of 37 /37
Regimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

  • Author
    others

  • View
    28

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de...

  • Regimurile masinii de curentcontinuu

    Caracteristici de functionare in regim degenerator si motor

  • ΨK

    ΨE

    K

    uEiE

    ΨSuA

    iA

    ΨA

    CΨAE

    Schema electrică a maşinii de curent continuu

    Excitaţie derivaţie

    compensarecomutaţie

    Excitaţie serie

  • ( )AASEAE iMiME ⋅±⋅⋅=ω

    Ecuaţiile maşinii cu excitaţie mixtăΨE uE

    iE

    ΨSuA

    iA

    ΨAΨAE

    AAA

    ESEASS

    AASEAEAE

    AESEEE

    iLiMiLiMiM

    iMiL

    ⋅=⋅±⋅=

    ⋅±⋅=⋅±⋅=

    ΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨ

    Expresiile fluxurilor

    EUiRU pAAA +−⋅−= ∆∆∆∆Ecuatia de tensiune

    Expresia t.e.m.

  • generator

    iA

    iE

    ΨAE

    uAi

    Rc

    ( )

    EA

    eu

    pAAA

    EECA

    IIInkkE

    UIREUIRRU

    −=⋅⋅=⋅⋅=

    −⋅−=⋅+=

    ΦΦΦΦΩΩΩΩΦΦΦΦ

    ∆∆∆∆

    Ecuatia sarcinii:

    IRU sA ⋅=

    .ct=Ω

    Ecuatiile masinii cu excitatie derivatie.

    RE

  • Pierderile în maşini de curent continuu

    Apt IUp ⋅∆=2AAA IRp ⋅=

    βδ

    α BnkpFe ⋅⋅=

    Pierderi de trecere au loc în rezistenţa de contact

    Pierderi în înfăşurarea rotorului

    Pierderi în fierul rotoric datorită variaţiei cu frecvenţă de rotaţie a fluxului

    Pierderi în înf. de excitaţie

    Pierderi mecanice şi de ventilaţie

    Pierderi suplimentare

    2EEE IRp ⋅=

    2nkpmv ⋅=

    as Pp ⋅≅ 005.0

  • Regimul de generator al masinii de c.c.

    P

    pFepmvps pA

    pt

    Pu = UA•IAPa = Ca· Ω

    PE = pE

    Bilantul energetic

    Regim de generator independent

    Regim de generator cuplat la retea

  • iE/iE0Er

    E/UN

    Caracteristica de mers în gol.

    ( ) 0== IlaifE ENu se poate determina la maşina cu excitaţie serie

    Er - t.e.m. remanentă

    Se determină numaicu excitaţie separată.

    .ct=Ω

    Regim de generator independent

    ΨAE

    iA=0 uA

    ΨEiE

    uE

    RC

  • iE/iE0

    E

    E/UN

    I=ct.

    Caracteristica de mers în sarcină

    ( ) .ctIlaifU E ==

    Nu se poate determina la maşina cu excitaţie serie

    .ct=Ω

    Regim de generator independent

    RS

    ΨAE

    iA=ct uA

    ΨEiE

    uE

    RC

  • AdU/UN

    I/IN

    Dif

    Der

    Sep

    Caracteristica externă

    ( ) .ctilaIfU E ==La generatoarele cu excitaţie derivaţie .ctRC =

    .ct=Ω

    Regim de generator independent

    RS

    ΨAE

    iA uA

    ΨEiE

    uE

    RC

  • 0 0.5 1 1.5 20

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    I/IN

    U/UN

    Instabil Stabil

    Regim de generator independent

    ESU

    I

    AΨAEΨA

    ΨS

    Caracteristica externă a generatorului cu excitatie serie

    RS

  • Der

    Sep

    Dif

    Ad I/IN

    IE/iE0

    Caracteristica de reglare

    ( ) .ctUlaIfiE ==Nu se poate determina la maşina cu excitaţie serie

    .ct=Ω

    Regim de generator independentRS

    ΨAE

    iA uA=ct

    ΨEiE

    uE

    RC

  • Bilanţul energetic

    P

    pFepmv

    pspApt

    Pm Pu = C•ΩPA = UA·IA

    PE = pE

    Regimul de motor

  • EUIRUIRU

    pAAA

    EEE

    −∆+⋅=⋅=

    ΨEiE

    uE

    ΨAE

    iA uA

    nkkE eu ⋅⋅−=⋅⋅−= ΦΦΦΦΩΩΩΩΦΦΦΦ

    Expresia t.e.m. induse

    Ecuatiile in regim stationar.

