tipuri de infasurari de curent alternativ

TIPURI DE INFASURARI DE CURENT ALTERNATIV

2.1. Elemente constructive si clasificarea infasurarilor.

Infasurarile masinilor electrice se realizeaza din conductor de Cu sau Al, izolat cu hartie, bumbac, email, fibre de sticla, etc.

Elementele constructive ale unei infasurari sunt: spira, latura de bobina, bobina si grupa de bobine (sau semigrupa de bobine).

Infasurarea unei masini electrice este realizata din bobine conectate in serie sau in paralel.

Bobina: - este formata din una sau mai multe spire legate in serie; spirele aceleiasi bobine sunt grupate impreuna si se aseaza de obicei in aceleasi crestaturi.

- Bobina care are o latura intr-o crestatura dinspre intrefier (o latura activa), iar cealalta latura in afara campului din intrefier se numeste bobina in inel.

- Bobina cu ambele laturi situate in campul magnetic din intrefier (doua laturi active) se numeste bobina in toba.

Infasurarea de curent alternativ polifazata este formata din m infasurari distincte, fiecare fiind parcursa de unul din cei m curenti de faza.

Infasurarea de faza realizata din una sau mai multe bobine pe perechea de poli, avand laturile de ducere, respectiv de intoarcere, situate in aceleasi crestaturi, este denumita infasurare concentrata.

Infasurarea de faza, realizata cu doua sau mai multe bobine pe pe-rechea de poli si asezate in crestaturi alaturate, este numita infasurare repartizata.

Bobinele apartinand aceleiasi infasurari si care au laturile de sub un pol asezate in crestaturi alaturate, constituie o grupa de bobine.

De obicei, infasurarile se executa pentru armaturi prevazute cu crestaturi repartizate uniform. Daca Z este numarul total de crestaturi al unei armaturi, in care se aseaza o infasurare cu m faze si p perechi de poli, numarul de crestaturi pe pol si faza, q, va fi:

; in trifazat, . (2.1)

2.1.1. Clasificarea infasurarilor.

a) Dupa numarul de crestaturi pe pol si faza, q:

- infasurari cu numar intreg de crestaturi pe pol si faza;

- infasurari cu numar fractionar de crestaturi pe pol si faza.

b) Dupa numarul laturilor de bobina asezate intr-o crestatura:

- intr-un strat - o singura latura de bobina intr-o crestatura;

- in doua straturi - doua laturi de bobina, asezate suprapus, intr-o crestatura;

- in trei straturi - infasurare combinata din una intr-un strat si una in doua straturi.

c) Dupa deschiderea bobinelor (distanta dintre latura de ducere si cea de intoarcere):

- infasurari cu bobine egale - toate bobinele au aceeasi deschidere (capetele in coroana);

- infasurari cu bobine diferite - bobinele unei faze, apartinand unui pol sau unei perechi de poli, au deschideri diferite (capetele in etaje sau in coroana de grupe de bobine).

Deschiderea unei bobine, masurata in numar de crestaturi, este egala cu numarul de crestaturi cuprins intre laturile de ducere, respectiv de intoarcere, ale bobinei si se numeste pasul bobinei. La infasurarea cu bobine egale, pasul unei bobine este totodata si pasul infasurarii si se noteaza cu y.

d) In functie de pasul bobinelor:

- infasurari cu pas diametral: , pasul bobinelor este egal cu pasul polar;

- infasurari cu pas scurtat: ;

e) In functie de numarul de faze:

- infasurari monofazate;

- infasurari bifazate - doua infasurari monofazate identice si simetri-ce, decalate intre

ele cu unghiul ;

- infasurari trifazate - cele simetrice sunt constituite din trei infasu-rari monofazate

identice, conectate in stea sau in triunghi si decalate intre ele cu unghiul ;

- infasurari polifazate - infasurarea in colivie.

2.2. Conditii de realizare a infasurarilor.

1. Sa fie bobinate pentru numarul de faze si numarul de poli dat (la tensiune si curent nominal).

2. Sa fie simetrice in raport cu fazele: fundamentalele tensiunilor electromotoare induse pe faza sa formeze un sistem polifazat simetric de tensiuni; curbele tensiunilor electromotoare, respectiv curba campului magnetic in intrefier, sa fie cat mai apropiate de o sinusoida.

Infasurarile de faza au in majoritatea cazurilor o constructie identica, sau cat mai apropiata,

iar axele lor de simetrie sunt decalate pe circum-ferinta armaturii cu unghiul .

