capitolul 4 - web/07_cap04-95.pdf · maşinii de curent continuu curentul ce parcurge bobina de...

90

Capitolul 4

Maşini electrice rotative

Generalităţi

Maşina electrică este un element tehnic care transformă energia mecanică a unei mişcări de rotaţie în energie electrică sau invers. În primul caz maşina electrică se numeşte gene-rator, iar în cel de al doilea caz se numeşte motor. Funcţionarea maşinilor electrice se bazează pe două principii fundamentale ale electrotehnicii şi anume:

- principiul (fenomenul) inducţiei elec-tromagnetice

- principiul interacţiunii dintre curentul electric şi câmpul magnetic.

O caracteristică importantă a maşinilor electrice este reversibilitatea, adică posibi-litatea de a funcţiona atât ca motor cât şi ca generator. După tipul energiei electrice pro-duse (dacă funcţionează ca generator) sau uti-lizate (dacă funcţionează ca motor) deosebim:

- maşină electrică de curent continuu - maşina electrică de curent alternativ:

- sincronă - asincronă

4.1 Maşina electrică de curent continuu

Este o maşină electrică rotativă ce pro-

duce energie electrică de curent continuu în contul unei energii mecanice ce i se transferă pe la arbore (în cazul în care funcţionează ca generator) sau produce energie mecanică pe care o transferă unei maşini de lucru în contul energiei electrice de curent continuu cu care este alimentată la borne (în cazul în care funcţionează ca motor). Din punct de vedere istoric aceasta este maşina care a apărut prima dată şi a fost utilizată

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

http://www.pdffactory.com

91

atât ca generator cât şi ca motor. Descoperirea şi utilizarea curentului alternativ şi a maşinilor de curent alternativ a făcut ca în regim de generator să nu mai fie utilizate aceste tipuri de maşini. În regim de motor, maşina de curent continuu are încă nume-roase aplicaţii dintre care enumerăm:

- în tracţiunea electră la tramvaie, loco-motive, etc.

- în acţionarea electrică la maşini de ridicat, poduri rulante, transportoare, maşini unelte , laminoare, etc.

- servomotoare în automatizări. 4.1.1 Elemente constructive ale maşinii de curent continuu Întrucât aşa cum s-a spus maşina de curent

continuu este rar utilizată actualmente ca şi generator ne vom referi în continuare cu pre-ponderenţă la motorul de curent continuu. Din punct de vedere al fenomenelor electromagnetice ce caracterizează transformarea de energie, maşina de curent continuu are două părţi distincte şi anume:

a. inductorul – partea ce produce câmpul magnetic de excitaţie

b. indusul – partea în care câmpul induc-tiv induce tensiuni electromotoare

Din punct de vedere cinematic, maşina de curent continuu este construită dintr-o parte fixă numită stator şi o parte mobilă numită rotor. Aceasta din urmă se roteşte în inte-riorul celei dintâi. Între ele există un spaţiu numit întrefer. Din punctul de vedere al formei întrefierului deosebim: - maşina de curent continuu cu poli înecaţi -

ct=δ

- maşini de curent continuu cu poli aparenţi

=δ variabil



92

Atât statorul cât şi rotorul pot îndeplini funcţia de inductor sau indus. Secţiunea trans-versală simplificată printr-o maşină de curent continuu de mică putere are forma din figura 4.01.

Miezul statorului (1) ca şi polii inductorului R sunt realizaţi din tole de oţel electrotehnic prin ştanţare de formă

potrivită. Pe circumferinţa sta-

torului, între doi poli de excitaţie (pincipali) este plasat câte un pol de comutaţie (auxiliar) aşa cum se observă în figura 4.02.

