Masini electrice rotative Generalitati Masina electrica este un element tehnic care transforma energia mecanica a unei miscari de rotatie in energie electrica sau invers. In primul caz masina electri ca se numeste generator, iar in cel de al doilea caz se numeste motor. functionarea masinilor electrice se bazeaza pe doua principii fundamentale ale e lectrotehnicii si anume: -principiul inductiei electromagnetice -principiul interactiunii dintre curentul electric si campul magnetic. O caracteristica importanta a masinilor electrice este reversibilitatea, adica p osiblitatea de a functiona atat ca motor cat si ca generator. Dupa tipul energie i electrice produse sau utilizate deosbeim: - masina electrica de curent continuu -masina electrica de curent alternativ: -sincrona -asincrona Masina electrica de curent continuu ESte o masina electrica rotativa ce produce energie electrica de curent continuu in contul unei energii mecanice ce i se transfera pe la arbore sau produce ener gie mecanica pe care o transfera unei masini de lucru in contul energiei electri ce de curent continuu cu care este alimentata la borne. Din punct de vedere istoric aceasta este masina care a aparut prima data si a fo st utilizata atat ca generator cat si ca motor. Descoperirea si utilizarea curentului alternativ si a masinilor de curent altern ativ a facut ca in regim de generator sa nu mai fie utilizate aceste tipuri de m asini. In regim de motor, masina de curent ontinuu are inca numeroase aplicatii dintre care enumaram: -in tractiunea electra la tramvaie, locomotive etc. -in actionarea electrica la masini de ridicat, poduri rulante, transportoare, ma sini unelte, laminoare, etc. -servomotoare in automatizari. Elemente constructive ale masinii de curent continuu Intrucat asa cum s-a spus masina de curent continuu este rar utilizata actualmen te ca si generator ne vom referi in continuare cu preponderenta la motorul de cu rent continuu.Din punct de vedere al fenomenelor electromagnetice ce caracterize aza transformarea de energie, masina de curent continuu are doua parti distince si anume: a. inductorul - partea ce produce campul magnetic de excitatie b. indusul - partea in care campul inductiv induce tensiuni electromotoare Din punct de vedere cinematic, masina de curent continuu este construita dintr-o parte fixa numita strator si o parte mobila numita rotor. Aceasta din urma se r oteste in interiorul celei dintai. Intre ele exista un spatiu numit intrefier. D in punctul de vedere al formei intrefierului deosebim: -masina de curent continuu cu poli inecati poza 1 -masini de curent continuu cu poli aparenti poza 2 Atat statorul cat si rotorul pot indeplini functia de inductor sau indus. Sectiu nea tranversala simplificata printr-o masina de curent continuu de mica putere a re forma din figura urm:

figuri: Miezul statorului (1) ca si polii inductorului R sunt realizati din tole de otel electrotehnic prin stantare de forma potrivita. Pe circumferinta statorului, intre doi poli de excitatie este plasat cate un pol de comutatie asa cum se observa in fig urmatoare. figura Infasurarea rotorica este dispusa in crestaturile rotorului, capetele ei fiind c onectate la o piesa specifica masinii de curent continuu figuri numita colector, realizata din lamele de cupru si solidara cu rotorul. Conexiune a rotorului cu exteriorul, prin intermediul colectorului se realizeaza cu ajutor ul perilor colectoare. Pentru reprezentarea conventionala a masinii de curent continuu se utilizeaza un ul din modurile prezentate in figura de mai sus. Principiul de functionare al masinii de curent continuu Curentul ce parcurge bobina de excitatie creeaza un camp magnetic a carei induct ie are o distributie sinusoidala de-a lungul circumferintei rotorului. Datorita rotatiei rotorului, bobina acestuia intersecteaza liniile campului magnetic de e xcitatie, in el inducandu-se o tensiune sinusoidala de forma:4. formula N = numarul de spire al bobinei l = lungimea bobinei !!! v= B(t) = inductia in bornele plasate succesiv de latura bobinei. Intrucat rotorul este format din mai multe bobine decalate spatial intre ele, te nsiunile electromotoare ce se vor induce in ele vor fi de forma: formula unde b = numarul de bobine al rotorului Intrucat fiecare bobina este in contact cu periile colectoare doar pentru un int erval de timp delta t corespunzator unei fractiuni unghiulare alpha pre exterior se transmite tensiunea aproximativ constanta: formula figura se poate arata ca, intre fractiunea unghiulara si intervalul de timp exista rela tia: relatiile (2) Daca generatorul alimenteaza un circuit exterior si prin acesta trece un curent I asupra unei bobine a indusului va actiona o forta electromagnetica F care da n astere unui cuplu rezistent: formula

