masini electrice 1 curs 5
TRANSCRIPT
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
1/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 1
MAŞINI ELECTRICECurs 5: Maşina asincronă (de inducţie):Generalităţi, construcţie şi 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 5
2/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 2
GENERALITĂŢI
A fost concepută in 1889 de Michael von Dolivo-Dobrovolski
Este cea mai r ăspândită maşină electrică
Are o gamă foarte largă de aplicaţii Se construieşte pentru o gamă largă de puteri, de la câţiva W la MW, pentrufrecvenţa de 50Hz, tensiuni sub 500V, de 3kV, 6kV, 10kV
Turaţiile pentru care se construiesc sunt de 500, 600, 750, 1000, 1500 şi 3000rpm
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
3/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 3
AVANTAJE
Simpilitate constructivă, robusteţe, fiabilitate
Siguranţă în exploatare,stabilitate în funcţionare, exploatare, manevrare şi
întreţinere simplă
Preţ de cost redus
Performanţe tehnice ridicate(cuplu mare de pornire,randament ridicat)
Alimentare direct de lareţeaua trifazată
DEZAVANTAJE
Şoc mare la pornire
Factor de putere relativ
scăzut Caracteristică mecanică dură
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
4/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 4
CONSTRUCŢIA MAŞINIIASINCRONE
1. Înfăşurare statorică
2. Carcasă
3. Miez statoric
4. Miez rotoric5. Colivia cu bare
6. Scut portlagăr
Se execută în două varianteconstructive:
Maşină asincronă cu rotor bobinat (cuinele)
Maşină asincronă cu rotor înscurtcircuit (în colivie)
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
5/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 5
Părţile constructive ale maşinii asincrone
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
6/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 6
MIEZ MAGNETIC: realizat din tole din oţel electrotehnic, cu grosimea de 0.5mm, izolate între ele.
JUGSTATORIC
JUGROTORIC
DINTESTATORIC
DINTEROTORIC
CRESTĂTURĂ STATORICĂ
CRESTĂTURĂ ROTORICĂ
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
7/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 7
ÎNFĂŞURĂRI STATORICE: realizate din conductor de cupru, distribuite încrestăturile statorice
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
8/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 8
Înfăşurări distribuite: Rezultă prin înserierea unor bobine elementare sau secţii,plasate în crestături, care sunt str ăbătute de fluxuri diferite, având poziţii
diferite în spaţiu.
Bobină elementară formată din două spire înseriate
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
9/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 9
Înfăşurare în dublu strat Înfăşurare în simplu strat
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
10/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 10
ÎNFĂŞURĂRI ROTORICE: realizate din conductor de cupru sau aluminiu, încolivie sau distribuite în crestăturile rotorice (rotor bobinat)
Bare rotorice
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
11/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 11
Bare sudate sau lipite de inele din cupru
Din aluminiu, turnate sub presiune
Colivie dublă
1. Miez din tole
2. Bare interioare3. Bare exterioare4. Inele de scurtcircuitare
Colivie simplă
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
12/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 12
Procesul de fabricatie/asamblare a masinilor de inductie
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
13/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 13
PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE ALMAŞINII ASINCRONE
La baza funcţionării maşinii asincrone stăcâmpul magnetic învârtitor
Y
A
X
C B
Z1
2
3
4
5
6
0 i i i C B A
α
A
B
C
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
14/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 14
2π 0
τ
α
1 2 7 8
t f 2 sin I t sin I t i 1 max 1 max A
π Armonica fundamentală de-a lungul întrefierului a
solenaţiei fazei A