Înfăşurarea rotorică este dispusă în crestătu-

rile rotorului, capetele ei fiind conectate la o piesă specifică maşinii de curent continuu

numită colector, realizaă din lamele de cupru şi solidară cu rotorul. Conexiunea rotorului cu exteriorul, prin intermediul colectorului se realizează cu ajutorul perilor colectoare.

fig.4.02

1

4

3

2

R

S

fig.4.01

1

8

7

6

5

4

3

2

R

S

1 432

fig.4.03

fig.4.04

1 2 1 2

a. b.



93

Pentru reprezentarea convenţională a maşinii de curent continuu se utilizează unul din modurile prezentate în figura 4.04.

4.1.2 Principiul de funcţionare al maşinii de curent continuu

Curentul ce parcurge bobina de excitaţie

creează un câmp magnetic a cărei inducţie are o distribuţie sinusoidală de-a lungul circumfe-rinţei rotorului (statorului). Datorită rota-ţiei rotorului, bobina acestuia intersectează liniile câmpului magnetic de excitaţie, în el inducându-se o tensiune sinusoidală de forma:4.

tBvlNBvlNu mte ωsin22 )( ⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅= 4.001 N = numărul de spire al unei bobinei l = lungimea bobine

=⋅⋅⋅= ndv πξ viteza tangenţială a conducto-rului în câmpul magnetic B(t) = inducţia în bornele plasate succe-

siv de latura bobinei. Întrucât rotorul este format din mai multe

bobine decalate spaţial între ele, tensiunile electromotoare ce se vor induce în ele vor fi de forma:

( )

⋅−−⋅⋅⋅⋅⋅=

bktBvlNu mek

πω

21sin2

4.002

unde b = numărul este numărul de bobine al rotorului

Întrucât fiecare bobină este în contact cu periile colectoare doar pentru un interval de timp t∆ corespunzător unei fracţiuni unghiu-lare α spre exterior se transmite tensiunea aproximativ constantă:

ebmmemeb UUUU ....21 ==≅ 4.003



94

Se poate arăta că, între fracţiunea unghiulară α şi interval de timp t∆ există relaţia:

bt π

αω2

==∆⋅

4.004

bt

⋅==∆

ωπ

ωα 2

4.005

Dacă generatorul alimentează un circuit

exterior şi prin acesta trece un curent I asupra unei bobine a indusului (cea aflată în contact cu periile) va acţiona o forţă electro-magnetică F care dă naştere unui cuplu rezis-tent:

BlINF ⋅⋅⋅= 4.006

4.1.3 Tipuri de excitaţie ale maşinilor de curent continuu Conform reversibilităţii maşinii de curent

continuu, alimentând cu tensiune continuă atât indusul cât şi inductorul, rotorul se va roti furnizând energie mecanică la arbore. După modul în care se realizează alimentarea înfăşurării de excitaţie a unui motor de curent continuu deosebim:

0U e1

U e2

Uei

U e6

U e5U e4

U e3

Ue

ω tω t.∆

fig.4.05



95

- excitaţie separată în cazul în care înfăşurarea de excitaţie este alimentată de la o altă sursă de tensiune. Ea se reprezintă schematic ca în figura 4.06.

- excitaţie derivaţie (în paralel) în cazul în care înfăşurarea de excitaţie este conectată în paralel cu pe-riile colectoare ale indu-sului maşinii, aşa ca în figura 4.07.

- excitaţie serie în cazul în care înfăşurarea de excitaţie este conectată în serie cu indusul, ca în figura 4.08.

- excitaţie mixtă în cazul în care maşina este prevăzută cu două înfăşurări de excitaţie, una serie şi una paralel, ca în figura4.09.

Proprietăţile maşinilor de curent continuu se exprimă

calitativ şi cantitativ prin caracteristicile lor. Acestea sunt diferite în cazul în care utilizării ca generator sau ca motor.

4.1.4 Caracteristicile generatoarelor de curent continuu

Generatoarele de curent continuu sunt

caracterizate în bună măsură de următoarele două caracteristici:

- caracteristica de mers în gol

fig.4.06

fig.4.07

fig.4.08

Ls

Lp

fig.4.09



96

care exprimă dependenţa tensiunii furnizate la borne, în gol, funcţie de curentul de excita-ţie, la turaţie constantă:

)( exe IfUU == 4.007 - caracteristica externă

care exprimă dependenţa tensiuni de ieşire furnizate la borne, funcţie de curentul de sarcină, la turaţie constantă.

