Capitolul 3 MAŞA ASCOĂ Maşina aincronă ete cea ai răpânită aşină electrică. Ea e întâlneşte pe cară largă în acţionările electrice in toate ectoarele inutriale şi ociale, îneoebi în regiul e otor trifazat, pentru acţionarea aşinilor unelte, a popelor, a copreoarelor, a orilor cu bile, a acaralelor electrice, a pourilor rulante, a aparaturii eicale,a aparaturii electrocanice etc. Motoarele aincrone e contruiec pentru o gaă foarte largă e puteri (e la orinul unităţilor e W până la orinul zecilor e MW), pentru teniuni joae (ub 5V) şi teniuni eii (3 kv, 6kV au kv) şi avân turaţia incronă la frecvenţa f=5hz egală în o uzual cu n= 5, 6, 75,, 5 au 3 rot/in, în funcţie e nuărul e perechi e poli. Principalele avantaje ale otoarelor aincrone faţă e alte tipuri e otoare electrice unt: iplitate contructivă; preţ e cot reu; iguranţă are în exploatare; perforanţe tehnice riicate (cuplu are e pornire, ranaent riicat); tabilitate în funcţionare, exploatare, anevrare şi întreţinere iplă; alientare irect e la reţeaua trifazată e c.a.; Dintre principalele ezavantaje pute enuera: şoc are e curent la pornire; factor e putere relativ căzut; caracteritică ecanică ură; egiul e generator al aşinii aincrone ete ai rar foloit atorită puterii reactive (e agnetizare) relativ are pe care aşina trebuie -o ia e la reţea. În acţionările electrice, în cazuri peciale, aşina aincronă poate funcţiona pentru curtă urată şi în regiul e frână electrică.
Maşina aincronă 75 3. Eleente contructive ale aşinii aincrone Maşinile aincrone e execută în ouă fore contructive: - Maşina aincronă cu rotorul bobinat (cu inele); - Maşina aincronă cu rotorul în curtcircuit (în colivie). Statoarele în abele cazuri unt ientice. 3.. Statorul aşinii aincrone Statorul aşinii aincrone joacă rolul e inuctor. În tator e obţine un câp agnetic învârtitor, pe cale electrică, cu ajutorul unei înfăşurări trifazate parcure e curenţi alternativi trifazaţi, înfăşurare aşezată în cretături. Din punct e veere contructiv, tatorul are fora unui cilinru gol realizat in tole e oţel electrotehnic e,5 groie, izolate între ele cu lac izolant au oxizi ceraici. Cretăturile e obţin prin ştanţarea tolelor înainte e îpachetarea iezului şi pot fi eiînchie au echie. Cretăturile eiînchie (figura 3.a) prezintă avantajul unui flux e iperie ai reu, ar înfăşurarea trebuie realizată in conuctor rotun şi introuă fir cu fir, neputân fi realizată afară pe şablon. Cretăturile eiînchie e utilizează la aşini e puteri ici. Cretăturile echie (figura 3.b) perit realizarea înfăşurării afară pe şablon ar prezintă un flux e iperie ai are. Se utilizează la aşini e puteri ari. Figura 3. Figura 3. Înfăşurarea tatorului e realizează e cele ai ulte ori în ouă traturi şi cu pa curtat. Înfăşurările într-un ingur trat e utilizează nuai la aşinile e putere ică.
