me masina asincrona

107
2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 1 Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti Departamentul Maşini, Materiale şi Acţionări Electrice V. Maşina Asincronă Conf. Dr. Ing. Leonard Marius MELCESCU

Upload: serban-george-lucian

Post on 08-Nov-2015

41 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

laborator

TRANSCRIPT

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 1

    Universitatea POLITEHNICA din BucuretiDepartamentul Maini, Materiale i Acionri Electrice

    V. Maina Asincron

    Conf. Dr. Ing. Leonard Marius MELCESCU

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 2

    V. 1. Noiuni Introductive

    1885 Motorul Ferraris

    1886 Motorul Tesla

    1889 Dolivo-Dobrovolski

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 3

    V. 1. Noiuni Introductive

    Domeniul de utilizare:

    Ca motor se folosete in industrie pentru acionarea pompelor, compresoarelor, morilor, macaralelor, podurilor rulante.

    Asociat cu un invertor se folosete in traciunea electrica: tramvai, troleu, transport feroviar.

    Ca generator se folosete in microhidrocentrale si in centralele eoliene.

    Motoarele trifazate uzuale au puterile nominale cuprinse intre 0,125-1000 kW insa se construiesc si motoare cu puteri de ordinul MW.

    Majoritatea au tensiunea nominala sub 500 V, insa exista motoare asincrone trifazate de nalta tensiune care se alimenteaz la 3kV, 6kV si 10 kV.

    Avantajele mainilor asincrone: costurile de fabricaie reduse, simplitate constructiva, sigurana in exploatare, performante tehnice ridicate (cuplu de pornire mare si randament ridicat), stabilitate in funcionare, exploatare, manevrare si ntreinere simple.

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 4

    STATOR carcas miez magnetic tole nfurare de Cu scuturi port-lagr

    ROTOR arborele miez magnetic tole nfurre de Cu bobinat sau n colivie din Al sau Cu inele de colectare ventilator

    V. 2. Elemente constructive i mrimi nominale

    Masina cu rotorul in scurtcircuit

    li bare

    inele

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 5

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 6

    V. 2. Elemente constructive i mrimi nominale

    Maina asincron cu rotorul bobinat

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 7

    V. 2. Elemente constructive i mrimi nominale

    V. Maina Asincron

    Mrimile nominale:

    Puterea nominal Pn [kW] (Puterea mecanic furnizat la ax) Tensiunea nominal de linie a statorului Un [V] Curentul nominal de linie al statorului In [A] Conexiunea nfurrilor indusului (Y sau ) Factorul de putere nominal cos(n) Frecvena nominal fn [Hz] Turaia nominal nn [rot/min]

    La maina cu rotorul bobinat: T.E.M. de linie a rotorului U20 [V] Curentul nominal de linie a rotorului I2n [A]

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 8

    V. 2. Elemente constructive i mrimi nominale

    V. Maina Asincron

    Simbolizare:

    maina asincron cu rotorul bobinat cu rezisten suplimentar n rotor

    maina asincron cu rotorul n colivie

    maina asincron curotorul bobinat

    K ML

    p

    U WV

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 9

    V. 3. Funcionarea mainii asincrone ca motor electric

    U

    V

    W

    iu

    iw

    iv

    23

    23

    K

    M

    L

    il

    im

    ik

    Viteza cmpului magnetic al statorului n raport cu statorul:

    pf

    p11

    12 ==

    Viteza rotorului:

    1602

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 10

    V. 3. Funcionarea mainii asincrone ca motor electric

    K

    M

    L

    pf1

    12= 21 =

    Viteza cmpului magnetic al statorului n raport cu statorul:

    Viteza cmpului magnetic al statorului n raport cu rotorul:

    Deplasarea cmpului magnetic al statorului fa de rotor

    Cu se va nota alunecarea rotorului fa de cmpul magnetic nvrtitor al statorului:

    s1

    1

    1

    2

    =

    =s 12 = s

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 11

    Cmpului magnetic al statorului, variabil n raport cu rotorul, induce tensiuni electromotoare n nfurrile rotorului

    K

    M

    L

    el

    em

    ek1122 22

    sfpspf ===

    Frecvena tensiunilor induse n rotor:

    Pulsaia tensiunilor induse n rotor:

    122 sp ==

    V. 3. Funcionarea mainii asincrone ca motor electric

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 12

    Tensiunile induse n nfurarea nchis a rotorului,determin apariia unor cureni ai rotorului cu frecvena: ( )= 12 2

    pf

    K

    M

    L

    il

    im

    ik

    Curenii rotorici produc un cmp magnetic nvrtitor:

    Viteza cmpului magnetic nvrtitor rotoric fa de rotor: 222 2 ==

    pf

    p( )= 1

    V. 3. Funcionarea mainii asincrone ca motor electric

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 13

    Viteza cmpului magnetic nvrtitor al rotorului fa de stator:

    U

    V

    W

    iu

    iw

    iv

    K

    M

    L

    il

    im

    ik

    Viteza cmpului magnetic nvrtitor al rotorului fa de rotor:

    ( )1 ( ) 11 =+

    Cmpului rotorului se nvrte cu viteza de sincronism:

    pf1

    12=

    V. 3. Funcionarea mainii asincrone ca motor electric

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 14

    U

    V

    W

    iu

    iw

    iv

    K

    M

    L

    il

    im

    ik

    Cele dou cmpuri magnetice se nvrt cu aceeai vitez, cu viteza de sincronism:

    V. 3. Funcionarea mainii asincrone ca motor electric

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 15

    U2

    U1

    W1

    V1 W2V2

    iU

    iW

    iV

    K

    M

    L

    11

    1=22+=1

    2

    iK

    iL

    iM

    f1

    f2

    pf

    p11

    12 ==

    1602

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 16

    Cele dou cmpuri magnetice vor interaciona la nivelul ntrefierului i vor determina apariia unui cuplul electromagnetic care va solicita cele dou armturi n sensuri opuse.

    Relaii echivalente pentru alunecare:

    1

    1

    =s

    1

    1

    nnns =

    1

    2

    =s

    1

    2

    =s1

    2

    ffs =

    Turaia rotorului:

    1)1( nsn =

    Frecvena mrimilor din rotor:

    12 sff =

    V. 3. Funcionarea mainii asincrone ca motor electric

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 17

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

    V. 4.1. Fluxul cmpului magnetic nvrtitor si inductivitile nfurrilor

    ( )111110111 sin22

    2ptI

    pkwmb

    e

    w =

    Fundamentala cmpului nvrtitor produs de nfurarea statorului in raport cu statorul :

    axa spaial stator

    axa spaial rotor

    U

    V

    W

    iu

    iw

    iv

    1

    2

    K

    M

    L

    23p

    23p

    il

    im

    ik

    armtur mobil

    armtur fix

    carcas

    ax

    0221 ++=+= tppp

    Fundamentala cmpului nvrtitor produs de nfurarea statorului in raport cu rotorul :

    ( )0221110112 sin22

    2= ptI

    pkwmb

    e

    w

    = p12

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 18

    V. 4.1. Fluxul cmpului magnetic nvrtitor si inductivitile nfurrilor

    ( )222220222 sin22

    2ptI

    pkwmb

    e

    w =

    Fundamentala cmpului nvrtitor produs de nfurarea rotorului in raport cu rotorul :

    axa spaial stator

    axa spaial rotor

    U

    V

    W

    iu

    iw

    iv

    1

    2

    K

    M

    L

    23p

    23p

    il

    im

    ik

    armtur mobil

    armtur fix

    carcas

    ax

    Fundamentala cmpului nvrtitor produs de nfurarea rotorului in raport cu statorul :

    ( )0112220221 sin22

    2+= ptI

    pkwmb

    e

    w

    0112 == tppp

    += p21

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 19

    V. 4.1. Fluxul cmpului magnetic nvrtitor si inductivitile nfurrilor

    Fluxul magnetic total unei faze oarecare de pe stator corespunztor fundamentalei cmpului produs de curenii din stator:

    )sin( 1m1111 t=( )

    2

    22 i1

    2w11

    0

    21

    m11 lIpkwm

    e

    =

    Fluxul magnetic total unei faze oarecare de pe rotor corespunztor fundamentalei cmpului produs de curenii din stator:

    )sin( 02m1212 = t( )( )

    2

    22 i1

    22w110

    21

    m12 lIpkwkwm

    e

    w

    =

    Fluxul magnetic total unei faze oarecare de pe rotor corespunztor fundamentalei cmpului produs de curenii din rotor:

    )sin( 2m2222 t=( )

    2

    22 i2

    2w22

    0

    22

    m22 lIpkwm

    e

    =

    Fluxul magnetic total unei faze oarecare de pe stator corespunztor fundamentalei cmpului produs de curenii din rotor:

    )sin( 01m2121 += t( )( )

    2

    22 i2

    w22w110

    22

    m21 lIpkwkwm

    e

    =

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 20

    Fluxul magnetic al unei faze oarecare de pe rotor sau stator cuprinde fluxul dat de fundamentala cmpului nvrtitor care nlnuie toate fazele nfurrilor din stator si rotor si fluxul de dispersie care nlnuie numai spirele fazei respective.

