

de histereză Câmpul statoric trebuie să se rotească<br />

1<br />

2<br />

H<br />

α


Cuplul<br />

Cuplul electromagnetic: rezultatul interacţiunii a două câmpuri magnetice,<br />

produse de curenţi de frecvenţă diferite<br />

Tip sincron-<br />

± 1 2<br />

ω ± ω = ± ω<br />

ω = ω<br />

1<br />

C<br />

= −I1<br />

⋅ I2<br />

⋅ M12m<br />

cele două câmpuri sunt produse de surse diferite<br />

Curent alternativ în stator -<br />

Curent continuu în rotor -<br />

ω 1<br />

ω 2<br />

= 0<br />

⋅sinα<br />

Cuplul de tip sincron este diferit de zero numai la viteza de sincronism<br />

La viteza ω ≠ ω cuplul de tip sincron este cuplu alternativ.<br />

1<br />

± 1<br />

0<br />

ω = ± ω<br />

Tip asincron – cîmpul rotoric este determinat de t.e.m.( curenţi) induse<br />

de cîmpul statoric.<br />

La viteza ω ≠ ω cuplul de tip asincron este diferit de zero.<br />

1<br />

La viteza nu se induc t.e.m. în rotor, deci cuplul asincron este zero.


Cuplul<br />

Cuplul de reluctanţă: rezultatul deformării de către circuitul magnetic nesimetric<br />

rotoric a câmpului magnetic statoric<br />

ω =<br />

1<br />

ω<br />

Cuplul de histerezis: rezultatul defazării ,de către materialul rotoric al câmpului<br />

rotoric faţă de solenaţia statorică.<br />

ω = ω 1<br />

2<br />

I1<br />

⋅ ΔL<br />

c = − sin 2<br />

4<br />

( ⋅α<br />

)<br />

Câmpul statoric trebuie să-şi schimbe poziţia.<br />

În mod continuu – câmp învărtitor<br />

Discret - prin salturicâmpul polilor succesivi<br />

Cuplul de dantură : datorită deformării câmpului din cauza dinţilor armăturilor<br />

( )<br />

c = −k<br />

⋅ B ⋅ H ⋅sin<br />

α<br />

1<br />

2<br />

Câmpul statoric trebuie săşi schimbe poziţia,<br />

să se rotească.<br />

H


Expresiile cuplului<br />

Dacă se consideră solenaţiile dirijate după axele armăturilor, atunci cuplul<br />

poate fi considerat produsul vectorial<br />

Deci un vector dirijat după axa de rotaţie<br />

ψ<br />

12<br />

=<br />

ψ<br />

M ⋅i<br />

12<br />

2<br />

= M ⋅i<br />

12<br />

[ i i ]<br />

C = M ⋅ ×<br />

Notând:<br />

21 21 1 Fluxul produs în rotor de curentul statoric<br />

Expresiile cuplului.<br />

Fluxul produs în stator<br />

2<br />

de curentul<br />

1<br />

rotoric<br />

[ i × i ] = k [ i × ] = k [ × i ]<br />

C kc<br />

⋅ M12<br />

⋅ 2 1 c 2 21 c<br />

= Ψ Ψ<br />

12<br />

1


Definiţii<br />

Ce<br />

este<br />

O maşină<br />

o maşină<br />

electrică<br />

:<br />

electrică<br />

specială<br />

O maşină electrică transformă: energia electrică în<br />

energie mecanică când funcţionează în regim de motor, sau<br />

energia mecanică în energie electrică când funcţionează în regim<br />

de generator.<br />

Toate tipurile de maşini electrice sunt reversibile, principiu<br />

prima dată de Lenz în 1834, regimul de funcţionare depinzând<br />

de sensul de circulaţie al puterilor.<br />

?<br />

cu utilizare specială<br />

de construcţie specială<br />

cu caracteristici speciale<br />

cu alimentare specială<br />

invers<br />

enunţat<br />

numai


Clasificare<br />

După principiul de funcţionare:<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

Transformatoare speciale,<br />

Maşini de inducţie speciale,<br />

Maşini sincrone speciale,<br />

Maşini de curent continuu speciale,<br />

Maşini de curent alternativ cu colector,<br />

Maşini cu reluctanţă variabilă comutate electronic,<br />

Maşini cu câmp transversal,<br />

Maşini sonice<br />

După tipul constructiv:<br />

Maşini rotative,<br />

Maşini liniare,<br />

Maşini sferice şi planare.


