masini electrice 1 curs 6
TRANSCRIPT
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
1/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 1
MAŞINI ELECTRICECurs 6: Maşina asincronă (de inducţie):Schemă electrică echivalentă, Cuplul electromagnetic, Caracteristicide funcţionare
Prof.dr.ing. Claudia MARŢIŞ([email protected])
Departamentul de Maşini şi Acṭionări ElectriceGrupul de Sisteme Electromecanice
(www.ems.utcluj.ro)
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
2/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 2
Parametrii înfăşurărilor : rezistenţe şi inductivităţi
Schemă electrică echivalentă
Regimuri limită de funcţionare
Cuplul electromagnetic
Caracteristici de funcţionare Pornirea motorului asincron
Reglarea turatiei motorului asincron
Regimul de generator al maşinii asincrone
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
3/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 3
PARAMETRII ÎNFĂŞURĂRILOR: REZISTENŢE ŞI INDUCTIVITĂŢI
Rezistenţe: se pot calcula cunoscând datele constructive ale maşinii sause pot măsura
Inductivităţi:
Inductivitate principală: corespunde câmpului magnetic principal al înfăşurării, repartizat pe pasul polar τ, care traversează întrefierul şi înlănţuie înfăşurarea din ambele părţi.
Inductivitatea de dispersie: corespunde câmpului magnetic dedispersie al înfăşurării ce înlănţuie înfăşurarea considerată sau parţial şi alte înfăşurări.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
4/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 4
A
X
Y
B
Z
C
Masina trifazata12 crestaturi statorice
O pereche de poli
w1: numarul de spire al une faze statorice
w2: numarul de spire al une faze rotorice
kw1: factor de bobinaj statoric
kw2: factor de bobinaj rotoric
Fazorii tensiunilor electromotoare indusein laturile active din fiecare crestatura
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
5/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 5
Moduri de realizare a bobinei fazei A
A AX X
EAEA
1 U U U U
U U U U k
7 2 8 1
7 2 8 1
w
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
6/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 6
SCHEMĂ ELECTRICĂ ECHIVALENTĂ
e
1
e
2 u 2 w 2 1 2
u 1 w 1 1 1
k
E
k
' E k w f 2 E
k w f 2 E
În gol cu rotorul în repaus şi înfăşurarea rotorică deschisă
În sarcină, cu rotorul în rotaţie la turaţia
n şi înfăşurarea rotorică închisă
1 2 u 2 w 2 2 s 2
u 1 w 1 1 1
sf f ,k w f 2 E
k w f 2 E
ANALOGIA/DIFERENŢA CU/FAŢĂ DE TRANSFORMATOR:
Energia electrică primită de stator este transmisă rotorului prin intermediulcâmpului magnetic
Energia transmisă rotorului, cu excepţia energiei consumate prin efectJoule-Lenz în circuitul rotoric, este energie mecanică
Frecvenţa t.e.m. şi a curentului din circuitul rotoric variază cu alunecarea,deci depinde de sarcina motorului.