    V. 4.1. Fluxul cmpului magnetic nvrtitor si inductivitile nfurrilor

    Fluxul unei nfurri de pe stator:

    Fluxul unei nfurri de pe rotor:

    1111 +=2222 +=

    Inductivitatea nfurrii de faza a statorului in raport cu fluxul total produs de toate nfurrile de faza din stator:

    Inductivitatea nfurrii de faza a rotorului in raport cu fluxul total produs de toate nfurrile de faza din rotor:

    1111 L+= LL 1L Inductivitatea de dispersie( )

    22

    i2

    w112

    1011 lp

    kwme

    =L - Inductivitatea ciclica proprie a statorului

    2222 L+= LL 2L Inductivitatea de dispersie( )

    22

    i2

    w222

    2022 lp

    kwme

    =L - Inductivitatea ciclica proprie a rotorului

    21m11

    11 I=L

    22m22

    22 I=L

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 21

    V. 4.1. Fluxul cmpului magnetic nvrtitor si inductivitile nfurrilor

    ( )

    22

    i2

    1w12

    1011 lp

    kwme

    =L

    ( )

    22

    i2

    w222

    2022 lp

    kwme

    =LInductivitatea ciclica proprie a rotorului

    Inductivitatea ciclica proprie a statorului

    Inductivitatea ciclica mutuala a statorului fata de rotor:

    ( )( )

    22

    iw22w11

    22

    021 lpkwkwm

    e

    =L

    Inductivitatea ciclica mutuala a rotorului fata de stator: ( )( )

    22

    iw22w11

    21

    012 lpkwkwm

    e

    =L

    22m21

    21 I=L

    21m12

    12 I=L

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 22

    V. 4.2. Ecuaiile tensiunilor si curenilor

    Ipoteze de lucru:

    Maina este trifazat i are o construcie simetric; nfurarea rotoric este trifazat i are acelai numr de poli ca i statorul; Circuitele statorului reprezint inductorul; Circuitele rotorului n scurtcircuit reprezint indusul; Datorit simetriilor relaiile se vor scrie pentru o faz; Curenii i tensiunile rotorice avnd pulsaie diferit se va utiliza reprezentarea n complex nesimiplificat.

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 23

    Dac u este fluxul pe pol al cmpului magnetic nvrtitor rezultant de la nivelul ntrefierului, t.e.m. indus n nfurarea unei faze de pe stator va avea valoarea efectiv:

    u111u111

    1 44,42 == ww kwfkwE

    1wk1w Numrul de spire stator

    Factorul de nfurare al statorului

    Valoarea efectiv a t.e.m. induse n nfurarea unei faze de pe rotor:

    u222u222

    2 44,42 == wws kwfkwE

    2wk2w Numrul de spire rotor

    Factorul de nfurare al rotorului

    Valoarea efectiv a t.e.m. induse n nfurarea unei faze de pe rotor la pornire:

    La pornire: 10

    1

    1

    1

    1 ===n

    nn

    nns0=n 112 fsff ==

    u221u221

    2 44,42 == ww kwfkwE 22 sEE s =

    V. 4.2. Ecuaiile tensiunilor si curenilor

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 24

    Fluxurile de dispersie ale celor dou nfurri:

    111 iL=222 iL= 2L

    1L Inductivitile de dispersie ale celor dou nfurri

    Fluxurile de dispersie induc n nfurrile crora le aparin, t.e.m. suplimentare avnd frecvena curenilor respectivi i defazaje cu /2 n urma acestora. Valorile efective ale tensiunilor induse sunt:

    111111 IXILE ==222212222s IsXILsILE ===

    Reactanele de dispersie i se definesc la frecvena din stator1X 2X

    V. 4.2. Ecuaiile tensiunilor si curenilor

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 25

    Schemele electrice echivalente:

    ==

    s2s222

    11111

    0 eeiReeiRu

    Ecuaiile n instantaneu:

    Ecuaiile n complex nesimplificat:

    +=+=

    tjstjstjs

    tjtjtjtj

    esejsXeR

    eejXeRe1

    21

    221

    22

    11

    111

    111

    11

    EII0

    EIIU

    +=+=

    22222

    111111

    EII0

    EIIU

    jXs

    RjXR

    Ecuaia circuitului rotoric corespunde unui circuit imobil n care se induce o t.e.m E2definit la pulsaia 1, parcurs de curentul I2 de pulsaie 1 avnd X2 definit la 1 si rezistena R2/s dependent de viteza de rotaie.

    V. 4.2. Ecuaiile tensiunilor si curenilor

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 26

    V. 4.2. Ecuaiile tensiunilor si curenilor

    Fluxul total al nfurrii unei faze de pe stator corespunztor cmpului magnetic nvrtitor rezultant de la nivelul ntrefierului se poate exprima:

    ( )221111u11 2 IIkw w LL +=

    Fluxul total al nfurrii unei faze de pe rotor corespunztor cmpului magnetic nvrtitor rezultant de la nivelul ntrefierului se poate exprima:

    ( )112222u22 2 IIkw w LL +=

    Fluxul corespunztor cmpului magnetic nvrtitor rezultant de la nivelul ntrefierului,

    += 2221110u 4

    23

    4232

    2

    2 I

    pkwI

    pkwl wwi

    e

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 27

    V. 4.2. Ecuaiile tensiunilor si curenilor

    Fluxul corespunztor cmpului magnetic nvrtitor rezultant de la nivelul ntrefierului,

    += 2221110u 4

    23

    4232

    2

    2 I

    pkwI

    pkwl wwi

    e

    Solenaia de magnetizare rezultanta:

    222

    111

    111

    1

    423

    423

    423

    IpkwI

    pkwI

    pkw www +==

    Solenaia produsa de stator Solenaia produsa de rotor

    Curentul de magnetizare:

    211

    2211 Ikw

    kwIIw

    w+=

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 28Relaia de tensiuni stabilete legtura ntre fazele iniiale fiind

    valabil la orice turaie i permite scrierea relaiilor dintre cureni.