Maşina aincronă 76 3.. otorul aşinii aincrone otorul aşinii aincrone joacă rolul e inu avân fora unui cilinru plin realizat in tole in oţel electrotehnic e,5, izolate au neizolate. La periferia rotorului e află cretături realizate tot prin ştanţare, în care e introuce înfăşurarea rotorică. Dacă aşina aincronă ete cu rotorul bobinat, atunci înfăşurarea rotorică ete e tipul înfăşurărilor e c.a. trifazate, cu pa iaetral, într-un trat au în ouă traturi. Cretăturile în acet caz unt eiînchie avân e obicei foră e pară (figura 3.). Dacă aşina ete cu rotorul în curtcircuit, atunci înfăşurarea rotorică ete e tipul colivie realizată prin turnare in bare e Cu au Al curtcircuitate la capete e ouă inele in acelaşi aterial (figura 3.4). Turnarea coliviei e face prin injecţie irect în cretăturile rotorice, acetea fiin e ata aceata închie au eiînchie (figura 3.5a). La aşini e puteri ai ari pentru reucerea curentului e pornire e foloec colivii cu bare înalte (figura 3.5b) au uble colivii (figura 3.5c). Colivia uperioară S are ecţiunea ai ică şi eci rezitenţă ohică ai are ar reactanţa ete ai ică. Ea joacă rolul e înfăşurare e pornire liitân curentul e pornire care avân frecvenţă relativ are fluxul agnetic inuctor nu pătrune în aânciea rotorului până la colivia inferioară. Oată aşina pornită frecvenţa curentului rotoric cae (f =f ) fluxul inuctor pătrune ai aânc în rotor îbrăţişân colivia care avân ecţiunea ai are va avea rezitenţa ohică ai ică, reactanţa relativ are curentul va circula preponerent prin ea. Din acet otiv e ai nueşte şi colivie e lucru. a) b) c) Figura 3.4 Figura 3.5 În cazul aşinii cu rotorul bobinat, capetele înfăşurării rotorice unt coae în exterior cu ajutorul unor contacte alunecătoare copue in trei inele e bronz oliare cu rotorul pe care alunecă perii in bronz grafitat fixate şi izolate faţă e carcaa aşinii (figura 3.3). Ventilaţia înfăşurării tatorice e realizează e obicei la puteri ici şi eii cu ajutorul ventilatorului axial ontat pe axul aşinii (figura 3.3), iar ventilaţia înfăşurării rotorice e realizează cu ajutorul aripioarelor e pe inelele e curtcircuitare care e toarnă oată cu colivia.
Maşina aincronă 77 Figura 3.3
Maşina aincronă 78 3..3 Carcaa aşinii aincrone Carcaa e execută in aluiniu au fontă prin turnare. Carcaa poartă tălpile e fixare ale aşinii, inelul e riicare, cutia e borne, plăcuţa inicatoare şi cuturile frontale. În cuturi e ontează lagărele (rulenţii) pe care e prijină axul aşinii (figura 3.3). La aşina aincronă cu inele, unul in cuturile frontale uţine portperiile, îpreună cu periile e contact şi ipozitivul e riicare a periilor şi curtcircuitare a inelelor (acă exită). Carcaa uţine iezul tatorului îpreună cu înfăşurarea a şi aigură poibilitatea e centrare faţă e rotor. 3..4 Întrefierul aşinii aincrone Întrefierul ete paţiul liber răa între iezul feroagnetic al rotorului şi iezul tatoric. Lăţiea întrefierului la aşina aincronă e conieră contantă (e neglijează echierea cretăturilor) şi are o valoare foarte ică (, ) în veerea obţinerii unui curent e agnetizare cât ai reu, repectiv a unui factor e putere riicat. În fig. 3.3 -a reprezentat o ecţiune longituinală printr-o aşină aincronă cu rotorul bobinat, pe care e pot evienţia cele ai ulte in eleentele contructive ale aşinii aincrone prezentate ai u. 3. Motorul aincron trifazat Maşina aincronă poate funcţiona tabil în trei regiuri: - regiul e otor; - regiul e generator; - regiul e frână electrică. În practică înă, aşina aincronă ete utilizată aproape în totalitatea cazurilor în regiul e otor, regi care va contitui obiectul tuiului notru în continuare. De ulte ori regiul e funcţionare al aşinii e lucru antrenate e otorul aincron ipune acetuia funcţionarea în regi e generator au e frână electroagnetică.