Caracteristicile motoarelor de curent continuu Performantele motoarelor de curent continuu se stabilesc si se compara pe baza c riteriilor caracteristicilor esentiale si anume: -caracteristica vitezei la mersul in sarcina -caracteristica mecanica -caracteristica cuplului electromagnetic Motorul cu excitatie separata sau derivatie In cazul utilizarii ca motor, masina de curent continu cu excitatie derivatie, f unctioneaza ca si cea cu excitatie separata. Caracteristica vitezei la mersul in sarcina se defineste prin ecuatia: ecuatie pentru: ectuatie1 Aceasta caracteristica are forma din figura de mai jos: figura La examinarea ei se observa ca atunci cand curentul creste, vitezza de rotatie s cade, odata cu cresterea cuplului rezistent la arbore. Scaderea turatiei nu este semnificativa la cresterea curentului absorbit Caracteristica mecanica descrie dependenta: formula la formula Aceasta caracteristica este derivata din caracteristicile vitezei la mersul in s arcina, avand aceeasi alura. O caracteristica mecanica la care scaderea turatiei este mica la cresterea cuplului rezultant se numeste caracteristica dura. MOtor ul de curent continuu cu excitatie separata are o caracteristica dura. Caracteristica cuplului electromagnetic este descrisa de relatia: relatie pentru relatie figura Masina asincrona Asa cum am mai aratat la clasificarea masinilor electrice rotative deosebim: -masini de curent alternativ asincrone -masini de curent alternativ sincrone Masina asincrona transforma energia mecanica in energie electromagnetica sua inv ers. Cu toate ca este reversibila se utilizeaza aproape in exclusivitate ca moto r, motiv pentru care il vom trata in aceasta postura. El se caracterizeaza prin aceea ca rotorul sau are un bobinaj inchis, fara a fi excitat de vreo sursa exterioara de tensiune, iar curentii indusi in aceasta inf asurare au o frecventa diferita de cei care au strabatut infasurarile statorului . Aceasta frecventa este in funtie de turatia motorului. Fata de alte masini rotative motorul asincron trifazat prezinta cateva avantaje

esentiale care-l fac cel mai utilizat in aplicatii industriale: -se alimenteaza direct de la reteaua trifazata -constructia este simpla, pret de cost scazut, robustetea este remarcabila -este usor de exploatat. -are o caracteristica mecancia putin dependenta de sarcina Ca dezavantaje mentionam: -curentul mare la pornire -reglarea mai dificila a turatiei Motorul asincron trifazat este cel mai raspandit motor electiric. Elemente constructive ale motorului asincron trifazat Din punct de vedere electromagnetic motorul asincron are doua componente: -inductorul - care produce campul magnetic invartitor -indusul - in care campul magnetic invartitor induce tensiunea electromotoare Din punct de vedere mecanic, motorul asincron este format din: -stator - care este inductorul -rotor - care este indusul Statorul este format din miezul statoric, carcasa cu talpile de fixare, infasura rea statorica, scuturile, cutia de borne, dispozitivul port-perii. rotorul este format din miezul rotoric, infasurarea rotornica, inele de contact. Miezul statornic si rotornic sunt realizate din tole din otel electrotehnic stra nse in pachete rigide. Infasurarea statorica este alcatuita din trei sfarurari de faza, constructiv ide ntice si decalate spatial la un unchi de 2pi/3p, asa cum se observa in figura de mai jos: FIGURA Caracteristicile motorului asincron trifazat Din punctul de vedere al utilizatorului este importanta cunoasterea urmatoarelor caracteristici de functionare: -caracteristica mecanica -caracteristica randamentului -caracteristica factorului de putere Caracteristica mecanica Exprima dependenta momentului de alunecare. Prin definitie alunecarea este data de relatia: SCHEMA + RELATIE unde: RELATIE = viteza unghiulara cu care se roteste campul magnetic inductor OHM2 = viteza unghiulara cu care se roteste rotorul. Dupa cum rezulta din definitia alunecarii, ea poate lua valori intre 0 si 1.Depe ndenta momentului dezvoltat de motorul asincron trifazat este prezentata in figu ra de mai jos. Pentru caracteristica M= f(s) exista cateva puncte caracteristice si anume: Mp = momentul de pornire, caracteristic valorii s=1 Mm = momentul maxim, corespunzator unei valori alunecarii numita alunecare criti ca