    IkIpC cAE ⋅⋅=⋅⋅= ΦΦΦΦΨΨΨΨExpresia cuplului

    Ecuatia de miscareωω ⋅−−= fs kCCdt

    dpJ

  • Caracteristici de funcţionare

    Motoare cu excitaţie separată şi derivaţie

    Pu/PN

    I

    ηΩ

    T

    ΨEiE

    uE

    RC

    ΨAE

    iA uARp

  • I/IN

    R

    Φ

    UΩ/ΩN

    Caracteristici mecanice

    ∆Ω−Ω=Φ⋅⋅

    −Φ⋅∆−

    =Ω '0CIR

    CUU p

    Motoare cu excitatie separata si derivatie

    iA

    iE

    ΨAE

    UAi

    RC

    Rp

    ΨE

  • ESU

    I

    AΨAE

    ΨA

    ΨS

    ( )IME

    EUIRRU

    sAE

    pAS

    ⋅⋅−=

    −+⋅+=

    ω

    ∆∆∆∆

    22 IkIMpCsAE ⋅=⋅⋅= ΦΦΦΦ

    Ecuaţiile maşinii cu excitaţie serie.

    ( )IfMsAE =

    motor

    ΩΩΩΩΩΩΩΩ ΦΦΦΦ ⋅⋅=⋅⋅⋅−= IkIMpE AE

    Tensiunea electromotoare

    Cuplul electromagnetic

  • 0 0.5 1 1.50

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    I/IN RU

    Ω/ΩN

    AEAE

    p

    MpR

    IMpUU

    ⋅−

    ⋅⋅∆−

    =Ω

    ESU

    I

    AΨAEΨA

    ΨS

    Rp

    Motorul cu excitatie serie

  • Maşina cu excitaţie mixtă. (motor)

    Aditional.

    ΨE uEiE

    ΨSuA

    iA

    ΨAΨAE

    ΨE uEiE

    ΨSuA

    iA

    ΨA

    ΨAE

    Diferential

    ( )AASEAE iMiME ⋅±⋅⋅=ωExpresia t.e.m.

    ( ) AAASEAE iiMiMpC ⋅⋅±⋅⋅=

    Expresia cuplului

    ( ) EUIRRU pAS −+⋅+= ∆∆∆∆

    Ecuatia de tensiune

  • ( ) ( )IMIMpIR

    IMIMpUU

    ASEAEASEAE

    p

    ⋅+⋅⋅⋅

    −⋅+⋅⋅

    ∆−=Ω

    0 0.5 1 1.5 20

    0.5

    1

    1.5Ω/ΩN Dif

    DerAd1

    Ad

    I/IN

    Motorul cu excitaţie mixtă

    Adiţional.

    ΨE UEiE

    RC

    ΨSUA

    iA

    ΨAΨAE

    Rp

  • Masina de curent continuu

    Probleme

  • Problema 1Rotorul unei masini de curent continuu. se roteste cu viteza n = 1450 r/min si are:

    Z = 24 crestaturidiametrul D = 0,42 m,lunginea L = 0,22 m siun colector cu K = 48 lamele la care se leaga infasurarea buclatamultipla de ordinul m = 2 realizata cu N = 384 conductoarepentru 2p = 4 poli.Talpa polului are o deschidere relativa αi=0,7 si asigurain intrefier δ’ = 1,12 mminductia magnetica B = 0,75 Tela un curent de excitatie iE = 2 A.

