Masini Electrice 1 Curs 6

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)


2/32


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


3/32


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.


4/32


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


5/32


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


6/32


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


7/32


8/32


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:


9/32


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


10/32


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.


11/32


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


12/32


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.


13/32


14/32


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


15/32


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


16/32


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


17/32


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)


18/32


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


19/32


Cuplu de pornire

Aplicatii de uz generalCuplu deporniremare

Cuplu depornire

foarte mare


20/32


21/32


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


22/32


CARACTERISTICILE DE FUNCŢIONARE ALEMOTORULUI ASINCRON


23/32


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.


24/32


La motorul cu rotor in colivie

Utilizarea unorinductivitati inseriate

cu infasurarilestatorice

Utilizarea unorautotransformatoare

inseriate cuinfasurarile statorice

Pornirea stea triunghi


25/32


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


26/32


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.


27/32


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


28/32


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


29/32


SarcinaBaterie decondensatoare


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


30/32


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.


31/32


Generator asincronconectat la reţea


inducţie

Reţea

Energia reactivă necesar ă magnetizării este absorbită din reţea.

Indiferent de turaţia de antrenare, frecvenţa statorică şi tensiunea la borne suntconstante.


32/32


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.

Documents

Masini Electrice 1 Curs 6