Mn = cuplul nominal Caracteristica mecanica poate fi reprezentata prin relatia: relatie Caracteristica randamentului Aceasta caracteristica este definita de relatia: relatie + schema unde P2 = puterea utila furnizata de motor la arbore Randamentul motoarelor asincrone are valori cuprinse intre: 93% la motoarele de peste 500 kW si 75% la motoarele sub 1 kW. Caracteristica factorului de putere Este definita asa cum s-a mai spus de relatia: RELATIE pentru: RELATIE RELATIE La functionarea in gol COS FI are valori mici intrucat puterea activa absorbita este mica iar puterea reactica absorbita pentru realizarea excitatiei este aproa pe aceeasi ca in sarcina. Pe masura ce motorul se incarca puterea activa absorbita creste si factorul de p utere tinde spre valoare maxima: FORMULA care se obtine in jurul incarcarii nominale. Masina sincrona Elemente constructive ale masinii sincrone Masina sincrona se caracterizeaza prin aceea ca intre viteza unghiulara OHM a ro torului si pulsatia retelei la care este conectata exista o legatura rigida de f orma: FORMula unde p = numarul de perechi de poli ai masinii Ea are doua parti constructive: -statorul format din: miez, infasurare, carcasa, scuturi -rotorul format din: miez, infasurare, inele colectoare. Statorul are miezul realizat la fel ca si masina asincrona, cu crestaturi in car e este amplasata infasurarea trifazata. FIGURA Miezul rotornic poate fi realizat:

-cu poli aparenti, prezentata in figura de mai sus. -cu poli inecati prezentati in figura de mai jos FIGURA In cazul masinii cu poli aparenti intrefierul este neuniform, mic in dreptul pie selor polare si mare intre ele. Aceasta constructie se utilizeaza la masini cu t uratie redusa, datorita lipsei sigurantei mecanice. De aceea ea se mai cunoaste si sub numele de constructie de hidrogenerator si se utilizeaza la turatii de or dinul sutelor de rot/min. inversa, rotorul are o infasurare trifazata conectata cu exteriorul prin trei inele. Uneori se intalneste si constructia rotorului fiind cu poli aparenti. In cazul masinii cu poli inecati infasurarea unui pol acopera de oicei 2/3 din d eschiderea sa. In mijlocul polului ramane o zona de aproximativ 1/3 din deschide re, in care nu se practica crestaturi, denumita dintre mare.Aceasta constructie mecanica prezinta o siguranta deosebita si este utilizata la masini sincrone cu viteze mari de rotatie FORMULA In cazul masinilor sincrone trifazate campul magnetic de excitatie se realizeaza cu ajutorul unor infasurari de curent continuu cu poli aparenti sau inecati. Regimurile masinii sincrone Masina sincrona poate functiona in doua regimuri de baza: cel de motor si cel de generator. Masina sincrona nu poate functiona in regim de frana intrucat cuplul magnetic sincron apare doar cand rotorul are aceeasi viteza unghiulara cu cea a campului magnetic rotitor al statorului. Regimul de generator In regim de generator, rotorul rotit cu viteza unghiulara Ohm produce un camp ma gnetic invartitor, cu pulsatia: formula In fiecare din infasurarile rotorului se va induce o tensiune sinusoidala cu fre cventa OMEGA. Tensiunile lor vor fi defazate intre ele cu un unghi FI dat de rel atia: relatie unde alpha = unghiul de decalare spatiala al infasurarilor trifazate. Rotorului i se transfera o putere mecanica: FORMULA Ma = cuplul activ dezvoltat de motorul primar ce actioneaza generatorul. Asupra rotorului se exercita un cuplu: FORMULA Cuplul transferat rotorului asigura cuplul M si acopera pierderile mecanice, adi ca:

FORMULA M indice m = cuplul aferent pierderilor mecanice. Inmultim cu OHM si rezulta: FORMULA FORMULA unde: P = puterea electromagnetica care are urmatoarele componente: FORMULA P indice 2 = puterea electromagnetica trifazata de generator P indice ya = puterea pierduta prin efectul Joule in infasurare P indife Fe = pierderi in fierul statornic Actualmente ca generator trifazat se utilizeaza in exclusivitate generatorul sin cron Regimul de motor Masina sincrona poate functiona si in regim de motor. Insa masina sincrona are u n mare dezavantaj si anume acela ca, nu are un cuplu de primire, adica, nu poate porni din repaus. Pentru a functiona si a rezvlta cuplu este necesara aducerea rotorului la turatia de sincrnism. Aceasta se poate realiza prin doua moduri: -utilizarea unui mic motor asincron avand rotorul cuplat cu cel al motorului asi ncron. Dupa "prindere" in sincronism, motorul asincron este scos din functionare. -utilizarea pornirii in asincron.Pentru aceasta motorul sincron are rotorul prev azut cu o colivie care dezvolta un cuplu suficient pentru a accelera rotorul in gol la o turatie apropiata de cea de sincronism de unde acesta se "prinde" Caracteristicile motoarelor sincrone Caracteristica mecanica a motorului sincron se poate defini doar in situatia de sincronism, pentru ca, numai atunci motorul sincron dezvolta cuplu. Aceasta cara cteristica mecanica este data de relatia: RELATIE + figura Pentru U = ct f = ct si are forma din figura de mai sus.Se observa ca caracteristica mecanica este pe rfect rigida, atata vreme cat cuplul rezistent nu depaseste valoarea maxima admi sa M indice m. Dacamomentul rezistent depaseste valoarea Mm motorul sincron se o preste.