Definirea acestor caracteristici prezintă particularităţi după tipul de excitare uti-lizat:

a. Generatorul cu excitaţie separată În cazul acestui tip de generator cele

două caracteristici menţionate se exprimă astfel:

a1. Caracteristica de mers în gol

se exprimă prin relaţia:

)( exA IfU = 4.008 pentru:

Nct ωω == 4.009 0=SI 4.010

şi are forma din figura 4.10.

=NAU , tensiune nominală recomandată de constructor

Diferenţa dinre curbele obţinute pentru sensul creşterii şi descreşterii curentului de excitaţie se datoreşte fenomenului de histereză ce caracterizează comportarea miezului magnetic al

UAN

UA

IexM

Iex

UArem

fig.4.10



97

bobinei de excitaţie. a2. Caracteristica externă

este definită de relaţia:

)( AA IfU = 4.011 pentru: ct=ω 4.012 ctI ex = 4.013 şi descrie capacitatea ge-neratorului de a-şi menţine tensiunea la borne în con-diţiile variaţiei sarcinii. Ea are forma din figura 4.12.

Această caracteristică se trasează de regulă pentru:

== ctI ex valoarea care asigură pentru:

NAA II ,= , 4.014

NAA UU ,= . 4.015

Analitic, caracteristica externă este descrisă de raportul:

AN

ANAO

AN

A

UUU

UU −

=∆

4.016

care de regulă nu depăşeşte valoarea procen-tuală de )%1510( ÷ .

a3. Caracteristica reglării

este o caracteristică utilizabilă doar la gene-

fig.4.11

IA

Iex

UAN

UA

IAIAN

UA0

fig.4.11



98

ratoare cu acest tip de excitaţie, ea fiind descrisă de relaţia:

)( Aex IfI = 4.017

astfel încât să se asigure condiţia:

ctU A = 4.018

pentru:

ct=ω 4.019 Ea are forma din figura 4.12 şi se trasează de regulă pentru:

NAA UU ,= 4.020 b. Generatorul cu excitaţie paralel

Acest tip de generator este cel mai răspândit. El nu are nevoie de sursă exterioară de alimentare a excitaţiei, spunându-se despre el că este autoex-citat la fel ca şi cel cu excitaţie serie. Să studiem grafic modul în care se realizează autoex-citarea acestui tip de generator. Se prezintă

pentru aceasta, pe acelaşi grafic, caracteristica de mers în gol (1) şi caracteristica de excitaţie (2). A utoexcitarea are loc astfel: Tensiunea remanentă a generatorului determină conform caracteristicii de excitaţie un curent (de excitaţie) dat de relaţia:

fig.4.12

IA

Iex

fig.4.13Iex

U0

UN

Urem



99

cexex RR

UI+

= 4.021 unde:

=exR rezistenţa ohmică a înfăşurării de excitaţie

=cR rezistenţă de câmp Dacă sensul de conectare al înfăşurării de excitaţie este corect, acest curent va determina creşterea tensiunii

furnizate, conform succesiunii:

............. dmasUIUIU exexrem ↑↑⇒↑⇒⇒⇒ 4.022 Procesul continuă atâta timp cât tensiunea la borne, conform caracteristicii de mers în gol (1) este mai mare decât cea corespunzătoare caracteristicii de excitaţie (2) descrisă de relaţia mai sus amintită.