Elemente<br />

constructive<br />

Există trei sisteme de bază care reunite dau o maşină electrică<br />

şi anume:<br />

• Sistemul electric (înfăşurări, conexiuni exterioare, placă de<br />

borne, contacte alunecătoare, colector, etc.)<br />

• Sistemul magnetic (miezurile feromagnetice)<br />

• Sistemul mecanic şi de răcire.<br />

Sistemul<br />

magnetic<br />

Rolul miezurilor feromagnetice:<br />

•să asigure o inducţie magnetică de valoare cât mai mare,<br />

•să constituie suportul pentru înfăşurări şi/sau magneţi permanenţi,<br />

•să modifice în mod corespunzător cămpul magnetic,<br />

•să transmită la axul masinii cuplul dezvoltat,<br />

•să participe la crearea cuplului electromagnetic.


Sistemul<br />

magnetic<br />

Tipuri de poli<br />

Tipuri de crestături


Sistemul electric<br />

Rolul sistemului electric :<br />

• produce câmpul magnetic necesar transformării energiei,<br />

• permite închiderea curenţilor în circuitele interne ale maşinii,<br />

• este sediul tensiunilor electromotoare induse ,<br />

• realizează conversia frecvenţei tensiunii sau curentului din<br />

circuitele interne ale maşinii , corespunzător necesităţilor proprii.<br />

Sistemul electric poate fi compus din următoarele elemente:<br />

• Înfăşurări<br />

• Conexiuni şi plăci de borne,<br />

• Contacte alunecătoare inel-perie,<br />

• Comutator mecanic realizat din colector şi perii,<br />

• Convertor electronic cu sau fără detectare poziţiei rotorului.


Sistemul electric<br />

O înfăşurare se obţine prin conectarea între ele a mai multor<br />

bobine, formate din spire, şi poate fi de diferite tipuri:<br />

-infăşurare<br />

-înfăşurare<br />

obişnuită, folosită<br />

- Înfăşurare concentrată<br />

si<br />

la maşinile<br />

- Înfăşurare repartizată deschisă (de fază)<br />

- Înfăşurare repartizată închisă la colector<br />

- Înfăşurare în colivie.<br />

specială.<br />

electrice<br />

-Înfăşurarea rotoarelor disc de curent continuu.<br />

-Înfăşurare rombică tip Fütterer<br />

-Înfăşurare oblică tip Faulhaber<br />

clasice,


Sistemul electric<br />

Înfăşurare repartizată în dublu sau în simplu strat


Sistemul electric<br />

Înfăşurări buclate (a), respectiv ondulate (b)


Sistemul electric<br />

Colivia simplă simetrică (a) şi nesimetrică (b)


Sistemul electric<br />

Înfăşurare rombică tip Fütterer


Sistemul electric<br />

Înfăşurarea rotoarelor disc de curent continuu.


Sistemul electric<br />

Înfăşurare oblică tip Faulhaber


Sistemul electric<br />

Construcţia colectorului


Sistemul electric<br />

Sistemul de contact alunecător


Sistemul<br />

mecanic<br />

şi de răcire.<br />

Sistemul mecanic are rolul de a asigura:<br />

• funcţionarea maşinii,<br />

• evacuarea căldurii,<br />

• protecţia maşinii şi a personalului.<br />

Structura mecanică a unei maşini electrice rotative constă în<br />

principal din trei părţi:<br />

- Carcasa, cu sau fără aripioare de răcire,<br />

- Arborele rotoric, cu sau fără butuc,<br />

- Scuturile frontale cu lagărele pentru ax.<br />

Elementele constructive pot fi diferite ca aspect la diferite tipuri<br />

şi puteri de maşini dar vor avea totdeauna aceeaşi utilitate şi funcţie.<br />

La maşini de putere mică rolul carcasei poate fi preluat de<br />

miezul statoric.


Sistemul<br />

mecanic<br />

şi de răcire.<br />

Elemente componente, stator şi rotor, ale unui motor<br />

cu reluctanţă variabilă comutat electronic, SRM [H7]


Racirea<br />

masinilor<br />

electrice<br />

Din punctul de vedere al răcirii maşinile electrice se pot împărţiîn:<br />

- Maşini cu răcire naturală ,<br />

- Maşini cu răcire forţată,<br />

Răcirea naturală se produce prin deplasarea naturală a agentului<br />

de răcire, aer sau ulei, în jurul ansamblului miez-înfăşurare sau<br />

maşină.<br />

În cazul maşinilor rotative această deplasare naturală a agentului de răcire este<br />

suplimentată cu o ventilare asigurată de un ventilator montat pe axul maşinii<br />

sau de forma specifică a capetelor de bobină.<br />

La răcirea forţată agentul de răcire este circulat forţat prin exteriorul<br />

carcasei sau prin interiorul maşinii. El poate fi aer, ulei mineral sau<br />

altă substanţă cu proprietăţi corespunzătoare.<br />

Răcirea forţată înseamnă un consum de energie suplimentar, dar o<br />

răcire mai eficientăşi o reducere a dimensiunilor la aceeaşi putere.