    pasul polar

    viteza unghiulara de rotatie

    srn /843,1516014502

    602 =⋅=⋅=Ω ππ

    mpD 33,0

    442,0

    2=⋅=⋅= ππτ

  • Problema 1

    numarul cailor de curent al infasurarii buclate cu m = 2

    822222 =⋅⋅=⋅⋅=⋅ mpaconstanta masinii

    πππ96

    42

    2384

    2=⋅=⋅=

    apNku

    fluxul fascicular al masinii

    mWbBLii 1,3875,022,033,07,0 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= σταφ

    t.e.m. de rotatie

    VkE u 8,1763145101,3896 3 =⋅⋅=⋅⋅= − π

    πφ ΩΩΩΩ

  • Problema 1

    unghiul electric dintre doua lamele vecine

    α = =p 36048

    150

    frecventa tensiunii -frecventa de rotatie

    Hznpf 33,4860

    14502 =⋅=⋅=

    perioada comutatiei

    msnKnpK

    pp

    TK 862,01450486060

    2602 =

    ⋅=

    ⋅=

    ⋅⋅⋅⋅⋅=

    Ω⋅=

    ππα

    frecventa de comutatie

    fT

    HzKK

    = = =1 100 862

    11603

    ,

  • Problema 1

    pulsatia tensiunii∆

    E tg tg

    E

    = = =

    =

    2 2 0

    43 45 0 0043

    0 43%

    α ' ,

    ,inductivitatea de cuplaj stator-rotor

    HICME

    uAE 582,02

    101,3896 3 =⋅⋅=⋅=−

    πφ

    inductanta proprie a infasurarii rotorice

    mH

    WpL ipA

    95,81373,033,0

    12,110

    8238410422

    3'12

    327

    22

    0

    =⋅

    ⋅⋅⋅⋅

    =⋅⋅⋅=

    −π

    ατδ

    µ

  • Problema 2

    Un motor de curent continuu cu excitatie separata, compensat, avind:puterea nominala PN = 4 kW:tensiunea nominala UN = 220 V;curentul nominal IN = 22 A;turatia nominala nN = 1500 rot/min:rezistenta circuitului rotoric RA = 0,82 Ω;constanta de timp a circuitului rotoric TA= 19,42 ms;momentul de inertie J = 0,232 Ws3dezvolta cuplul electromagnetic C = 20 Nm.

  • Calculul bilantului energetic la sarcina nominala

    constanta de flux

    VsIRUk AAAu 285,1

    301500

    82,022220 =⋅

    ⋅−=⋅−= πφ ΩΩΩΩ

    pierderi - nominale

    puterea absorbita

    WIUP AAa 484022220 =⋅=⋅=

    WPPp Na 84040004840 =−=−=∑

    WIRp NAbN 3972282,022 =⋅=⋅=

    In infasurari

    WIUp Npt 44222 =⋅=⋅∆=de trecere

  • Calculul bilantului energetic la cuplul C=20 Nm

    mecanice si in fier

    Wppppp tbNFem 399441840 =−=−−=+ ∑Curentul de sarcina

    pierderi in rotor

    ACMIA 56,15285,1

    20 ===φ

    WIRp AAb 6,19856,1582,022 =⋅=⋅=

    de trecereWIUp Apt 3156,152 =⋅=⋅∆=

    pierderi totale

    Wp 6,6286,19831399 =++=∑

  • Calculul bilantului energetic la cuplul C=20 Nm

    Puterea absorbita

    Viteza unghiulara de rotatie

    randamentul

    Puterea utila

    WIUP AAa 2,342356,15220 =⋅=⋅=

    WpPP au 6,27946,6282,3423 =−=−= ∑

    η = = =PPu

    a

    2794 63423 2

    0 816,,

    ,

    ( )sr

    kMR

    kU

    u

    A

    u/27,161

    285,12082,0

    285,1220

    22 =⋅

    −=⋅−=φφ

    ΩΩΩΩ

  • Problema 3La un motor de curent continuu cu excitatie separata s-au masurat la mersul ingol :

    Tensiunea UA = 440 V;curentul IA0 = 2,2 A;Turatia n0 = 2485 rot/min.rezistenta circuitului rotoric RA = 1,48 Ω;caderea de tensiune la perii ∆Up = 2 V;pierderile mecanice pm = 1,2 pFe