Maşina aincronă 79 3.. Principiul e funcţionare al otorului aincron Motorul aincron trifazat prieşte energie electrică e la reţeaua e c.a. prin conectarea tatorului la aceata, energie pe care o converteşte în energie ecanică furnizată la axul rotorului. Siteul e curenţi trifazaţi ietrici aborbiţi e tator e la reţea prouce un câp agnetic învârtitor care pentru aronica funaentală are fora: B B co p t (3.) Acet câp prouce în raport cu înfăşurarea rotorică (care în oentul pornirii ete fixă) un flux agnetic e fora: co t (3.) pentru una in fazele înfăşurării confor (.4). La rânul ău acet flux inuce în faza repectivă a înfăşurării rotorice o t.e.. e aceeaşi pulaţie. Cu înfăşurarea rotorică ete închiă (în curtcircuit au pe un conuator echilibrat) t.e.. va a naştere unui curent prin faza rotorică repectivă. Siteul trifazat ietric e curenţi in înfăşurarea rotorică trifazată interacţionează cu iteul trifazat e fluxuri ân naştere unui cuplu rezultant e forţe care va pune în işcare rotorul. otorul capătă atfel viteză şi în final e tabileşte la valoarea ( fiin viteza unghiulară e incroni a câpului învârtitor inuctor). Acu fluxul agnetic creat e câpul inuctor va avea faţă e înfăşurarea rotorică în işcare expreia: une -a notat: p t co p t co (3.3) - - alunecarea intre câpul inuctor i rotor confor (.47) şi (.53). Evient cân =, fluxul evine invariabil în tip şi prin urare nu e ai inuc t.e.. în rotor, cuplul electroagnetic al otorului evenin nul. Deci, rotorul are teninţa e a e apropia e viteza e incroni ar pe care nu o poate atinge. Atfel câpul agnetic învârtitor inuctor şi rotorul nu pot fi nicioată în incroni. De aici şi enuirea e aşină aincronă. Conierân că rotorul e învârte în regi taţionar cu viteza unghiulară corepunzătoare alunecării, atunci frecvenţa fluxului, a t.e.. inue în rotor şi a curenţilor rotorici va fi: p ; f p f (3.4) Alunecarea a otorului aincron e ai poate crie şi în procente:
Maşina aincronă 8 une rot / in ; n rot / in n n % (3.5) n 6 6 unt turaţiile câpului învârtitor, repectiv n rotorului în rot/in. Motoarele aincrone e contrucţie norală au în o uzual alunecări noinale cuprine între (5)%. Acet lucru arată că la frecvenţa tatorică inutrială f =5Hz, frecvenţa curenţilor rotorici va fi confor relaţiei (3.4): f,,55,5,5hz eci o frecvenţă foarte joaă, ceea ce ne perite ă conieră piererile în fier rotorice practic nule. Deaeenea valoarea efectivă a t.e.. inuă în rotor epine e alunecare. Atfel la pornire (=) ea are expreia: E (3.6) 4,44k f iar în regi taţionar corepunzător alunecării : 4,44k w f E E (3.7) De exeplu acă o aşină aincronă are la pornire o t.e.. inuă rotorică E =V (=), atunci la o valoare uzuală a alunecării noinale cu ar fi =%, ea va avea valoarea: E, V 3.. Ecuaţiile aşinii aincrone trifazate Se conieră o aşină aincronă trifazată ietrică, alientată la o ură trifazată ietrică e frecvenţă f şi valoarea efectivă a teniunii U. Se preupune că aşina funcţionează într-un regi electroagnetic taţionar, nu are piereri în iezul feroagnetic, circuitul agnetic ete liniar, iar înfăşurările unt ipue inuoial, atfel încât curba câpului agnetic in întrefier ete o ună inuoială. Circuitul rotoric e conieră curtcircuitat au închi pe un reotat ietric (fig. 3.6) une -au făcut notaţiile: -, rezitenţele pe fază ale înfăşurării priare (tator) repectiv ecunare (rotor) ( inclue şi rezitenţa e fază a reotatului); X f L ; X f L - reactanţele e iperie ale circuitelor priar repectiv ecunar conierate la frecvenţa f a curenţilor in priar, inuctivităţile e iperie fiin preupue contante; - i, i curentul e fază in înfăşurarea priară, repectiv ecunară; - U in t teniunea la bornele unei faze priare; u
Maşina aincronă 8 - fluxul facicular prou e câpul agnetic rezultant in întrefier (ărie efectivă); Figura 3.6 Câpul agnetic învârtitor rezultant reprezintă un câp agnetic util în aşina aincronă în enul că el ete rezultatul uprapunerii câpurilor inuctor (e excitaţie) şi e reacţie a inuului, ale căror linii trăbat atât înfăşurarea tatorică cât şi pe cea rotorică, efinin cuplajul agnetic al celor ouă înfăşurări (întocai ca la tranforator). Câpul agnetic rezultant in întrefier va prouce prin aşină un flux agnetic rezultant (util) avân aplituinea: BL (3.8) une: L - lungiea iezului rotoric - paul polar; Acet flux util ătură periferia interioară a tatorului şi va inuce t.e.. în cele trei faze tatorice cu valoarea efectivă: E f k (3.9) Fazorial expreia t.e.. utile tatorice e va crie: E (3.) j k jx une: - reactanţa X a fot enuită reactanţă e agnetizare, iar curentul curent e agnetizare.