Răcirea forţată<br />

Răcirea forţată prin interiorul maşinii poate fi:<br />

indirectă când agentul de răcire circulă prin canale prevăzute în<br />

miezul feromagnetic al maşinii,<br />

directă când agentul de răcire circulă prin canale prevăzute în<br />

miezul feromagnetic al maşinii şi prin interiorul conductoarelor<br />

care sunt construite special cu spaţiu gol în interior.<br />

Dacă răcirea se face cu aer se numeşte şi ventilare. Dacă ventilaţia<br />

este realizată de un ventilator montat pe axa maşinii - autoventilaţie<br />

Autoventilaţia<br />

este<br />

mai<br />

eficientă<br />

la turaţii<br />

mari<br />

şi<br />

practic<br />

inoperantă<br />

la turaţii<br />

mici.<br />

Autoventilarea reprezintă un procedeu foarte utilizat la maşinile de<br />

putere mică şimediecu turaţie destul de ridicată, fiind un procedeu<br />

ieftin prin care se consumă foarte puţină energie; un procedeu simplu.


Masini<br />

Masini<br />

de inductie<br />

trifazate<br />

speciale


Maşini<br />

Colivia<br />

de inducţie<br />

rotorică<br />

trifazate<br />

Construcţia micromotorului trifazat<br />

cu colivie.<br />

cu bare înclinate<br />

; rezistenţa rotorică mărită


Modelul<br />

U B<br />

Modelul<br />

masinii<br />

R S<br />

U b<br />

ω r<br />

θ r<br />

de inductie<br />

U a<br />

U A<br />

U c<br />

U C<br />

de circuit trifazat<br />

Ecuaţii fazoriale<br />

scrise în sistem legat de câmpul învărtitor<br />

d<br />

uS<br />

= RS<br />

⋅i<br />

S + ΨS<br />

dt<br />

+ j ⋅ω<br />

S ⋅ ΨS<br />

d<br />

0 = RR<br />

⋅i<br />

R + Ψ R<br />

dt<br />

+ j ⋅(<br />

ωS<br />

−ω<br />

) ⋅ Ψ<br />

Cuplul<br />

{ } *<br />

j ⋅ Ψ<br />

T = p ⋅ℜe<br />

⋅<br />

S i S<br />

R


Modelul matematic<br />

Ecuaţia<br />

Cuplul<br />

F ν<br />

Definiţie<br />

de mişcare<br />

Cuplul<br />

electromagnetic<br />

coeficientul<br />

J dω<br />

T = − Fv<br />

⋅ω<br />

− T<br />

p dt<br />

fazori:<br />

dinamic Cuplul<br />

de frecări<br />

*<br />

S<br />

i = i − j ⋅i<br />

d<br />

q<br />

de frecări<br />

sr<br />

Cuplul<br />

S<br />

rezistent<br />

d<br />

static<br />

ψ =<br />

ψ + j ⋅ψ<br />

q


Modelul bifazat ortogonal<br />

C<br />

ω c<br />

U q<br />

i q<br />

Modelul<br />

R<br />

r ωr i Q<br />

U Q<br />

bifazat<br />

θ r<br />

i D<br />

I d<br />

U D<br />

S<br />

U d<br />

ortogonal<br />

Se descompun ecuaţiile<br />

fazoriale în componente<br />

ortogonale.<br />

dΨd<br />

ud<br />

= RS<br />

⋅id<br />

+ −ω<br />

S ⋅ Ψq<br />

dt<br />

dΨq<br />

uq<br />

= RS<br />

⋅iq<br />

+ + ωS<br />

⋅ Ψd<br />

dt<br />

dΨD<br />

0 = RR<br />

⋅iD<br />

+ − ( ωS<br />

−ω<br />

) ⋅ Ψ<br />

dt<br />

dΨQ<br />

0 = RR<br />

⋅iQ<br />

+ + ( ωS<br />

−ω<br />

) ⋅ Ψ<br />

dt<br />

Q<br />

D


