me masina asincrona
DESCRIPTION
laboratorTRANSCRIPT
-
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
==