Diferenţa pe ordonată, notată U∆ este o măsură a intensităţii procesului de autoexcitare care continuă atâta vreme cât:

0>−=∆ III UUU 4.023 În clipa în care diferenţa

U∆ se anulează generatorul intră în regim staţionar şi

furnizează tensiunea UN corespunzătoarea punc-tului M de intersecţie al celor două caracte-ristici. Spunem că generatorul “s-a prins”. Din acest moment se poate conecta un circuit de sarcină de la ieşirea generatorului. Pentru ca generatorul cu excitaţie derivaţie să intre într-un proces de autoexcitare este nnecesar ca: - să existe un câmp remanent al polilor de excitaţie, care să determine o tensiune rema-nentă - înfăşurarea de excitaţie să fie corect

fig.4.14

RcIex

fig.4.15Iex

U0

UN

Urem



100

conectată (în sensul însumării câmpului său cu cel remanent) b1. Caracteristica de mers în gol coincide practic cu cea a generatorului cu excitaţie separată.

b2. Caracteristica externă se defineşte astfel:

)(IfU A = 4.024 pentru

ctRe = ct=Ω 4.025 Rezistenţa de câmp Rc este reglată la

valoarea care asigură:

ANA UU = 4.026 pentru

NII = 4.027 Grafic caracteristica

externă are forma din figura 4.16. Este admisă funcţionarea generatorului până când UA scade la UAN. Dacă I depăşesşte valoarea IN apare încălzirea exce-sivă a generatorului exis-tând pericolul distrugerii. Între curentul maxim şi cel nominal există relaţia:

NII )5,22( ÷= 4.028 Porţiunea punctată a caracteristicii nu

este stabilă, pe ea generatorul nu poate

fig.4.16IN

UA

UA0

UAN

Isc Im

UA∆



101

funcţiona. Dacă I depăşeşte valoarea Im tensiunea şi curentul scad brusc şi generatorul “se desprinde” (se dezexcită).

c. Generatorul cu excitaţie serie Fenomenul de autoexcitare se desfăşoară

asemănător ca în cazul generatorului cu exci-taţie derivaţie, determinând şi caracteristici de funcţionare asemănătoare.

4.1.5 Caracteristicile motoarelor de curent continuu

Performanţele motoarelor de curent con-

tinuu se stabilesc şi se compară pe baza criteriilor caracteristicilor esenţiale şi anume:

- caracteristica vitezei la mersul în sarcină

- caracteristica mecanică - caracteristica cuplului electromagnetic

a. Motorul cu excitaţie separată sau derivaţie

În cazul utilizării ca motor, maşina de

curent continuu cu excitaţie derivaţie funcţio-nează ca şi cea cu excitaţie separată.

a1. Caracteristica vitezei la mersul în sarcină se defineşte prin ecuaţia:

)(If=ω 4.029 pentru:

ctIdU ENAA === ;, 4.030 Această caracteristică are forma din

figura 4.17.



102

La examinarea ei se observă că atunci când curentul creşte, viteza de rotaţie scade, odată cu creşterea cuplului rezis-tent la arbore (proporţio-nal cu curentul absorbit de motor). Scăderea turaţiei nu este semnificativă la creşterea curentului absorbit.

a2. Caracteristica mecanică

descrie dependenţa:

)( SMf=ω 4.031 la

ctI E = ; NAA UctU ,== . 4.032 Această caracteristică este derivată din

caracteristicile vitezei ala mersul în sarcină (datorită proporţionalităţii dintre curentul absorbit şi momentul rezistent), având aceeaşi alură. O caracteristică mecanică la care scăderea turaţiei este mică la creşterea cuplului rezultant se numeşte caracteristică dură. Motorul de curent continuu cu excitaţie separată (şi derivaţie) are o caracteristică dură.

a3. Caracteristica cuplului electromagnetic

este descrisă de relaţia:

fig.4.17IN(MN) I

Ω

NΩ



103

)( AIfM = 4.033 pentru

ctUctI AE == ; . 4.034 Ea are forma din figura 4.18, în care:

=AI curentul prin indus FemS MMMM ++=

=M momentul total =SM momentul util =mM momentul dat de frecările mecanice =FeM mementul rezistenţei determinat de

pierderile în fier

b. Motorul cu excitaţie serie Motorul cu excitaţie serie are o utilizare

relativ largă în industrie. Conectarea la tensiunea de ali-mentare a motorului de curent continuu se face ca în figura 4.19.

b1. Caracteristica de mers în sarcină

se defineşte prin relaţia:

)(If=Ω 4.035 pentru

.ctUU N == 4.036 Alura acestei caracteristici se prezintă

fig.4.18

MN+MFe

I

M,MS

MS

M

fig.4.19

Lex,RexUA U

Rp



104

în figura 4.20. Comentând caracteristica se observă că la curenţi mici (corespunzători unui cuplu rezistent mic) tu-raţia creşte foarte mult în timp ce în apropierea turaţiei nominale Nω variaţia turaţiei la variaţia curentului IA (deci a cuplului rezistent) este mică. Această caracteristică se

deosebeşte radical de cea a motorului cu excitaţie derivaţie.

b2. Caracteristica mecanică este definită de ecuaţia:

)( SMf=ω 4.037

pentru

NUctU == 4.038 şi are forma din

figura 4.21. S-a considerat că, SMM ≅

O asemenea caracteristică mecanică se numeşte caracteristică elastică (moale). Pentru definirea relativ strictă a domeniilor de utilizare ale motorului de curent continuu cu excitaţie serie trebuie să reţinem că puterea mecanică furnizată la arbore este aproximativ constantă, adică:

ctMP S =⋅= ω2 4.039 Această proprietate este utilizată în ins-

talaţii de acţionare electrică a trenurilor şi

fig.4.20I(IA)

Ω

IN(IAN)

NΩ

mΩ

fig.4.21M

Ω

MN

NΩ

mΩ



105

tramvaielor. O deficientă importantă a motorului de curent continuu cu excitaţie serie este turaţia foarte mare la mersul în gol. Aceasta se elimină prin două metode:

- utilizarea unei excitaţii auxiliare, derivaţie care să corecteze caracteristica mecanică în zona cuplurilor rezistente mici.

- utilizarea unor circuite de alimentare automate adecvate.

4.1.6 Pornirea motoarelor de curent continuu

În practică se utilizează următoarele

metode de pornire a motoarelor de curent continuu:

- prin conectare directă - prin rezistenţele adiţionale introduse

în circuitul indusului - prin utilizarea variatoarelor electro-

nice de tensiune

4.2 Maşina asincromă

Aşa cum am mai arătat la clasificarea ma-şinilor electrice rotative deosebim:

- maşini de curent alternativ asincrome - maşini de curent alternativ sincrome

Maşina asincronă transformă energia mecanică în energie elctromagnetică sau invers. Cu toate că este reversibilă se utilizează aproape în exclusivitate ca motor, motiv pentru care îl vom tratata în această postură.

El se caracterizează prin aceea că rotorul său are un bobinaj închis, fără a fi excitat de vreo sursă exterioară de tensiune, iar curenţii induşi în această înfăşurare au o frecvenţă diferită de cei care au străbătut înfăşurările statorului.

Această frecvenţă este funcţie de turaţia motorului. Faţă de alte maşini rotative motorul asincrom trifazat prezintă câteva avantaje esenţiale



106

care-l fac cel mai utilizat în aplicaţii indus-triale:

- se alimentează direct de la reţeaua trifazată

- construcţie este simplă, preţ de cost scăzut, robusteţea este remarcabilă

- este uşor de exploatat - are o caracteristică mecanică puţin

dependentă de sarcină Ca dezavantaje menţionăm: - curentul mare la pornire - reglarea mai dificilă a turaţiei (deza-

vantaj parţial eliminat de progresele realizate în construcţia convertoarelor de frecvenţă)

Motorul asincrom trifazat este cel mai răspândit motor electric.