    U1U2

    V1

    V2

    W1

    W2

    K1 K2

    L2

    M1

    M2

    L1

    111

    222 EE

    w

    w

    kwkw=

    e

    12

    EE

    k=

    ( ) 22210111 III ww kwkw =11

    22i

    w

    wkwkwk = ( ) 2i101 III k=

    Cmpul magnetic nvrtitor din ntrefierul mainii este creat de aciunea simultan a curenilor din stator i rotor. Pentru a produce acest cmp este necesar existena unui curent care s acopere i pierderile din miezul magnetic.

    Se consider curentul I10, o component a curentului din stator care produce tensiunea magnetomotoare de magnetizare. Solenaia produs de curentul (I1-I10) va fi compensat la nivelul ntrefierului de solenaia curenilor din rotor. Aceast relaie de compensare se menine la orice turaie.

    Pentru o poziie particular a rotorului, n care axele fazelor statorice i rotorice sunt antiparalele (s=1) se poate scrie:

    Relaia tensiunilor:

    Relaia solenaiilor: Raportul curenilor:

    V. 4.2. Ecuaiile tensiunilor si curenilor

    22

    11e

    w

    wkwkwk =

    Raportul tensiunilor:

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 29

    V. 4.3. Raportarea mrimilor rotorului i diagrama de fazori

    e22

    11 kkwkw

    w

    w =

    e2e

    22e2

    e

    22e

    2 EII

    0 kk

    kXjk

    ks

    R +=

    1e22 EEE == k2e22 kXX =2e22 kRR =e

    22I

    Ik

    =Notaii:

    '2

    '2

    '2

    '2

    '2 EII0 += jX

    sR

    Ecuaia de tensiuni din rotor n mrimi raportate:

    1'2

    '2

    '2

    '2 EII0 ++= jX

    sR

    +=+=

    22222

    111111

    EII0

    EIIU

    jXs

    RjXR

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 30

    10I

    V. 4.3. Raportarea mrimilor rotorului i diagrama de fazori

    =++=

    +=

    1021

    12222

    111111

    II'I

    EI''I''0

    EIIU

    jXs

    RjXR

    ( ) 22210111 III ww kwkw =1w1

    1kw

    1E

    a10I

    1I

    1U

    11IR11IjX

    '2

    '2 I

    sR

    '2

    '2 IjX

    '2I

    1I

    1

    ( ) 2e

    222

    w11

    w22101 'I

    IIIII ====

    kk

    kwkw

    i

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 31

    V. 4.4. Schemele echivalente ale mainii asincrone

    f1

    1 1

    Fe

    f2

    110a

    22

    1

    f1

    10

    Schemele echivalente in T

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 32

    V. 4.4. Schemele echivalente ale mainii asincrone

    f1

    1 1

    Fe

    f2

    110a

    22

    1

    f1

    10

    111 jXRZ += 222s ''' jXsRZ +=

    jXRXjR

    ZFe

    Fe

    +=m

    Schemele echivalente in T

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 33

    V. 4.4. Schemele echivalente ale mainii asincrone

    Schema echivalent in

    f1 1 m

    f1

    10

    1 1 12

    2s

    f2

    1

    m

    11 1c Z

    Z+=

    La majoritatea mainilor

    { } { } 1111 cccImcRe =>>

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 34

    n1

    Mext

    M

    M

    n

    1= extext MPPuterea necesar pentru a rotii armtura exterioar:

    Puterea la nivelul ntrefierului care acioneaz asupra rotorului:

    1= MPemPuterea mecanic transmis de rotor:

    emPssMMP )1()1(' 12 ===Pierderile Joule din nfurarea rotoric:

    ememememfJ sPPsPPPIRP ==== )1('3 22 222

    Puterea electromagnetic

    Puterea electromagnetic la nivelul ntrefierului se poate obine absorbind o puterea electric: emFeJ PPPP ++= 11

    - Pierderile Joule din nfurarea statoric2111 3 fJ IRP = FeP - Pierderile n miezul statoric

    V. 4. Teoria mainii asincrone polifazate ideale in regimul permanent

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 35

    Puterea absorbit:

    )cos(3 1111 IUP =

    Pierderile Joule din nfurarea statoric:

    Pierderile n miezul statoric:2

    222 3 fJ IRP =Pierderile Joule din nfurarea rotoric:

    2111 3 fJ IRP =

    FeP

    Pierderile de frecare si ventilaie:

    Pierderile suplimentare:

    mvP

    sP

    Randamentul: svfJFeJ PPPPPP

    PPP

    +++++== ,2122

    1

    2

    Pierderile din miezul rotoric 0, pentru c f2

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 36

    V. 6. Regimuri limita de funcionare

    V. 6. 1 Funcionarea in gol

    GOL: = ax2 MP0ax =M 0s =P02J =P

    STATOR

    N

    T

    R

    E

    F

    I

    E

    R

    ROTOR

    10P

    10JP FeP mvP

    1e = MP 02 = MP10'P

    210f11010 3' IRPP =

    ( )10101010 cos3 IUP =210f110J 3 IRP =

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 37

    Schema echivalent la gol:

    1E

    10fI

    a10I

    1I

    1fU

    10f1IR

    10f1IjX

    0

    1010'

    =+=

    2E

    EIIU

    w111

    110f110f11f

    kwj

    jXR

    %6010 =iV. 6. 1 Funcionarea in gol

    V. 6. Regimuri limita de funcionare

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 38

    1E

    10fI

    a10I

    1I

    1fU

    10f1IR

    10f1IjX

    0

    1010'

    )sin()'sin(:)cos()'cos(:

    101f10f11012

    101f10f11011

    UIXEdUIREd=+=+

    1d

    2d

    ( ) ( )210f1101f210f1101f1 )sin()cos( IXUIRUE +=

    Schema echivalent la gol:

    V. 6. 1 Funcionarea in gol

    EIIU 10f110f11f += jXR

    V. 6. Regimuri limita de funcionare

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 39

    10f1

    1010 3

    ')'cos(IE

    P=

    )'cos( 1010f1

    Fe IER =

    )'sin( 1010f1

    IEX =

    )sin()'sin(:)cos()'cos(:

    101f10f11012

    101f10f11011

    UIXEdUIREd=+=+

    ( ) ( )210f1101f210f1101f1 )sin()cos( IXUIRUE +=

    Schema echivalent la gol:

    V. 6. 1 Funcionarea in gol

    V. 6. Regimuri limita de funcionare

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 40

    V. 6. 2 Regimul de scurtcircuit

    SCURTCIRCUIT: = ax2 MP0= 0s =P0mv =P

    STATOR

    N

    T

    R

    E

    F

    I

    E

    R

    ROTOR

    scP

    1JP 2JPFeP

    1e = MP

    0=n

    V. 6. Regimuri limita de funcionare

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 41

    Schema general:

    Schema echivalent la scurtcircuit: 0=n 1=s

    V. 6. 2 Regimul de scurtcircuit

    V. 6. Regimuri limita de funcionare

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 42

    Schema echivalent la scurtcircuit: 0=n 1=s

    2n1f

    scnsc 3I

    PR = 2sc

    2

    f1n

    fscnsc RI

    UX

    =

    1sc2' RRR =2

    ' sc21XXX ==

    f1

    1 1 f222f1

    V. 6. 2 Regimul de scurtcircuit

    V. 6. Regimuri limita de funcionare

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 43

    ( )22112

    211

    12

    '''

    XcXs

    RcR

    UI

    ++

    +=

    V. 7. Cuplul electromagnetic al mainii asincrone i regimurile de funcionare

    Puterea electromagnetic transmis rotorului mainii asincrone :

    1

    2222 3 === M

    sIR

    sP

    P jem

    1

    222

    1

    222 ''33

    == sIR

    sIRM

    2s2111

    1

    1

    2

    'ccU

    c'I

    ZZ +=Cuplul electromagnetic:

    ( )( )2211

    22

    11

    2

    1

    21

    ''

    '3

    XcXs

    RcR

    sR

    UsM

    ++

    += 111 jXRZ +=

    22

    2s ''' jXs

    RZ +=

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 44

    Cuplul electromagnetic:

    0)( =

    ssM

    ( ) ++=

    2211

    21111

    21

    '2

    13

    XcXRRc

    UM m

    ( )22112121

    '

    '

    XcXR

    Rcsm ++=

    Valoarea maxim a cuplului electromagnetic:

    Mm nu depinde de valoarea lui R2;Mm este proporional cu U12;sm (alunecarea critic) este proporional cu R2.

    Observaii:

    ( )( )2211

    22

    11

    2

    1

    21

    ''

    '3

    XcXs

    RcR

    sR

    UsM++

    +

    =

    V. 7. Cuplul electromagnetic al mainii asincrone i regimurile de funcionare

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 45

    ss

    ss

    MMm

    m

    m

    += 2

    Regimurile de funcionare:

    s(0,1) regim de motor;s1 regim de frn.

    Maina funcioneaz stabil n regim de motor dac s(0,sm).

    Caracteristica M=f(s) poate fi aproximat analitic cu relaia lul KLOSS:

    V. 7. Cuplul electromagnetic al mainii asincrone i regimurile de funcionare

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 46

    Se obine din caracteristica M=f(s) considernd relaia:

    ( )snn = 11M

    n

    n1

    Mm-Mm 0

    nm

    Mp

    MotorGenerator

    Frn

    ( )Mfn =Definiie:

    Regimurile de funcionare:

    Cadranul I regim de motor;Cadranul II regim de generator;Cadranul IV regim de frn.