2 2 w
1 1 w
e w k
w k k Factor de transformare echivalent
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
7/32
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
8/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 8
Pentru înfăşurarea rotorică, la funcţionarea în sarcină:
s 2 s 2 2 2 2
2 2 2 e e i R
dt
d i R u
0 u 2 2 s 2 se e 2 s 2 se e
Înfăşurarea rotoricăconectată în
scurtcircuit lamasina cu rotorul in
colivie
e2 este t.e.m. indusă în înfăşurarea rotorică defluxul util, la mers în gol
cu rotorul în repaus
eσ2 este t.e.m. indusă în înfăşurarea rotorică de fluxulde scăpări, la mers în gol cu
rotorul în repaus
2 2 2 2 2 E s I jsX I R 0
In complex:
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
9/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 9
0 1 1 w 2 2 2 w 1 1 1 w I w k I w k I w k
Solenatiastatorica Solenatiarotorica Solenatiastatorica lamersul in
golLa functionarea in
sarcina
Daca aplicam principiul raportarii infasurarii rotorice la cea statorica (similartransformatorului):
2
e 2
'
2 k R R
2
e 2
'
2 k X X
e 2
'
2 k E E
e
2
'
2 k
1 I I
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
10/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 10
Ecuaţiile în complex pot fi scrise astfel:
0 2 1
2 2 2 2 2 2 2
1 1 1 1 1 1
I ' I I
' E ' I ' R s
s 1
' I ' jX ' I ' R 0
E I jX I R U
2 1 E E
1 E
1 U
I1
-I’2
I0
R1I1
jXσ1I1
I’2R’2 /s
jX’σ2I’2
R2’ Xσ2’ R1 Xσ1
U1 E1 E2’
I1 I2’
Rm Xm s
s1'R 2
I0
Observatie: Schema este similaraschemei unui transformator avandla bornele secundare o sarcinarezistiva, variabila cu sarcina laarborele masinii.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
11/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 11
Z2’ Z1
U1
I1 I2’
Z0
I0
mm
mm0
22
2
111
jXR
jXR Z
' jX
s
'R 'Z
jXR Z
2 1
1 2
2 1 0
2 0
1 1
0
1
' Z c Z
1 U ' I
' Z c Z Z
' Z Z U I
05 .1 ...02 .1 c ,Z
Z 1 c
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
12/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 12
REGIMURI LIMITĂ DEFUNCŢIONARE
Regimul de mers în gol: maşina este conectată la reţea cu rotorul înscurtcircuit şi fără a fi cuplată cu sarcina, deci nu cedează putere la ax.
mecFe20110 ppIR 3P
Curentul de mers în gol: variabil cu puterea maşinii, (20-60)%IN.
Se pot determina parametrii de mers în gol ai maşinii, asemănător curegimul de mers în gol al transformatorului.
Factorul de putere este foarte mic, cosφ0=0.05…0.15.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
13/32
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
14/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 14
1111 cosIU3P
1Fe1Cu1 ppPP
entareli msupmecM2 ppPP
Puterea electrică absorbită:
Puterea electromagnetică transmisă rotorului:
Puterea mecanică:
Puterea utilă:
Randamentul
PierderiP
P
P
P
2
2
1
2
2CuM pPP
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
15/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 15
CUPLULELECTROMAGNETIC
11
111M sM
n
nn
60
n2MMPP
Cuplulelectromagnetic
Viteza unghiular ă a
câmpului învârtitor
Viteza unghiular ăa rotorului
2CuM pPP
1
2Cu
s
pM
2211
22
11
221
1'XcX
s
'R cR
s
'R U3
f 2
p
M
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
16/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 16
Curba M=f(s) pentru U1=cst, f 1=cst,R2=cst.
2211
21
2
21121
21m
'XcXR
'XcXR
'R cs
211
21m
'XcX
'R cs
Alunecarea critică, corespunzătoarecuplului maxim al maşinii asincrone:
2111
21
1m
'XcXR
U3
f 2
pM
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
17/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 17
Zona OB este o zonă de funcţionare stabilă a maşinii asincrone: în cazul apariţiei uneiperturbaţii, după îndepartarea acesteia, sistemul tinde să se întoarcă la starea iniţială
Zona BA este o zonă de funcţionare labilă a maşinii asincrone: în cazul apariţiei uneiperturbaţii, după îndepartarea acesteia, sistemul tinde să se desprindă
MN – cuplul nominal, pt s=1…5%
N
m
M
M Capacitatea de supra încărcare a maşinii,definită prin standarde
s
s
s
s
M2M
m
m
m
CARACTERISTICAMECANICĂ NATURALĂ
Formula lui Kloss
O
B
A
1 s
M
Mm
sm
CMN
sN
Caracteristicaunei sarcini la
arbore (o
macara, deexemplu)
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
18/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 18
MP – cuplul de pornire, pt s=1.2
211
2
211
221
1
P
'XcX'R cR
'R U3
f 2
pM
N
P
M
M
N
P
I
I
s s
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
19/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 19
Cuplu de pornire
Aplicatii de uz generalCuplu deporniremare
Cuplu depornire
foarte mare
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
20/32
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
21/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 21
Variaţia cuplului maşinii asincronecu raportul U/f=cst
Variaţia U/f=cst este utilizată în instalaţii industriale cu acţionărielectrice cu maşini asincrone cu rotor în colivie la care este
necesară reglarea turaţiei prin intermediul frecvenţei.