4.2.1 Elemente constructive ale motorului asincrom trifazat Din punct de vedere electromagnetic moto-

rul asincrom are două componente: - inductorul – care produce câmpul mag-

netic învârtitor - indusul – în care câmpul magnetic învâr-

titor induce tensiunea electromotoare Din punct de vedere mecanic, motorul asincrom este format din:

- stator – care este inductorul - rotor – care este indusul Statorul este format din miezul statoric,

carcasa cu tălpile de fixare, înfăşurarea statorică, scuturile, cutia de borne, dispozi-tivul port-perii. Rotorul este format din mezul rotoric, înfăşurarea rotornică, inele de contact (numai la unele tipuri). Miezul statornic şi rotornic sunt realizate din tole din oţel electrotehnic strânse în pachete rigide. Înfăşurarea statorică este alcătuită din trei înfăşurări de fază, constructiv identice şi decalate spaţial la un unghi de

p32π , aşa cum se



107

observă în figura 4.22.

Înfăşurarea rotorică se poate prezenta sub mai multe forme constructive, după cum este vorba de motor asincrom cu rotor bobinat sau cu rotor în scurticircuit (colivie). În cazul rotorului bobinat este vorba de trei înfăşurări de fază decalate la periferia rotorului cu

p32π

plasate în cresctături. Cele

trei înfăşurări sunt conectate în majoritatea cazurilor în stea, foarte rar în triunghi. În cazul primei variante de conexiune capetele libere ale înfăşurării trifazate sunt conectate la câte un inel conductor prin care cu ajutorul unor perii se asigură legătura cu elementul din exteriorul motorului. În cazul rotorului în scurtcircuit înfăşurarea rotorică are forma unei colivii ca în figura 4.23, formată din bare din material conductor care umple crestăturile rotorului, scurtcircui-tate la capete de inele din material conductor.

π23 p

π23 p

U1

U2

W1

V1

V2

W2

fig.4.22



108

Între bare şi pereţii crescătu-rilor nu există nici o izolaţie, întrucât materialul acestora este mult mai bun conductor decât cel ce formează miezul rotoric.

4.2.2 Caracteristicile motorului asincrom trifazat Din punctul de vedere al utilizatorului

este importantă cunoaşterea următoarelor carac-teristici de funcţionare:

- caracteristica mecanică - caracteristică randamentului - caracteristica factorului de putere

a. Caracteristica mecanică

exprimă dependenţa momentului de alunecare. Prin definiţie alunecarea este dată de relaţia:

1

21

ΩΩ−Ω

=s

4.040 unde:

fig.4.23

M

Mp

MN

Mm

sN sm 1 s0

B

A

fig.4.24



109

==ΩP

11

ω viteza unghiulară cu care se roteşte câmpul magnetic inductor (al stato-rului)

=Ω 2 viteza unghiulară cu care se roteşte rotorul.

După cum reultă din definiţia alune-cării, ea poate lua valori între 0 şi 1. Dependenţa momen-tului dezvoltat de motorul asincrom trifazat este pre-zentată în figura 4.24. Pentru caracteris-tica )(sfM = există câteva punte carac-teristice şi anume:

=PM momentul de pornire, caracteristic valorii s = 1

=mM momentul maxim, corespunzător unei valori alunecării numită alunecare critică (de desprindere)

=NM cuplul nominal Caracteristica mecanică poate fi reprezentată şi prin relaţia:

)(2 Mf=Ω 4.041

rerprezentată grafic în figura 4.25. Se observă că, atât pe curba )(sfM = cât şi pe curba )(2 Mf=Ω , pentru fiecare valoare a alune-cării s (viteza unghiulară 2Ω ) există două valori ale momentului. Funcţionarea stabilă se realizează însă doar pe ramura OA a caracteristicii. Dacă se depăşeşte

fig.4.25MMp MN Mm

0

B

A

Ω

NΩ

mΩ

0



110

momentul maxim motorul trece în funcţionare pe porţiunea AB a caracteristicii, fapt ce duce la oprirea sa.