    curentul de sarcina IA = 33 A .Puterea absorbita de motor la mers in gol

    pierderi in circuitul rotoric: pierderi in infasurari

    WIUP AAa 9682,244000 =⋅=⋅=

    WIRp AAb 2.72,248,122

    00 =⋅=⋅=

  • Determinarea pierderilor din datele de mers in gol

    Fem pp ⋅= 2,1

    pierderi de trecere

    deoarece

    rezulta separat pierderile

    pierderi mecanice si in fier

    WIUp Apt 4,42,220 =⋅=⋅∆=

    WppPpp tbaFem 4.9564.42.7968000 =−−=−−=+

    WpFe 7,4342,114,956 =

    +=

    Wpp mm 7,5217,4342,12,1 =⋅=⋅=

  • Caracteristica mecanica

    VsIRUk AAAu 503,1

    302485

    48,133440 =⋅

    ⋅−=⋅−=⋅ πφ ΩΩΩΩ

    IkIR

    kUU

    uu

    p ⋅−=⋅−−=⋅⋅

    −⋅

    −= 985,042,291

    503,13348,1

    503,12440

    ΦΦΦΦΦΦΦΦ∆∆∆∆

    ΩΩΩΩ

    constanta de flux

    Caracteristica mecanica

    pierderile∑ ⋅+⋅++= 248,127,5217,434 IIp

    randamentul

    III

    IIIIUpIU

    ⋅−−=⋅

    ⋅−⋅−−⋅=⋅

    −⋅= ∑ 003363,01736,29954,0

    44048,124,956440 2η

  • Caracteristici de functionare

    0 10 20 30 40 500

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    1.2

    1.4Ω/300

    P/15 [kW]

    I [A]

    Σp

    η

    Pa

    Pu

  • Problema 4

    Un motor serie de curent continuu avand:2p = 4 poli ,tensiunea UN = 220 V;

    rezistenta RA + RE = (0,8+0,4) Ω arecaracteristica de mers in gol ridicata in regim de generator la turatian = 1500 rot/min

    282420161284iE [A]2582392171851449850E [V]

    inductivitatea de cuplaj pentru 20 A

    HIEpM

    EAE 069,0

    206015002217 =

    ⋅⋅=

    ⋅Ω= π

  • Problema 4

    caracteristica de mers in gol, pe baza datelor din tabela , si variatiainductivitatii de cuplaj.

    0 5 10 15 20 25 300

    50

    100

    150

    2.MAE [mH]200

    E [V]

    250

    300

    IA [A]

  • Problema 4

    VIRUE N 196202,1220 =⋅−=⋅−=

    - t.e.m. a motorului in cazul alimentarii cu tensiunea UN la un curent IA = 20 A

    min/8,13542

    60

    /87,14120069,0

    202,1220

    rotn

    sradIpMIRUEAE

    A

    =Ω⋅=

    =⋅⋅−=

    ⋅⋅−=Ω

    π

    - viteza unghiulara sau turatia masinii in acest caz IA = IE

    - cuplul electromagnetic

    NmIIpMC AEAE 6,272020069,0 =⋅⋅=⋅⋅=

  • Tabelul cu rezultatele calculelor

    186.4191.2196.0200.8205.6210.4215.2E [V]

    C [Nm]

    Ω [r/s]

    pMAE[mH]

    iE [A]

    1.27

    676.07

    79.6

    4

    4.99

    337.24

    78.0

    8

    11.00

    224.27

    76.4

    12

    18.84

    170.49

    73.6

    16

    27.62

    141.87

    69.1

    20

    36.51

    125.66

    63.4

    24

    45.99

    113.48

    58.7

    28

  • Caracteristicile mecanice

    rad/sΩΩΩΩ

    Nm0 10 20 30 40 50

    C0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    .

    Regimurile masinii de curent con...Slide 2Slide 3Ecuatiile masinii cu excitatie d...Pierderile în maşini de curent c...Regimul de generator al masinii ...Slide 7Slide 8Slide 9Caracteristica externă a generat...Slide 11Regimul de motorEcuatiile in regim stationar.Slide 14Slide 15Ecuaţiile maşinii cu excitaţie s...Motorul cu excitatie serieSlide 18Motorul cu excitaţie mixtăMasina de curent continuuProblema 1Problema 1Problema 1Problema 1Problema 2Calculul bilantului energetic la...Calculul bilantului energetic la...Calculul bilantului energetic la...Problema 3Determinarea pierderilor din dat...Caracteristica mecanicaCaracteristici de functionareProblema 4Problema 4Problema 4Tabelul cu rezultatele calculelo...Caracteristicile mecanice