    Maina funcioneaz stabil n regim de motor pe poriunea cuprins ntre n1 i Mm.

    V. 8. Caracteristica mecanic a mainii asincrone

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 47

    V. 8. Caracteristica mecanic a mainii asincrone

    Stabilitatea funcionarii in regim de motor

    Ecuaia micri rotorului:

    rMMtJ =

    dd

    rMMtnJ =

    dd

    602

    In regim stabilizat: )()( nMnM r=0dd =

    tn

    si

    Fie n o mica abatere a turaiei fata de punctul de stabilitate caracterizat de turaia n.

    Dezvoltarea in serie Taylor a funciilor M(n) si Mr(n) si reinerea primilor doi termeni rezulta:

    ( ) ( )!1n

    nMnMnnM +=+

    ( ) ( )!1

    rrr

    nn

    MnMnnM +=+

    Ecuaia micri rotorului devine:

    ( ) nn

    MnM

    tnJ

    = rd

    d602

    C

    n

    A

    M

    n1B Mm

    23

    1

    nA

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 48

    Stabilitatea funcionarii in regim de motor

    Ecuaia micri rotorului:

    Motorul funcioneaz stabil atunci cnd abaterea ntinde sa se diminueze , adic

    Acest lucru se ntmpla pentru:

    ( ) nn

    MnM

    tnJ

    = rd

    d602

    0n

    0r

    s

    Ms

    M

    ( ) 0d

    d

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 49

    Punctul de funcionare nominal:

    Capacitatea de suprasarcina:

    C

    n

    A

    M

    n1B Mm

    23

    1

    nAAA

    C

    ( )1mn ,nnn ( )mn ,0 MM

    ( )mn ,0 ss ( )mn ,0 MM

    ( )Mfn =

    ( )sfM =

    n

    mm M

    Mk =

    - sn = 0,010,06

    - km = 1,83

    nm

    V. 8. Caracteristica mecanic a mainii asincrone

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 50

    V. 9. ncercrile motorului asincron

    V. 9.1. ncercarea de mers n gol

    Schema de ncercare:

    Pentru U10 [0,5 1,05 ] U1n se msoar:

    P1=P10 I1=I10

    Caracteristica curentului de mers in gol:

    0

    I10

    I10n

    Um Un U10

    ( )0sn1010 | =

    ==M

    ffUfI

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 51

    V. 9.1. ncercarea de mers n gol

    0

    cos(10)

    Um Un U10

    cos(10n)

    0

    P10

    P10n

    Um Un U10

    Caracteristica puterii la mersul in gol: Caracteristica factorului de putere la mersul in gol:

    ( )0sn1010 | =

    ==M

    ffUfP ( ) ( )0sn1010 |cos =

    ==M

    ffUf

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 52

    V. 9.1. ncercarea de mers n gol

    Separarea pierderilor:

    0

    P10

    P10n

    U2m U2n U210

    P10

    Pf,v

    PFen

    0

    P10

    P10n

    Um Un U10

    P10

    Pf,v

    PFen

    210f11010 3' IRPP =

    Se reprezint:( )0sn

    21010 | =

    ==M

    ffUfP ( )0sn

    210

    '10 | =

    ==M

    ffUfP

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 53

    V. 9.1. ncercarea de mers n gol

    10f1

    1010 3

    ')'cos(IE

    P=)'cos( 1010f

    1Fe I

    ER =)'sin( 1010f

    1 I

    EX =

    ( ) ( )210f1101f210f1101f1 )sin()cos( IXUIRUE +=

    Parametrii schemei electrice echivalente:

    Pentru U10=U1n se determina:

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 54

    V. 9.2. ncercarea n scurtcircuit

    Schema de ncercare:

    Cu rotorul blocat pentru Usc [0 1 ] UM se msoar:

    P1=Psc I1=Isc

    Caracteristica curentului de scurtcircuit:

    U10

    IscIM

    Um UM

    IL

    UL

    ( )0

    nscsc | ===

    nffUfI

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 55

    0

    Psc

    PM

    Um UM U1

    PL

    UL 0

    cos(sc)

    Um UM U1UL

    Caracteristica factorului de putere la scurtcircuit:

    Caracteristica puterii la scurtcircuit:( )0

    nscsc | ===

    nffUfP ( ) ( )

    0nscsc |cos =

    ==n

    ffUf

    cos(scL)

    V. 9.2. ncercarea n scurtcircuit

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 56

    V. 9.2. ncercarea n scurtcircuit

    Curentul de pornire:

    0

    IscIM

    Um UM

    IL

    UL

    LmL

    mnscnp IUU

    UUII ==

    Cuplul de pornire:

    0

    Psc

    PM

    Um UM U1

    PL

    UL

    L

    2

    L

    pscnp MI

    IMM

    == )3(2

    60LFe,

    2fL1L

    1L PIRPn

    M =

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 57

    V. 9.3 Caracteristicile de funcionare in sarcina

    Caracteristica curentului I = f(P2/P2n); Caracteristica cuplului M = f(P2/P2n); Caracteristica randamentului = f(P2/P2n); Caracteristica factorului de putere cos() = f(P2/P2n); Caracteristica turaiei n= f(P2/P2n); Caracteristica alunecrii s= f(P2/P2n);