Modelul matematic<br />

Cuplul electromagnetic<br />

Curentul de magnetizare<br />

( Ψ ⋅i<br />

− Ψ i )<br />

T = p ⋅ ⋅<br />

d<br />

m<br />

q<br />

i = i +<br />

S<br />

Ψm = M ⋅im<br />

Inductivitatea de magnetizare M = M SR = LSm<br />

M =<br />

f<br />

Expresiile fluxurilor<br />

( im<br />

Ψ<br />

Ψ<br />

S<br />

R<br />

)<br />

=<br />

=<br />

Ψ<br />

Ψ<br />

Sσ<br />

Rσ<br />

+<br />

+<br />

Ψ<br />

Ψ<br />

q<br />

i<br />

Sm<br />

Rm<br />

R<br />

Ψ<br />

dt<br />

=<br />

=<br />

d<br />

L<br />

Sσ<br />

L<br />

Rσ<br />

dΨ<br />

di<br />

⋅i<br />

S<br />

⋅i<br />

R<br />

+<br />

+<br />

M<br />

M<br />

3<br />

2<br />

⋅<br />

3<br />

2<br />

( i S + i R )<br />

⋅ ( i + i )<br />

S<br />

di<br />

dt<br />

d m m dim<br />

m<br />

= = M t<br />

m dt<br />

R


Modelul matematic<br />

În regim permanent sinusoidal<br />

X Sσ<br />

ω Sσ<br />

Sm<br />

= ⋅ L X = ω ⋅ M<br />

U S = RS<br />

⋅ I S + j ⋅ω<br />

S ⋅ LSσ<br />

⋅ I S − E<br />

'<br />

' RR<br />

'<br />

' '<br />

U R = 0 = ⋅ I R + j ⋅ X Rσ<br />

⋅ I R − E S<br />

s<br />

I I<br />

'<br />

+ I<br />

E S = −(<br />

RmS<br />

+ j ⋅ X mS ) ⋅ I<br />

mS<br />

= S R<br />

mS<br />

I S<br />

U S<br />

R S<br />

X Sσ<br />

R Sm<br />

X Sm<br />

X Rσ<br />

R R<br />

Schema echivalentă a maşinii de inducţie<br />

I R<br />

RR/s


Modelul matematic<br />

Alunecarea critică<br />

Expresia cuplului<br />

Cuplul critic<br />

p<br />

U<br />

( ε + 1) R<br />

=<br />

2<br />

S<br />

T k = 3<br />

2 2<br />

ω S<br />

S +<br />

T<br />

P<br />

=<br />

Ω<br />

RR<br />

2<br />

RS<br />

+<br />

X<br />

;<br />

ε =<br />

RS<br />

2<br />

RS<br />

+<br />

sk 2<br />

2<br />

S<br />

=<br />

p ⋅ P<br />

ω<br />

X<br />

S<br />

=<br />

p ⋅m<br />

ω<br />

Formula lui Kloss<br />

S<br />

S<br />

⋅<br />

⎡⎛<br />

⎢ ⎜ R<br />

⎢⎣<br />

⎝<br />

S<br />

+<br />

U<br />

2<br />

S<br />

R<br />

s<br />

T<br />

T<br />

X<br />

R<br />

⋅<br />

k<br />

R<br />

s<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎠<br />

2<br />

R<br />

=<br />

X = X +<br />

+<br />

⎤<br />

2 ( X ) ⎥<br />

⎥<br />

⎦<br />

X<br />

Sσ<br />

Rσ<br />

2(1+<br />

ε )<br />

sk<br />

s<br />

+ + 2ε<br />

s sk


Caracteristici<br />

1.0<br />

T/T k<br />

0.8<br />

0.6<br />

0.4<br />

0.2<br />

2<br />

3<br />

1<br />

1- colivie simplă turnată<br />

2.-rotor pahar<br />

Grosimea mică a pereţilor paharului<br />

Rezistenţă echivalentă mare, constantă<br />

Reactanţa echivalentă mică, constantă<br />

0<br />

0 0.2 0.4 0.6 0.8 s 1<br />

Alunecarea critică sk >> 1<br />

3rotor masiv<br />

Grosimea zonei active, adăncimea<br />

Caracteristicile mecanice tipice ale motoarelor de pătrundere , parametrii echivalenţi<br />