b. Caracteristica randamentului

Această caracteristică este definită de relaţia:

)( 2Pf=η 4.042

unde: P2 = puterea utilă furnizată de motor la

arbore

∑+=

PPP

2

2η

4.043 ∑ =++= yFem PPPP suma pierderii de putere PFe = pierderile în fier Pm = pierderile mecanice PJ = pierderile în înfăşurări Această caracteristică se trasează în con-

diţiile: NUctU 11 == 4.044

ctf = 4.045

0,5

P20

fig.4.26

100

50

1

η [0/0]cos ϕ

P2mP2N



111

şi are forma din figura 4.26.

Randamentul motoarelor asincrome are valori cuprinse între: 93 % la motoarele de peste 500 kW şi 75 % la motoarele sub 1 kW.

c.Caracteristica factorului de putere

Este definită aşa cum s-a mai spus de relaţia:

)(cos 21 Pf=ϕ 4.046 pentru:

NUctU 11 == 4.047 Nfctf 11 == 4.048

La funcţionarea în gol ϕcos are valori mici întrucât puterea activă absorbită este mică iar puterea reactică absorbită pentru realizarea excitaţiei este aproape aceeaşi ca în sarcină. Pe măsură ce motorul se încarcă puterea activă absorbită (aproximativ proporţională cu puterea dezvoltată) creşte şi factorul de putere tinde spre valoare maximă:

9,085,0)(cos max1 ÷≅ϕ 4.049 care se obţine în jurul încărcării nominale.

4.3. Maşina sincromă 4.3.1 Elemente constructive ale maşinii sincrone Maşina sincromă se caracterizează prin

aceea că între viteza unghiulară Ω a rotorului şi pulsaţia reţelei la care este conectată



112

există o legătură rigidă de forma: Ω⋅= pω 4.050

unde p = numărul de perechi de poli ai maşinii.

Ea are două părţi constructive: - statorul format din: miez, înfăşu-rare, carcasă, scuturi - rotorul format din: miez, înfăşu-rare, inele colec-toare.

Statorul are miezul realizat la fel ca şi maşina asincromă, cu crestături în care este amplasată înfă-şurarea trifazată.

Miezul rotornic poate fi realizat: - cu poli aparenţi, prezentată în figura 4.28 - cu poli înecaţi prezentată în figura 4.29

În cazul maşinii cu poli aparenţi intefierul este neuniform, mic în dreptul pieselor polare şi mare între ele. Această con-strucţie se utili-zează la maşini cu turaţie redusă, datorită lipsei siguranţei mecanice (la hidrogenera-toare). De aceea ea se mai cunoaşte şi sub numele de con-strucţie de hidroge-nerator şi se utili-zează la turaţii de ordinul sutelor de rot/min. inversă, Adachi rotorul are o înfăşurare trifa-zată conectată cu exteriorul prin trei inele,

S

R N

N

S

S

fig.4.28



113

Uneori se întâl-neşte şi construcţia rotorul fiind cu poli aparenţi.

În cazul maşi-nii cu poli înecaţi înfăşurarea unui pol acoperă de obicei 2/3 din deschiderea sa. În mijlocul polului rămâne o zonă de aproximativ 1/3 din deschidere, în care nu se practică crestături, denumită dinte mare. Această construcţie

mecanică prezintă o siguranţă deosebită şi este utilizată la maşini sincrone cu viteze mari de rotaţie (ex. turbo-generatoarele sincrome):

( ) min/30001000 rotn ÷= 4.051 În cazul maşinilor sincrome trifazate câmpul magnetic de excitaţie se realizează cu ajutorul unor înfăşurări de curent continuu cu poli aparenţi sau înecaţi.