t i 2 t AA
Solenaţia fazei A
α
α
t i t AA _2 b Solenaţiabobinei 2 a
fazei A
Solenaţia
bobinei 1 afazei A
t i t AA _1 b
Considerăm că fiecare bobină are o
singur ă spir ă
t i A
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
15/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 15
ΘA
c
A0
A2 B
Câmpul magnetic corespunzătorsolenaţiei ΘA:
δc – întrefierul echivalent
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
16/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 16
α 0 B A
α 0025 .0 B
A
α 005 .0 B A
α 0075 .0 B
A
2π 0 π α 01 .0 B A
Variaţia inducţiei magnetice a câmpului magnetic generat de faza A
Reprezentarefazorială
Reprezentare de-a lungul întrefierului
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
17/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 17
α 01 .0 B A
α 0125 .0 B
A
α
015 .0 B A
α 0175 .0 B
A
2π 0 π
α 02 .0 B A
Reprezentarefazorială
Reprezentare de-a lungul întrefierului
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
18/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 18
Armonica fundamentală asolenaţiei fazei A
Repartiţia reală asolenaţiei fazei A
Maşină asincronă cu o singurăpereche de poli (p=1)
Maşină asincronă cu douăperechi de poli (p=2)
α 2π π 0
τ
τ
τ – pas polar
] crestaturi [ p 2
Z ] ; m [
p 2
D s
Faza A alimentată cutensiune sinusoidală
α
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
19/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 19
Masina de inductie cu 3 perechi de poli - Faza A distribuita in crestaturi
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
20/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 20
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-15
-10
-5
0
5
10
15
Timp [s]
C u r e n t f a z a A [
A ]
Curentul in faza A
Modul in care se modifica inductia in masina(alimentand numai faza A) de-a lungul celor 0.12s
Stator cu 36 de crestaturi, infasurari indublu strat
Faza A alimentată cu tensiune sinusoidală
Masina are 3 perechi de poli
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
21/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 21
Harta campului magnetic siliniile de camp la momentul
t=0.015s
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-15
-10
-5
0
5
10
15
Timp [s]
C u r e n t f a z a A [
A ]
Reprezentarea vectoriala ainductiei magnetice in masina
Parte din faza A
Curentul in faza A
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
22/34
Harta campului magnetic siliniile de camp la momentul
t=0.015s
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 22
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-15
-10
-5
0
5
10
15
Timp [s]
C u r e n t f a
z a A [
A ]
Curentul in faza A Inductia in intrefier si armonica fundamentalaa acesteia la momentul t=0.015 s
0 60 120 180 240 300 360
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Unghi [grade]
I n d u c t i a [ T ]
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
23/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 23
0 60 120 180 240 300 360 -1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Unghi la centru [grade]
I n d u
c t i a
[ T ]
BδA(α,t): Inductia magnetica in intrefier data de curentul din faza A
BδC(α,t): Inductia magnetica in intrefier data de curentul din faza C
BδB(α,t): Inductia magnetica in intrefier data de curentul din faza B
Bδ(α,t) = BδA(α,t) + BδB(α,t) + BδC(α,t): Inductia magnetica totala in intrefier la momentul t=0.015s
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
24/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 24
Stator cu 36 de crestaturi,
infasurari in dublu strat Masina are 4 perechi de poli
Cele trei infasurari alimentatecu un sistem trifazatechilibrat de curenti
Harta inductieimagnetice in masina
0 60 120 180 240 300 360-1
-0.5
0
0.5
1
Unghi [grade]
I n d u c t i e
i n t r e f i e r [ T ]
Distributiainfasurarilor increstaturi
Inductiamagnetica in intrefier
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
25/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 25
Câmpul rezultant este un câmp magnetic învârtitor:
p t sin B 2
3 t ,B
1
Viteza unghiulară de rotaţie este Ω1 (în radiani/secundă),sau n1 (în rotaţii/minut), a câmpului magnetic învârtitor :
p f 60 n
p
1
1
1
1
n1 [rot/min] a câmpului magnetic învârtitor poartă numele de viteză desincronism
Amplitudinea câmpului magnetic învârtitor este constantă: B 2
3
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
26/34
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
27/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 27
Stator
Rotor
Întrefier
n1- vitezacâmpului magnetic
învârtitor
n - vitezarotorului
Alunecarea maşinii:
100 n
n n [%] s sau
n
n n s
1
1
1
1
Viteza relativă a câmpului magnetic învârtitor faţă de rotor:
1 1 2 sn n n n
http://educypedia.karadimov.info/library/Slip_-_Induction_Motor.swf
http://educypedia.karadimov.info/library/Slip_-_Induction_Motor.swfhttp://educypedia.karadimov.info/library/Slip_-_Induction_Motor.swfhttp://educypedia.karadimov.info/library/Slip_-_Induction_Motor.swfhttp://educypedia.karadimov.info/library/Slip_-_Induction_Motor.swf
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
28/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 28
REGIMUL DE MOTOR
0
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
29/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 29
REGIMUL DE GENERATOR
n1
n>n1
Câmpul magnetic învârtitor
Rotorul maşinii asincrone
Conductorrotoric
Fem
0s
Se alimentează înfăşurările statorice cu un sistem trifazat de tensiuni sinusoidale şi seantrenează rotorul din exterior la o turaţie n mai mare decât turaţia n1 în acelaşi sens cu
câmpul învârtitor.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
30/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 30
REGIMUL DE FRÂNĂ
s 1
Se alimentează înfăşurările statorice cu un sistem trifazat de tensiuni sinusoidale şi seantrenează rotorul din exterior la o turaţie n mai mare decât turaţia n1 în sens contrar
câmpului învârtitor.
Regimul se aplică în anumite cazuri de acţionări cu motoare electrice, când se cere o frânarerapidă a motorului sau, în cazul macaralelor, o viteză constantă de coborâre a sarcinii.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
31/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 31
FUNCŢIONAREA ÎN REGIM DEMOTOR A MAŞINII ASINCRONE
ÎN GOL CU ROTORUL ÎN
REPAUS
Se alimentează înfăşurările statorice cu un sistemtrifazat de tensiuni sinusoidale.
Stator
Rotor în repaus
Înfăşurare rotoricădeschisă
1
u
u w
u w
k w f E
k w f E
2212
1111
2
2
kw1, kw2 – factori de înfăşurare
Maşina asincronă se comportăca un transformator, curaportul de transformare dat
de:
2 2 w
1 1 w
2
1 e
w k
w k
E
E k
Puterea absorbită de motor dela reţea acoperă pierderile în
înfăşurările statorice şi cele înmiezul statoric şi rotoric:
2 Fe 1 Fe 2 01 1 10 p p I m 3 P
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
32/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 32
ÎN SARCINĂ
Înfăşurare rotorică închisă (in scurt
circuit)
Se alimentează înfăşurărilestatorice cu un sistem trifazat de
tensiuni sinusoidale.
Stator
1
u
Tensiunea electromotoareindusă, E2, generează uncurent I2 prin înfăşurarea
rotorică.
Se produce un cupluelectromagnetic ce pune înmişcare rotorul cu viteza:
1 n s 1 n
1 2 u 2 w 2 2 s 2 u 1 w 1 1 1 sf f cu k w f 2 E si k w f 2 E
Rotor in colivie
Se alimenteazainfasurarea
rotorica de la periiprin inelelecolectoare
Rotor bobinat
Se generează uncurent I2 prin
înfăşurarea rotorică.
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
33/34
2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 5 33
Pentru masina cu p=3
-
8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 5
34/34
2015 2016 Masini electrice 1 Curs 5 34
Curentul I2 produce la rândul lui un câmp învârtitor, căruia îi corespundefluxul Φ2, a cărui viteză faţă de rotor este:
1
1 2
sn p
sf 60
p
f 60
n 2
Viteza câmpului învârtitor, reprezentat de fluxul Φ2, faţă de stator este:
1 1 1 _1 n n s 1 sn n n n 2 2
Câmpul rotorului se învârteşte cu aceeaşi viteză desincronism n1 ca şi câmpul statoric, oricare ar fi alunecarea.