3. Sa fie realizabile practic: la infasurarile trifazate cu Z crestaturi si p perechi de poli, inceputurile infasurarilor de faza au pasul:

k=0, 1, 2, , (2.2)

ceea ce impune conditia:

numar intreg. (2.3)

Daca toate bobinele apartinand unei infasurari de faza sunt inseriate, se obtine o infasurare cu o cale de curent. Prin conectarea in paralel a doua sau mai multe portiuni de infasurare, in care se induc t.e.m. egale si in faza, se obtine o infasurare cu doua sau mai multe cai de curent.

2.3. Steaua crestaturilor si diagrama de fazori.

Considerand o bobina in toba (ambele laturi active) ca fiind echi-valenta cu doua bobine in inel (numai o latura activa), conectate in opozitie, se poate introduce notiunea de tensiune electromotoare indusa intr-o latura de bobina, egala cu tensiunea electromotoare indusa intr-o spira a infasurarii in inel.

Decalajul geometric dintre doua crestaturi succesive, la periferia armaturii, este:

. (2.4)

Fiecarei crestaturi a armaturii ii corespunde un fazor al tensiunii electromotoare, egal cu tensiunea electromotoare indusa in bobina infasurarii in inel. Tensiunile electromotoare induse in laturile de bobina sunt defazate intre ele cu unghiul:

, (2.5)

deoarece, la o rotatie completa a campului invartitor cu p perechi de poli, corespund p perioade ale undei t.e.m. induse.

Prin reprezentarea in planul complex a fazorilor fundamentalelor tensiunilor electromotoare induse in laturile de bobina, se obtine o diagrama de fazori, numita steaua crestaturilor.

Prin compunerea fazorilor tensiunilor electromotoare induse in bobine-le dintr-o cale de curent a unei faze, se obtine fazorul t.e.m. induse pe faza; procedand in mod analog pentru fiecare infasurare de faza, se obtine diagrama fazorilor tensiunilor electromotoare induse in infasurare.

2.4. Infasurari intr-un strat cu numar intreg de crestaturi pe pol si faza.

Capetele de bobina ale acestor infasurari pot fi dispuse dupa suprafete cilindrice (etaj 1), conice (etaj 2) sau perpendiculare

(etaj 3), pe axul masinii (figura 2.1).

In fiecare crestatura se aseaza o latura de bobina.

Numarul total de bobine: .

Numarul de bobine pe faza: numar intreg;

in trifazat:

numar intreg.

2.4.1. Infasurari trifazate in doua etaje.

Capetele de bobina ale infasurarilor de faza sunt asezate dupa doua suprafete de revolutie, in acelasi etaj fiind asezate capete de bobina din fiecare faza (figura 2.2.).

O conditie pentru realizarea acestui tip de infasurare este aceea ca, numarul de grupe de bobine trebuie sa se divida cu 2 (numarul de etaje):

numar intreg; (2.6)

sau, in trifazat: numar intreg. (2.6.a)

Aplicatie.

Sa se construiasca schema desfasurata pentru o infasurare trifazata tetrapolara, in doua etaje, cu o cale de curent si avand q = 2 crestaturi pe pol si faza.

Rezolvare.

Numarul de crestaturi: Z = 2m·p·q = 2·3·2·2 = 24 crestaturi.

Numarul total de bobine: Nb = bobine.

Numarul de bobine pe faza: bobine.

Pasul diametral al infasurarii: .

Pasul inceputurilor infasurarilor de faza:

yf = 2q + 6kq; k = 0, 1, 2, . ; yf = 2q = 4, pentru k = 0.

Infasurarea este reprezentata in figura 2.3. Daca inceputul fazei A - X se afla in crestatura 1, inceputul fazei B - Y se afla in crestatura 1 + 4 = 5, iar inceputul fazei C - Z in crestatura 5 + 4 = 9.

Figura 2.3. Infasurare intr-un strat, in doua etaje.

Din schema desfasurata rezulta ca infasurarea este simetrica in raport cu fazele; fiecare faza este compusa din bobine care se inchid atat in etajul 1, cat si in etajul 2.

2.4.2. Infasurari trifazate in trei etaje.

La infasurarile cu capetele de bobina asezate in trei etaje, capetele de bobina ale fazelor sunt asezate dupa trei suprafete de revolutie diferite, ca in figura 2.1.