La modificarea tensiunii dealimentare
La modificareafrecventei de alimentare
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
22/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 22
CARACTERISTICILE DE FUNCŢIONARE ALEMOTORULUI ASINCRON
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
23/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 23
PORNIREA MOTORULUI ASINCRONCurentul absorbit de la
retea in momentul porniriidepaseste de 6-8 ori
curentul nominal
R2’ Xσ2’ R1 Xσ1
U1 E1 E2’
I1 I2’
Rm Xm s
s1'R 2
I0
Rezistenta echivalenta rotorica are valoarea cea maimica la pornire.
Masina are nevoie de un curentmare la pornire pentru a reusisa “treaca” peste punctul defunctionare corespunzator
cuplului maxim.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
24/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 24
La motorul cu rotor in colivie
Utilizarea unorinductivitati inseriate
cu infasurarilestatorice
Utilizarea unorautotransformatoare
inseriate cuinfasurarile statorice
Pornirea stea triunghi
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
25/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 25
La motorul cu rotorul bobinatUA
UB UC
Ub Uc Ua
Se inseriaza cu infasurarile rotorice rezistente variabile, a caror valoare se reducein trepte pana la atingerea caracteristicii naturale
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
26/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 26
REGLAREA TURATIEI MOTORULUI ASINCRON
Prin modificarea numarului deperechi de poli ai masinii
Prin modificarea frecventei de
alimentare pastrand constantraportul U/f, solutie care
necesita utilizareaconvertoarelor de putere
(reglare scalara)
Prin modificarea alunecarii,numai la masinile cu rotorul
bobinat, cu introducerea unorrezistenta variabile in rotor.
Observatie. Prin control
vectorial, utilizandconvertoare de puteremasina asincrona se
transforma virtual intr-omasina de curent
continuu.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
27/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 27
REGIMUL DEGENERATOR AL MAŞINII
ASINCRONE
0 s
Este necesar ă o sursă deputere reactivă, capabilă să
furnizeze energia reactivă sub
forma unui sistem trifazatsimetric de curenţi şi se
antrenează rotorul din exteriorla o turaţie n mai mare decâtturaţia n1 în acelaşi sens cu
câmpul învârtitor.
n1
n>n1
Câmpul magnetic învârtitor
Rotorul maşinii asincrone
Conductorrotoric
Fem
Baterie decondensatoare
Reţeaua dealimentare
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
28/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 28
Generator asincronautonom
Baterie decondensatoare
Sistem de antrenare arotorului maşinii de
inducţie
IS
IC
n
Câmp
remanent
60
n p f ,f 2 sin E E
max
S 0 S I I
Tensiuni electromotoare induse
în înf ăşur ări
Se stabileşte un curent IS încircuitul format din bateria decondensatoare şi înfăşur ări.
Dacă:
maşina se autoexcită.
E=f(I0S)
UC =f(I)
C1 C0
C0- capacitatea minimă pentru
care are loc fenomenul deautoexcitaţie
n
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
29/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 29
SarcinaBaterie decondensatoare
Sistem de antrenare arotorului maşinii de
inducţie
Tensiunea generată depinde deviteza de antrenare, de
parametrii maşinii, de natura şinivelul sarcinii.
s 1
1
60
pn f
Sarcina
Bateria decondensatoare
Schema echivalentă
a maşinii în regim degenerator
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
30/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 30
CARACTERISTICILE DE FUNCŢIONARE ALE GENERATORULUIASINCRON (considerând viteza de antrenare constantă)
Natura sarcinii are o influenţă importantă asupra amplitudinii tensiunii generate, în
timp ce influenţa ei asupra frecvenţei este mai redusă.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
31/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 31
Generator asincronconectat la reţea
Sistem de antrenare arotorului maşinii de
inducţie
Reţea
Energia reactivă necesar ă magnetizării este absorbită din reţea.
Indiferent de turaţia de antrenare, frecvenţa statorică şi tensiunea la borne suntconstante.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 6
32/32
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 6 32
Generator asincron curotorul bobinat conectat la
reţea
Se asigur ă un flux permanent bidirecţional de energie între maşină şi reţea, atâtprin stator cât şi prin rotor, utilizând convertoare statice de frecvenţă între rotor şi
reţea.