Maşina aincronă 8 Acet flux agnetic util va ătura şi periferia rotorică şi va inuce t.e.. în fazele rotorice avn valoarea efectivă: E f k (3.) Valoarea efectivă a t.e.. utile rezultantă rotorice ete prin urare proporţională cu frecvenţa f = f, eci cu alunecarea, ceea ce ne perite ă crie: E E ; E f k (3.) une ăriea E atfel efinită ete chiar t.e.. rotorică inupă e câpul agnetic învârtitor rezultant B acă rotorul ar ta pe loc (=). Expreia t.e.. rotorice efective e poate crie fazorial: E E j k (3.3) Câpul agnetic e iperiie tatoric ete acel câp ale cărui linii e câp e înlănţuie nuai cu pirele proprii, fără ă e înlănţuie cu pirele rotorice. Acete linii e închi fie prin întrefierul aşinii fie prin aer în jurul capetelor frontale ale bobinelor tatorice. Fluxul e iperie corepunzător acetui câp va inuce în fazele tatorice t.e.. e valoare efectivă coplexă: E jl E jx (3.4) Cu totul analog e efineşte fluxul agnetic e iperie al rotorului în raport cu tatorul care va inuce în fazele rotorice t.e.. e valori efective: au fazorial: fazorii iplicaţi fiin e frecvenţă f. E L L X (3.5) E jx (3.6) Pe baza celor tabilite ai u rezultă că ecuaţiile fazoriale e teniuni pentru tator şi rotor vor fi: U j X jx E E (3.7) confor teoreei lui Kirchhoff pentru teniuni aplicată pe o fază tatorică repectiv rotorică. Îpârţin ecuaţia teniunilor rotorice la obţine: E jx (3.8) Să rearcă faptul că otorul aincron echivalent efinit ca avân rotorul iobil ete ientic cu un tranforator trifazat, înfăşurarea tatorică reprezentân priarul, iar înfăşurarea rotorică ecunarul. Prin urare acetui otor aincron echivalent i e pot aplica ecuaţiile
Maşina aincronă 83 tranforatorului. Pentru tator (priar) ete în continuare valabilă ecuaţia e teniuni (3.7) iar pentru ecunar (rotor) ecuaţia (3.8), fazorii fiin toţi e frecvenţa f. Întocai ca la tranforator vo raporta ăriile rotorice (ecunare) la tator (priar) în copul e a ajunge la o cheă echivalentă şi la o iagraă e fazori tatorici şi rotorici coparabili ca ărie. Dacă înulţi toţi terenii ecuaţiei (3.8) cu k / k, atunci e obţine în locul lui E chiar E confor (3.), teren care e regăeşte şi în ecuaţia tatorică (3.7). În felul aceta cele ouă ecuaţii au un teren coun E, ceea ce ugerează o cheă echivalentă cu ouă ochiuri inepenente, ar cu o latură coună. Utilizân notaţiile proprii raportării: k k X X ; k k (3.9) w w E E k k E E ; k k e obţine urătorul ite e ecuaţii ce caracterizează otorul aincron în regi taţionar, cu neglijarea piererilor în fier: jx E E jx E jx U (3.) Ecuaţia a 3-a repectiv a curenţilor -a obţinut in ecuaţia olenaţiilor corepunzătoare copunerii câpurilor agnetice inuctor şi e reacţie în câpul agnetic rezultant util: k k k (3.) prin îpărţirea ecuaţiei cu k şi foloin notaţiile (3.9). În fârşit, vo introuce şi o corecţie referitoare la piererile în iezul feroagnetic al tatorului, P Fe, foloin aceeaşi notificare ca în teorea tranforatorului (vezi ubcap...4) aceată corecţie conuce la oificarea ultiilor ouă ecuaţii in iteul (3.), acetea evenin: a a a jx E (3. )