Aceste infasurari au rezistentele pe faza diferite, datorita lungimii diferite a conductoarelor pe cele trei faze. De asemenea difera intre ele reactantele de dispersie pe cele trei faze, datorita

fluxurilor de dispersie frontala diferite (pozitia capetelor de bobina).

Aplicatie.

Sa se construiasca schema desfasurata pentru o infasurare trifazata, bipolara, avand q = 4 crestaturi pe pol si faza, iar capetele de bobina asezate in trei etaje, formate din semigrupe de

bobine.

Rezolvare.

La infasurarile cu capetele de bobina in trei etaje, fiecare faza ocupa cate un etaj.




Pasul infasurarii: crestaturi (pas diametral).

Pasul inceputurilor infasurarilor de faza:

yf = 2q + 6kq, k = 0, 1, 2, .; pentru k = 1: yf = 8 crestaturi.

Infasurarea, cu doua cai de curent, este reprezentata in figura 2.4.

Daca faza A - X cuprinde laturile de bobina 1, 2, 3, 4, atunci ea mai cuprinde si laturile 1 + 12 = 13, 2 + 12 = 14, 3 + 12 = 15 si 4 + 12 = 16.

Deoarece este indiferenta succesiunea laturilor de bobina in circuitul infasurarii, daca se pastreaza sensul lor de parcurgere, legaturile frontale intre capetele de bobina se efectueaza

astfel, incat lungimea lor sa rezulte cat mai scurta, iar infasurarea sa se poata realiza.

Inceputul fazei A - X se poate alege intr-una din crestaturile 1, 2, 3, 4; in figura 2.4, inceputul infasurarii, marcat cu litera A, este in crestatura 3.

Figura 2.4. Infasurare trifazata in trei etaje.

Cele doua semigrupe de bobine ale aceleiasi faze pot fi conectate in serie, rezultand astfel o cale de curent, sau in paralel, pentru a obtine o infasurare cu doua cai de curent.

Faza B - Y are inceputul decalat fata de faza A - X cu pasul yf = 8, adica in crestatura 3 + 8 = 11; capetele de bobina ale acestei infasurari au fost asezate in etajul urmator.

Faza C - Z are inceputul decalat fata de faza B - Y cu pasul yf = 8, adica in crestatura 11 + 8 = 19.

2.4.3. Infasurari cu capetele de bobina dispuse in coroana.

Se pot realiza cu capetele de bobina dispuse in coroana de bobine sau cu bobine imbratisate, avand capetele de bobina dispuse in coroana de grupe de bobine.

Acest tip de infasurare prezinta avantajul unei raciri mai bune, avand spatii libere mai mari in zona capetelor de bobina.

Aplicatie.

Sa se construiasca schema desfasurata pentru o infasurare trifazata intr-un strat, tetrapolara, avand q = 2 crestaturi pe pol si faza, cu capetele de bobina dispuse in coroana.

Rezolvare.




Pasul infasurarii:

crestaturi.

Figura 2.5. Infasurare in coroana de grupe de bobine.

Pasul inceputurilor infasurarilor de faza: yf = 2q + 6kq = 4 crestaturi.

Schema desfasurata a infasurarii este reprezentata in figura 2.5.

2.4.4. Infasurari intr-un strat cu intercalarea fazelor.

Intercalarea fazelor se efectueaza in vederea reducerii armonicilor din curba tensiunii magnetice, respectiv din curba t.e.m. induse in infasurare.

Aplicatie.

Sa se construiasca schema desfasurata a unei infasurari trifazate intr-un strat, cu capetele bobinelor dispuse in coroana si cu intercalarea bilaterala a fazelor, pentru p = 1 si q = 4.

Rezolvare.




Pasul diametral al infasurarii: crestaturi.


Schema desfasurata a infasurarii este reprezentata in figura 2.6.b. In figura 2.6.a este reprezentata schema infasurarii normale, cu bobine egale.

In cazul infasurarii cu intercalarea fazelor se observa ca, deschiderea bobinelor este mai mica (9 crestaturi) decat la infasurarea normala (10 crestaturi).

2.5. Infasurari intr-un strat, cu numar fractionar de crestaturi pe pol si faza.

Infasurarile intr-un strat se pot executa si cu numar fractionar de crestaturi pe pol si faza, cu conditia ca numarul de bobine pe faza sa fie un numar intreg: Nbf = pq = numar intreg. Aceasta conditie este indeplinita daca numitorul partii fractionare, a, a lui q, este unul din divizorii lui p.