de inducţie de mică putere.<br />

dependenţi de frecvenţa rotorică, de<br />

alunecare.<br />

Alunecarea critică variabilă la s = 1 sk >> 1 la s < 1scade


Randamentul<br />

0.4<br />

0.3<br />

0.2<br />

η<br />

3<br />

micromotoarelor<br />

0.1<br />

1 10 100 P [W] 1000<br />

1<br />

4<br />

2<br />

de inductie.<br />

1-inducţie trifazată clasică<br />

2-<br />

3-<br />

inducţie trifazată cu<br />

rotor special<br />

inducţie monofazată cu<br />

faza auxiliară<br />

4- Inducţie cu spira ecran


1<br />

n/n S<br />

0.8<br />

0.6<br />

0.4<br />

0.2<br />

Modificarea vitezei<br />

T sr<br />

1-<br />

Modificarea tensiunii de alimentare<br />

U N<br />

T/T k<br />

0<br />

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0<br />

Rotor clasic<br />

Domeniu restrăns<br />

s 0<br />

1 ><br />

1<br />

n/n S<br />

0.8<br />

0.6<br />

0.4<br />

0.2<br />

<br />

s <<br />

n/n s<br />

0,5<br />

>0,5<br />

Pierderi mari<br />

T/T k<br />

1<br />

n/n S<br />

0.8<br />

0.6<br />

0.4<br />

0.2<br />

T sr<br />

0<br />

0 0.2 0.4 0.6 0.8<br />

Rotor pahar<br />

Domeniu şi mai larg<br />

s 0<br />

1 ><br />


Modificarea vitezei<br />

U N<br />

RS. IS U<br />

f N<br />

Variaţia tensiunii cu<br />

frecvenţa.<br />

f S<br />

1.5<br />

n/n sn<br />

1.3-Modificarea nesimetrică a tensiunii<br />

1<br />

0.5<br />

fS>fN 0<br />

T/Tk 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1<br />

Caracteristicile mecanice ale motoarelor<br />

de inducţie pentru diferite frecvenţe în<br />

cazul US /fS constant.<br />

Regimul nesimetric de alimentare şi funcţionare<br />

f N<br />

fS


Cuplul motorului de inducţie la alimentare nesimetrică<br />

C rap<br />

2<br />

1.5<br />

1<br />

0.5<br />

-0.5<br />

-1<br />

-1.5<br />

0<br />

s 1<br />

s 2<br />

C r<br />

s k<br />

C i<br />

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2<br />

Domeniul de modificare al vitezei s 0<br />

C<br />

1 ><br />

C d<br />


Bibliografie<br />

Armensky E.V., Falk G.B., "Fractional horsepower electrical machines", MIR<br />

Publisher, Moscova, 1978.<br />

Bart S.F. et al., "Measurements of electric micromotor dynamics", Proc. of<br />

ASME Winter Annl. Meeting, Dallas, vol. 19 (1990), pp. 19-29.<br />

Boldea, I.: “Reluctance synchronous machines and drives”, Clarendon Press,<br />

Oxford, 1996<br />

Biro K.A.,Viorel I.A.,Syabo L.,Henneberger G. “ Maşini electrice speciale ”,<br />

Editura MEDIAMIRA, Cluj-Napoca, 2005.<br />

Galan N., "Motorul electric cu histerezis", Ed. Tehnică, Bucureşti, seria Maşini şi<br />

aparate electrice, 1974.<br />

G. Henneberger, I. A. Viorel: “Variable Reluctance Electrical Machines”<br />

Shaker Verlag, Aachen, Germania 2001<br />

Măgureanu R., Vasile N., "Servomotoare fără perii tip sincron", Ed. Tehnică,<br />

Bucureşti, seria Maşini şi aparate electrice, 1990.<br />

Miller, T.J.E.: „Switched reluctance motors and their control”. Clarendon<br />

Press, Oxford 1993.


Bibliografie<br />

Moczala H. et al., "Elektrische Kleinmotoren. Wirkungsweise, Bauformen,<br />

Eigenschaften- Hinweise fur den Einsatz", Expert Verlag, 1993.<br />

Simion A., "Maşini electrice speciale pentru automatizări", Ed. Universitas,<br />

Chişinău, 1993.<br />

I.A. VIOREL – G. Henneberger – R. Blissenbach – L Lövenstein: “Transverse<br />

Flux Machines. Their behavior, design, control and applications”, MEDIAMIRA,<br />

Cluj-Napoca, 2003,<br />

Yeadon PW.H., Yeadon A.W, "Handbook of small electric motors", McGraw-Hill,<br />

New York, 2001.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!