Maşina aincronă 84 în care a ete rezitenţa corepunzătoare piererilor active în fier E PFe 3 aa 3, a fiin curentul corepunzător piererilor P Fe. eainti că piererile în fier rotorice P Fe pot fi neglijate în regiul e otor atorită frecvenţei foarte joae a curenţilor rotorici. Se pot contrui acu chea echivalentă şi iagraa e fazori: a Figura 3.7 Figura 3.8 În figura 3.8 -a reprezentat chea echivalentă a aşinii aincrone în regi taţionar. În aceată cheă -a îpărţit rezitenţa echivalentă / a rotorului în rezitenţa, în care e ezvoltă piererile Joule P j şi rezitenţa ()/, care ar avea enificaţia unei rezitenţe e arcină (pentru a întări analogia cu chea echivalentă a tranforatorului). Se poate arăta că, puterea pierută în aceată rezitenţă reprezintă chiar puterea tranforată în putere ecanică totală P M. Dacă e foloec notaţiile: a jx ; jx ; a a atunci chea echivalentă capătă fora in figura 3.9. jx jx expreii: Figura 3.9 ezolvân chea echivalentă in figura 3.9 e obţin pentru curenţii şi urătoarele
Maşina aincronă 85 U U (3.) U (3.3) Pentru a iplifica calculele, in expreia curentului vo îpărţi atât nuărătorul cât şi nuitorul cu şi vo obţine: c U U (3.4) c U (3.5) une -a notat cu c ce c jα - un coeficient coplex cu oulul c, ceva ai are ca ( avân oulul ult ai are ecât ) şi cu arguentul foarte apropiat e zero. În o uzual acet coeficient are valoarea: c=,,5. Obervaţii: Ca şi la tranforator, căerea e teniune în rezitenţa a înfăşurării tatorice ete foarte ică în coparaţie cu teniunea la borne U pentru toate regiurile e funcţionare ale otorului aincron. Pe e altă parte şi căerea inuctivă e teniune pe reactanţa e iperie X reprezintă în o uzual oar câteva procente in t.e.. utilă E. Prin urare in pria ecuaţie a iteului (3.) e euce: k f E U E U Cu alte cuvinte, acă teniunea e fază aplicată tatorului ete contantă ca ărie efectivă, iar frecvenţa a e aeenea contantă, atunci aplituinea fluxului rezultant ete practic contantă, inepenentă e arcina otorului. De aeenea şi curentul e er în gol ca şi coponentele ale şi a vor fi contante. Curentul e agnetizare ca şi curentul e er în gol au valori ult ai riicate la otorul aincron în coparaţie cu ăriile corepunzătoare la tranforator, ele atingân uzual valori e (35)% in curentul noinal tatoric. Explicaţia contă în faptul că la acelaşi flux,
Maşina aincronă 86 otorul aincron oferă o reluctanţă ult ai are in cauza exitenţei întrefierului foarte puţin pereabil care olicită o olenaţie e agnetizare ult porită. Dat fiin faptul că în regiurile norale alunecarea ete foarte reuă (=,,5), rezultă /X, ceea ce îneană că factorul e putere rotoric: co (3.6) X ete foarte apropiat e unitate, aică efazajul intre t.e.. utilă rotorică E i curentul rotoric ete foarte ic, practic nul upă cu e poate oberva pe iagraa e fazori. 3.. Bilanţul puterilor şi ranaentul otorului aincron Pentru a pune în evienţă cât ai ugetiv bilanţul puterilor e poate traa grafic o iagraă care ne arată cu evoluează puterile în otorul aincron. Aceată iagraă -a reprezentat în figura 3. une -au făcut notaţiile: Figura 3. P - puterea activă electrică aborbită e otor e la reţeaua e alientare; P Cu - piererile active în cuprul tatorului (prin efect Joule pe rezitenţa tatorului): P, fiin nuărul e faze al înfăşurării tatorice; Cu P Fe - puterile active în fierul tatorului: PFe P T P, P T fiin piererile atorită H P H P curenţilor turbionari; - piererile atorită hitereziului agnetic; - puterea electroagnetică a aşinii care e tranite in tator în rotor la nivelul întrefierului prin câpul agnetic învârtitor rezultant P P PCu PFe ;