    Se determina in urma ncercrii in sarcina pentru U1 =U1n si f1=fn :

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 58

    V. 9.3. Determinarea caracteristicilor de funcionare

    Exemplu pentru un motor de 5,5kW cu p=2

    ( )n1n1n221 |/

    ffUUPPfI

    === ( ) n1n1n22 |/ ff UUPPfM ===

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 59

    V. 9.3. Determinarea caracteristicilor de funcionare

    Exemplu pentru un motor de 5,5kW cu p=2

    ( )n1n1n22 |/

    ffUUPPf

    === ( ) ( )

    n1n1n22 |/cos

    ffUUPPf

    ===

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 60

    V. 9.3. Determinarea caracteristicilor de funcionare

    Exemplu pentru un motor de 5,5kW cu p=2

    ( )n1n1n22 |/

    ffUUPPfn

    === ( )

    n1n1n22 |/

    ffUUPPfs

    ===

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 61

    Pornirea motorului asincron se face considernd: condiiile impuse de reeaua electric de alimentare; condiiile impuse de mecanismul de acionat.

    Cuplul electromagnetic la pornire trebuie sa fie suficient de mare pentru a se realiza pornirea in gol sau in sarcina in funcie de condiiile de funcionare ale mainii.

    Curentul de pornire al motorului s nu depeasc valoarea limit admisibil determinat de reeaua de alimentare, pentru a evita cderile mari de tensiune din reea, care provoac deranjamente altor consumatori.

    Durata procesului de pornire trebuie sa fie cat mai scurta pentru a nu se produce nclziri nsemnate ale nfurrii statorului.

    Problemele pornirii motoarelor asincrone se rezolv n funcie de tipul constructiv al acestora (cu colivie sau cu rotor bobinat).

    V. 9. ncercrile motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 62

    V. 10. Pornirea motorului asincron

    V. 10.1 Pornirea motorului asincron cu rotorul bobinat

    Relaia lui Kloss:

    ss

    ss

    MMm

    m

    m

    += 2

    2P 12

    112

    m

    mm

    m

    m

    m

    ssM

    ss

    MM +=+=

    [ ]2,005,0 ms mmsMM 2P

    Cuplul de pornire:

    1=s

    uzual:

    ( )''

    2111

    21

    xcxRRcsm ++= 2~ Rsm

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 63

    Prin introducerea unei rezistene n serie cu nfurarea rotoric se modific valoarea alunecrii critice, sm, i implicit a cuplului de pornire.

    M

    Mm

    sm0

    Rp3>Rp2>Rp1>0

    sm1 s

    Rp=0Rp=Rp1

    Rp=Rp2

    sm2 sm3=1

    Rp=Rp3

    Schema electric a pornirii reostatice:

    Iniial Rp se pune pe valoare maxim i pe msur ce turaia motorului crete se scade treptat valoarea acesteia;

    Introducerea reostatului de pornire asigur valori reduse ale curentului de pornire i creterea cuplului de pornire

    V. 10.1 Pornirea motorului asincron cu rotorul bobinat

    V. 10. Pornirea motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 64

    V. 10.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul n colivie

    Motoarele asincrone cu colivie cu puteri pn n 10 kW se pornesc direct prin conectare la reea.

    Curentul de pornire: Ip = (58)In ; Cuplul de pornire este suficient n comparaie cu cel nominal.

    a. Pornirea directa

    Variaia curenilor la pornirea direct n sarcina a unui motor de 2,2 kW

    Variaia cuplului la pornirea direct n sarcina a unui motor de 2,2 kW

    V. 10. Pornirea motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 65

    V. 10.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul n colivie

    a. Pornirea directa

    Traiectoria punctului de funcionare al mainii n timpul procesului de pornire in cazul unui motor de motor de 5,5 kW cu 4 poli

    V. 10. Pornirea motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 66

    La puteri mai mari cuplul de pornire este redus iar ocurile de curent devin suprtoare pentru reea.

    Pentru mrirea cuplului de pornire se iau msuri constructive speciale pentru a mri rezistena rotoric la pornire. Acestea constau n construcia coliviei rotorice cu bare nalte sau utilizarea unei duble colivii.

    eJJm

    e

    l

    s

    Cl

    Cp

    e

    l

    s

    Cl

    Cp

    colivie cu bare nalte (Ip = (47)In) colivie dubl Ip = (45)In

    V. 10. Pornirea motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 67

    Pentru limitarea curentului absorbit la pornire se mai folosesc urmtoarele metode:

    b. Pornirea Y/:

    U1 V1 W1

    U2 V2 W2

    K2_Y K3_

    K1

    L1L2L3

    m

    sm 1

    YSchema electric a pornirii Y/:

    21~ UM m

    21~ UM

    V. 10.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul n colivie

    V. 10. Pornirea motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 68

    c. Pornirea prin creterea treptata a tensiunii de alimentare:

    ( ) nn UU 7,05,0c1. Pornirea autotransformatorul: c2. Pornirea cu variatorul de tensiune alternativa trifazat:

    V. 10.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul n colivie

    V. 10. Pornirea motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 69

    c. Pornirea prin creterea treptata a tensiunii de alimentare:

    c3. Pornirea cu ajutorul unei impedane

    V. 10.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul n colivie

    n

    MMpUn

    Zp

    n1

    Mr Mp

    V. 10. Pornirea motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 70

    V. 11. Reglarea turaiei motorului asincron

    ( ) ( )spfsnn == 1601 11

    Turaia se poate modifica prin:a. Modificarea numrului de perechi de poli,b. Modificarea alunecrii.c. Modificarea frecvenei,

    V.11 1. Modificarea numrului de perechi de poli

    Se poate face numai la maina cu rotorul n colivie prin combinarea diferit a bobinelor nfurrii unei faze.

    Metod economic, ins dezavantajoas pentru c reglajul se face n trepte.

    Pe pia se gsesc in mod curent motoare cu 2 sau 3 turaii de sincronism.

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 71

    V.11.1. Modificarea numrului de perechi de poli

    pfn 11

    60=

    N

    N

    S

    S

    N

    S

    motorn

    M

    n1 A

    Mr

    n1

    generator

    D

    B

    C

    p=1p=2

    La cupluri nominale egale raportul puterilor nominale este egal cu cel al turaiilor de sincronism;

    Se ncearc sa se menin in limite admisibile solicitrile magnetice ale miezului, respectiv inducia magnetica in ntrefier si solicitrile electrice ale nfurrii pentru ambele conexiuni.

    V. 11. Reglarea turaiei motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 72

    V.11.1. Modificarea numrului de perechi de poli

    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    1400

    1600

    0.00 20.00 40.00 60.00 80.00Electromagnetic Torque [Nm]

    R

    o

    t

    o

    r

    S

    p

    e

    e

    d

    [

    r

    p

    m

    ]

    actual paper winding 4-poleswell known winding [1] 4-polesactual paper winding 6-poleswell known winding [1] 6-polesExemplu motor cu doua turatii in raportul 1:1,5

    p=2 p=3inn rot/m15001 = inn rot/m10001 =

    V. 11. Reglarea turaiei motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 73

    V.11.1. Modificarea numrului de perechi de poli

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 10 20 30 40 50

    T[Nm]

    n[rpm]

    Experimental W=53 w=35FEM W=53 w=35FEM W=51 w=37FEM W=59 w=28

    0

    300

    600

    900

    1200

    1500

    0 30 60 90 120

    T[Nm]

    n[rpm]

    Experimental W=53 w=35FEM W=53 w=35FEM W=51 w=37FEM W=59 w=28

    Exemplu motor cu doua turatii in raportul 1:4

    inn rot/m15001 = inn rot/m3751 =p=2 p=8

    V. 11. Reglarea turaiei motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 74

    a. modificarea tensiunii de alimentare;

    Reglajul turaiei prin scderea tensiunii de alimentare

    Reglajul este eficient la cupluri de sarcina ridicate, insa se face in limite restrnse;

    Reducerea tensiunii de alimentare diminueaz capacitatea de suprancrcare;

    Se folosete destul de rar.

    V.11.2. Modificarea alunecrii

    V. 11. Reglarea turaiei motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 75

    b. modificarea rezistenei rotorice (numai la maina cu rotorul bobinat);

    Reglajul turaiei prin modificarea rezistenei din circuitul rotorului

    s

    1

    Reglajul se face in limite largi pentru cupluri de sarcina ridicate si in limite restrnse pentru cupluri de sarcina mici;

    Este un reglaj ineficient din punct de vedere energetic deoarece se face prin creterea pierderilor Joule in rotor;

    V.11.2. Modificarea alunecrii

    V. 11. Reglarea turaiei motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 76

    c. modificarea puterii din circuitul rotorului (numai la maina cu rotorul bobinat).

    Consta in recuperarea puterii din rotor prin conectarea unui redresor la bornele nfurrii secundare.

    Tensiunea continua obinuta este folosita pentru alimentarea unui motor de curent continuu cuplat mecanic cu motorul asincron (cascada KRAMER);

    Tensiunea continua este transformata in tensiune alternativa cu un invertor care este cuplat la retea (cascada SCHERBIUS);

    V.11.2. Modificarea alunecrii

    V. 11. Reglarea turaiei motorului asincron

  • 2014 - Facultatea de Inginerie Electrica 77

    V.11.3. Modificarea frecventei tensiunii de alimentare.

    111

    11E 22

    2 == fU 111E1 IRUU =

    .E1n1

    E1

    1

    constf

    Uf

    Uff

    n

    n

    ==