Infasurarea se poate construi astfel incat tensiunile electromotoare induse pe faza sa fie

defazate intre ele cu defazajul , daca numarul de raze distincte din steaua crestaturilor este

divizibil cu numarul de faze. Numarul de raze distincte fiind (in care t este cel mai mare divizor comun al numarului de crestaturi, q, si al numarului de perechi de poli, p), rezulta conditia:

= numar intreg. (2.7)

Pasul legaturilor frontale, , la infasurarile trifazate simetrice, trebuie sa fie un

numar intreg. Notand unde a, b, c sunt numere intregi, rezulta:

= numar intreg. (2.8)

Se observa, de exemplu, ca, pentru c = multiplu de 3, aceasta conditie nu poate fi indeplinita.

Figura 2.6. Schema desfasurata a infasurarii trifazate bipolare intr-un strat,

avand q = 4: a) infasurare normala; b) infasurare cu intercalarea

bilaterala a fazelor.

2.6. Infasurari in doua straturi, cu numar intreg de crestaturi pe pol si faza.

Capetele de bobina se dispun in coroana de bobine. Infasurarile in doua straturi se executa cu bobine identice, in fiecare crestatura fiind asezate doua laturi de bobina: o latura de ducere a unei bobine si o latura de intoarcere a altei bobine.

Bobinele cu mai multe spire au aspectul unor bucle, de aceea infasurarea formata din astfel de bobine se mai numeste si infasurare buclata, in timp ce infasurarile cu o singura spira pe bobina, realizate de obicei din bare, se numesc infasurari ondulate. Acestea din urma se executa dupa scheme care permit scurtarea si, in parte, evitarea legaturilor frontale intre diferitele bobine apartinand aceleiasi faze.

Numarul total de bobine: Nb = Z.

Numarul de bobine pe faza: numar intreg.

Infasurarile in doua straturi se pot executa cu una sau mai multe cai de curent in paralel.

Procesul tehnologic de executie a acestor infasurari este mai simplu si posibilitatile de micsorare a armonicilor cresc.

La infasurarile in doua straturi cu bobine egale, steaua crestaturilor este chiar diagrama de fazori a tensiunilor electromotoare induse in bobine.

2.6.1. Infasurarea cu pas diametral.

Grupele de bobine ale unei faze se pot conecta in serie - infasurari cu o singura cale de curent, sau in paralel - infasurari cu mai multe cai de curent.

La infasurarile efectuate pentru mai multe perechi de poli, dar cu o singura cale de curent, grupele de bobine, care se succed pe circumferinta armaturii si apartin aceleiasi faze, sunt

situate la un pas polar si se conec-teaza, in circuitul infasurarii, in opozitie, pentru insumarea solenatiilor in crestatura, respectiv sub acelasi pol.

Pasul infasurarii:

numar intreg; (2.9)

in trifazat: y = 3q;

Aplicatie.

Sa se construiasca schema desfasurata a unei infasurari trifazate in doua straturi, cu pas diametral, executata din bare conductoare, pentru p = 2 si q = 2.

Rezolvare.


Numarul total de bobine: Nb = Z = 24 bobine.



In cazul infasurarii ondulate acesta poarta denumirea de primul pas al infa-surarii, sau pas de intoarcere.


In figura 2.7 s-a reprezentat schema desfasurata pentru o faza.

Figura 2.7. Infasurarea ondulata diametrala: p = 2, q = 2.

Bobina 1 - 7, a fazei A - X, se conecteaza in serie cu bobina 13 - 19, situata la dublul pasului polar fata de prima, apoi cu bobinele 2 - 8 si 14 - 20.

Borna de sfarsit a bobinei de capat s-a notat cu "S". Se efectueaza apoi o legatura de intoarcere S - S', pentru inserierea circuitului A - S cu circuitul S' - X, format din bobinele 7 - 13, 19 - 1, 8 - 14 si 20 -2.

2.6.2. Infasurarea cu pas scurtat.

Scurtarea pasului se practica pentru reducerea armonicilor, indeosebi a armonicilor 5 si 7 din unda tensiunii magnetice. S-a constatat ca scurtarea optima, pentru obtinerea acestui deziderat, este data de raportul:

(2.10)

Pentru realizarea acestui raport favorabil, numarul de crestaturi pe pol si faza poate sa aiba numai anumite valori.