Maşina aincronă 87 P Cu - piererile active in cuprul rotorului P ; P - piererile ecanice (prin frecări în lagăre şi prin frecarea rotorului şi a ventilatorului e pe ax cu aerul); P M - puterea ecanică totală ezvoltată e otor PM P P Cu ; P - puterea ecanică utilă la axul otorului. Bilanţul puterilor active la otorul aincron e va putea atfel crie: P Cu P P PCu P Cu P Fe (3.8) Puterea ecanică totală ca şi puterea electroagnetică a otorului e ai pot expria şi în ării ecanice, atfel: n M M (3.9) 6 PM n M M (3.3) 6 P une: - M cuplul electroagnetic al aşinii; - viteza unghiulară a câpului agnetic învârtitor tatoric; - n turaţia câpului agnetic învârtitor tatoric [rot/in]; - viteza unghiulară a rotorului; - n turaţia rotorului [rot/in]. Înlocuin acete relaţii în expreiile piererilor în cuprul tatoric şi în expreia puterii ecanice totale e obţine: M P P P PM M (3.3) Cu P PM P PCu M (3.3) Aică piererile în cuprul înfăşurărilor rotorice reprezintă fracţiunea in puterea agnetică P traniă e tator rotorului în tip ce puterea ecanică totală reprezintă fracţiunea in puterea P. Altfel pu relaţia (3.3) ne arată că valoarea alunecării unui otor aincron e tabileşte în fucţie e valoarea piererilor în cuprul rotoric. La piereri P Cu ari vo avea alunecări ari. În copul obţinerii unui ranaent porit aşina e proiectează pentru alunecări noinale ici (=,,5). La aeenea alunecări ici piererile în fierul rotoric e pot neglija (vezi ubcapitolul 3..), otiv pentru care acete piereri P Fe nu figurează în acet bilanţ al puterilor active. Din punct e veere al bilanţului e puteri reactive otorul aincron ete un receptor ohic-inuctiv. Motorul preia puterea reactivă relativ iportantă e la reţea neceară agnetizării iezului feroagnetic, eci creării câpului agnetic in aşină. Factorul e
Maşina aincronă 88 putere al otorului aincron co ete toteauna inuctiv. Motorul aincron ete excitat e la aceeaşi reţea care îi furnizează şi puterea reactivă. anaentul otorului aincron va avea expreia: P P P P P P P P P P P Cu Cu Fe (3.33) Puterea ecanică la ax P =M e calculează ăurân cuplul ezvoltat la ax M şi turaţia rotorului n = 6/ au prin epararea piererilor in puterea aborbită P. anaentul noinal al aşinilor aincrone are valori ari =(7595)%, valorile ici pentru puteri ici, iar valorile ari pentru puteri ari (kw). 3..4 Expreia cuplului electroagnetic Ca urare a interacţiunii intre fluxul inuctor faţă e rotor şi curenţii inuşi e aceta în înfăşurarea rotorică, apar forţe electroagnetice care vor prouce un cuplu rezultant e forţe electroagnetice. Aplicat aupra rotorului acet cuplu prouce işcarea e rotaţie e la aşina aincronă. Expreia cuplului electroagnetic al otorului aincron trifazat în regin taţionar e funcţionare e poate face explicit pornin e la expreia generală a cuplului electroagnetic la aşinile e curent alternativ (vezi ubcapitolul.4 relaţia (.68)): 3E co, E M (3.34) Expreia e la nuărător are o enificaţie bine precizată. Ea reprezintă puterea activă conuată în înfăşurarea rotorică aică chiar piererile in cuprul rotoric. Deci: PCu PCu 3 M (3.35) Expreia curentului rotoric a fot eterinată cu ajutorul cheei echivalente (vezi ubcapitolul 3.. relaţia (3.5)): au în valoare efectivă: U (3.36) c c jx cx U (3.37) c X cx Înlocuin în relaţia (3.35) expreia cuplului evine: U