4.3.2 Regimurile maşinii sincrone Maşina sincromă poate funcţiona în două

regimuri de bază: cel de motor şi cel de generator. Maşina sincromă nu poate funcţiona în regim de frână întrucât cuplul magnetic sincrom apare doar când rotorul are aceeaşi viteză unghiulară cu cea a câmpului magnetic rotitor al statorului.

a. Regimul de generator

În regim de generator, rotorul rotit cu

viteza unghiulară Ω produce un câmp magnetic învârtitor, cu pulsaţia:

S

R

N

N

S

S

fig.4.29



114

Ω⋅= pω 4.052

În fiecare din înfăşurările rotorului se va induce o tensiune sinusoidală cu frecvenţa ω . Tensiunile lor vor fi defazate între ele cu un unghi ϕ dat de relaţia:

απ

ϕ ==3

2

4.053 unde =α unghiul de decalare spaţială al

înfăşurărilor trifazate. Rotorului i se transferă o putere meca-

nică:

Ω⋅= aMP1 4.054 =aM cuplul activ dezvoltat de motorul primar ce

acţionează generatotul. Asupra rotorului se exercită un cuplu:

Ω⋅⋅⋅

=),cos(3 IEIEM oo

4.055

Cuplul transferat rotorului asigură cuplul M şi acoperă pierderile mecanice, adică:

ma MMM += 4.056

=mM cuplul aferent pierderilor mecanice. Înmulţim cu Ω şi rezultă:

Ω⋅+Ω⋅=Ω⋅ ma MMM 4.057

mPPP +=1 4.058 unde:

=P puterea electromagnetică care are urmă-



115

toarele componente: Feya PPPP ++= 2 4.059

=2P puterea electromagnetică trifazată de generator

=yaP puterea pierdută prin efectul Joule în înfăşurare

=FeP pierderi în fierul statornic Actualmente ca generator trifazat se utilizează în exclusivitate generatorul sincrom.

b. Regimul de motor

Maşina sincromă poate funcţiona şi în regim de motor. Însă maşina sincromă are un mare dezavantaj şi anume acela că, nu are un cuplu de primire, adică, nu poate porni din repaus. Pentru a funcţiona şi a dezvolta cuplu este necesară aducerea rotorului la turaţia de sincronism. Aceasta se poate realiza prin două moduri:

- utilizarea unui mic motor asincrom având rotorul cuplat cu cel al motorului asincrom. După “ prindere” în sincronism, motorul asin-crom este scos din funcţionare.

- utilizarea pornirii în asincrom.Pentru aceasta motorul sincrom are rotorul prevăzut cu o colivie care dezvoltă un cuplu suficient pentru a accelera rotorul în gol la o turaţie apropiată de cea de sincronism de unde acesta se “ prinde”.

4.3.3 Caracteristicile motoarelor sincrome

a. Caracteristica mecanică

a motorului sincrom se poate defini doar în situaţia de sincronism, pentru că, numai atunci motorul sincrom dezvoltă cuplu. Această carac-teristică mecanică este dată de relaţia:



116

)(Mf=Ω 4.060 pentru:

ctU = 4.061 ctf = 4.062

şi are forma din figura 4.30. Se ob-servă că caracteris-tica mecanică este

perfect rigidă, atâta vreme cât cuplul rezis-tent nu depăşeste valoarea maximă admisă Mm. Dacă momentul rezistent depăşeşte valoarea Mm motorul sincrom se opreşte.

Teste de verificare 4 1. Descrieţi construcţia principială a unui motor de curent continuu

2. Prezentaţi tipurile de excitaţie utilizate la motorul de curent continuu

3. Prezentaţi şi comentaţi principalele carac-teristici ale motorului de curent continuu

4. Prezentaţi construcţia motorului de curent alternativ asincron.

5. Enumeraţi şi comentaţi caracteristicile motorului asincron trifazat.

6. Prezentaţi şi descrieţi construcţia maşinii sincrone.

7. Enumeraţi şi comentaţi caracteristicile motorului sincron trifazat.

fig.4.30MMN Mm

0

Ω



capitolul 4 - web/07_cap04-95.pdf · maşinii de curent continuu curentul ce parcurge bobina de...

Documents