De exemplu, pentru q = 2 si m = 3, pasul diametral este yd = mq = 6; prin alegerea pasului bobinelor y = 5, rezulta un raport y/yd favorabil:

.

Daca q = 3 si m = 3, obtinem un pas diametral yd = 9. Pasii posibili ai infasurarii fiind y = 8

sau y = 7, obtinem pentru raportul de scurtare valorile: , sau .

Prin urmare, in aceasta situatie, infasurarea nu se poate executa cu un pas favorabil reducerii simultane a armonicilor 5 si 7.

Utilizarea infasurarilor cu pas scurtat, prin reducerea lungimii capetelor de bobine, ar implica o scadere corespunzatoare a consumului de material conductor. Pe de alta parte insa, trebuie crescut numarul de spire pentru compensarea scaderii de tensiune datorita micsorarii

factorului de infasurare. De aici apare problema gasirii unei scurtari optime si in ceea ce priveste consumul de material.

Aplicatie.

Sa se construiasca schema desfasurata a unei infasurari trifazate, in doua straturi, cu pas scurtat, avand p = 2 si q = 4.

Rezolvare.





Pasul infasurarii:

y = (0,82 ¸ 0,83)×yd = (0,82 ¸ 0,83)×12 = 9,84 ¸ 9,96.

Alegem y = 10 crestaturi. Þ .


In figura 2.8 s-a reprezentat schema desfasurata a infasurarii, cu 4 cai de curent. In unele crestaturi sunt asezate, la fel ca in cazul infasurarii cu pas diametral, laturi de bobina apartinand aceleiasi faze (crestaturile 1, 2, 5, 6, 9, 10, .), in altele gasim laturi de bobine din faze diferite (crestaturile 3, 4, 7, 8, 11, 12, .).

Figura 2.8. Infasurare trifazata cu pas scurtat, cu patru cai de curent: p =2, q = 4.

2.6.3. Infasurarea cu intercalarea fazelor.

La infasurarile in doua straturi, se poate realiza usor intercalarea unila-terala sau bilaterala a fazelor, chiar mentinand neschimbata deschiderea bobinelor.

Aplicatie.

Sa se construiasca schema desfasurata a unei infasurari trifazate, in doua straturi, cu pas scurtat si intercalarea fazelor, avand p = 1 si q = 4.

Rezolvare.





Pasul infasurarii: y = (0,82 ¸ 0,83)×12 = 9,84 ¸ 9,96 @ 10 crestaturi.

Pasul inceputurilor infasurarilor de faza: yf = 2q + 6kq = 8 crestaturi (k = 0).

In figura 2.9 s-a reprezentat schema desfasurata a unei infasurari cu intercalarea bilaterala a fazelor. In faza A - X sunt conectate in serie bobinele 24 - 10, 2 - 12, 3 - 13 si 5 - 15, formandu-

se prima grupa de bobine; a doua grupa de bobine este asezata in crestaturile 12 - 22, 14 - 24, 15 - 1 si 17 - 3.

Figura 2.9. Infasurare trifazata cu intercalarea bilaterala a fazelor.

2.6.4. Infasurari cu extinderea zonelor.

La infasurarile in doua straturi, bobinele celei de a doua grupe, sub aceeasi pereche de poli, se pot aseza partial, sau total, in crestaturi alaturate primei grupe de la infasurarea normala; se obtine astfel o infasurare cu extinderea partiala sau totala a zonelor. Infasurarea cu extindere

totala a zonelor este o infasurare cu trei zone.

Infasurarile cu extinderea zonelor au alti factori de infasurare decat infasurarile normale. Factorul de repartizare la infasurarea cu extindere totala a zonelor se poate determina pe baza relatiei:

(2.11)

2.7. Infasurari in doua straturi, cu numar fractionar de crestaturi pe pol si faza.

Numarul de bobine pe faza:

numar intreg.

Conditia este indeplinita daca numitorul partii fractionare a lui q este divizor al lui 2p.

O conditie suplimentara pentru ca acest tip de infasurare sa poata fi realizat astfel incat, intre tensiunile electromotoare induse pe faza sa existe un defazaj de 2p/m, este aceea ca numarul de raze distincte din steaua crestaturilor trebuie sa fie divizibil cu numarul de faze.

Numarul de raze distincte este:

numar intreg. (2.12)

tipuri de infasurari de curent alternativ

Documents