Maşina aincronă 89 3 U M (3.38) c X cx Cuplul electroagnetic ezvoltat e otorul aincron ete eci funcţie e alunecarea pentru un otor at şi pentru o teniune U şi frecvenţă f ate ale reţelei e alientare. Pentru a eterina valorile ale alunecării pentru care cuplul electroagnetic atinge valori extree, e calculează erivata M/ şi e rezolvă ecuaţia: M Efectuân calculul e găeşte ecuaţia: e une rezultă: X cx c c c (3.39), c (3.4) X X Alunecarea pozitivă corepnzătoare regiului e otor va genera un axi al cuplului M iar alunecarea negativă corepunzătoare regiului e generator va genera un ini M al curbei M=f(). Cele ouă valori extree M, e eterină introucân valorile, în expreia cuplului (3.38) obţinânu-e: M, 3U (3.4) c X cx Alunecarea in regiul e otor căreia îi corepune cuplul axi electroagnetic M poibil a fi ezvoltat e otor la U at, e nueşte alunecare critică, şi upă cu e obervă in relaţia (3.4) ete irect proporţională cu rezitenţa rotorică e fază. Cuplul electroagnetic axi at e relaţia (3.4) e ai nueşte şi cuplu critic, şi upă cu e obervă ete irect proporţional cu pătratul teniunii e alientare U, ete inver proporţional cu frecvenţa teniunii e alientare ( =f /p), şi nu epine e rezitenţa rotorică e fază. 3..5 Caracteritica cuplu-alunecare Aprecierea poibilităţilor e utilizare a otorului aincron în acţionări electrice e poate face şi utilizân caracteritica ecanică n =f(m), care reprezintă epenenţa intre turaţia otorului şi cuplul electroagnetic ezvoltat e aceta, conierân retul ăriilor in expreia cuplului (3.38) contante.
Maşina aincronă 9 Caracteritica ecanică n =f(m) rezultă in caracteritica cuplu-alunecare M=f(), ţinân eaa e relaţia liniară intre turaţia n şi alunecarea (rezultă in efiniţia alunecării): n n (3.4) În o exact caracteritica cuplu-alunecare M=f() e obţine pe cale experientală. Deucerea pe cale experientală la bancul e încercări nu e poate face ecât într-un oeniu retrân. Fora caracteriticii M=f() în tot oeniul e variaţie a lui [(; +)] e poate euce pe cale analitică expriân relaţia (3.38) într-o foră aproxiativă iplificată. Pentru aceata vo expria ai întâi raportul M/M : M M c X cx c c X cx (3.43) Dacă înulţi şi nuărătorul şi nuitorul cu: c (3.44) X cx e ajunge, upă calcule iple, la expreia: M M (3.45) în care -a notat: (3.46) X cx În o uzual, îneoebi la aşinile e putere ai are şi prin urare coeficientul e poate neglija şi expreia (3.45) e poate crie: M M (3.47) cunocută ub nuele e forula lui Klo. Cu ajutorul acetei forule e poate explica uşor fora caracteriticii M=f() reprezentată în figura 3.. Atfel, pentru alunecări ici, e poate neglija terenul / în coparaţie cu / şi expreia (3.47) evine: M M ; (3.48) aică cuplul M ete proporţional cu alunecarea variin upă o reaptă ce trece prin origine. Pentru alunecări ari, e poate neglija terenul / în coparaţie cu / expreia (3.47) evenin:
Maşina aincronă 9 M M ; (3.49) aică epenenţa intre cuplu şi alunecare e face upă o hiperbolă echilateră (3.). Figura 3. În figura 3. -a reprezentat fora e variaţie a cuplului funcţie e alunecare pentru tot oeniul (-;+) raţionaentul e ai u repetânu-e analog pentru alunecările negative. În oeniul (, ) aşina funcţionează în regi e otor (M, n); în oeniul (, ) aşina funcţionează în regi e frână electrică (M, n); în oeniul (-, ) aşina funcţionează în regi e generator electric (M, nn). evenin la regiul e otor electric electric (, ) (figura 3.), zona OA a caracteriticii ete o zonă tabilă e funcţionare, pe aceată porţiune aflânu-e şi punctul noinal e funcţionare (în o uzual M =(,53)M ). Într-aevăr pe aceată porţiune la o creştere a cuplului rezitent la axul aşinii care va antrena o căere a turaţiei eci o creştere a alunecării (n =n (-)), cuplul electroagnetic ezvoltat e aşină va creşte eci va putea prelua creşterea cuplului rezitent şi funcţionarea e va tabili în alt punct. Deplaarea punctului e funcţionare e poate face înă tabil oar până în punctul A care reprezintă un punct critic e funcţionare al aşinii (otiv pentru care cuplul M şi alunecarea corepunzătoare e nuec critice). Porţiunea AB a caracteriticii M=f() ete o porţiune intabilă e funcţionare a otorului aincron eoarece orice creştere a cuplului rezitent la axul aşinii va uce la creşterea alunecării şi la căerea cuplului electroagnetic ezvoltat. ezuân cele arătate ai u pute afira că otorul aincron funcţionează tabil şi cu ranaent uperior în oeniul.
Maşina aincronă 9 Coportarea aşinii la şocuri e arcină ete caracterizat e factorul e upraarcină: M k Mn care în o uzual ia valoarea k =,53, valorile ai ici întâlninu-e la otoarele aincrone cu rotorul în colivie. Caracteritica ecanică n =f(m) e poate euce in caracteritica M=f() făcân chibarea e variabilă: n =n (). Figura 3. În figura 3. -a reprezentat caracteritica ecanică atfel obţinută. Oronata la origine (M=, =) corepune incroniului (M=, n=n ). Tăietura abcielor (M=M p, n=) corepune cuplului e pornire (M=M p, =). Exainân expreia cuplului electroagetic funcţie e alunecare (3.38): 3pU M (3.5) f c X cx în care -a înlocuit p f p ; e obervă că e poate chiba aliura caracteriticii M=f() prin oificarea paraetrilor: - U - valoarea efectivă a teniunii e alientare; - f - frecvenţa teniunii e alientare; - - rezitenţa rotorică raportată la tator (la aşinile cu rotorul bobinat prin înerierea unor rezitenţe uplientare exterioare). Dacă toate ăriile in expreia (3.5) e enţin contante şi e reglează una intre cele trei ării enţionate ai u e obţin trei failii e caracteritici M=f(), failii care ne au inforaţii preţioae privin funcţionarea otorului aincron la U, f au variabile.
Maşina aincronă 93 Pentru traarea cu uşurinţă a acetor failii e caracteritici -a întocit tabelul 3. care ne arată epenenţa cuplului critic M c şi alunecării critice c e acete trei ării. Tabelul 3. M U f ~ U ~ f f ~ ~ Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Din exainarea celor trei failii e caracteritici reprezentate în figurile 3.3, 3.4, 3.5 rezultă urătoarele obervaţii: - la căerea teniunii e alientare, cuplul axi eci şi factorul e upraarcină ca rapi (cu U ) exitân pericolul ca la o anuită valoare a teniunii U =U c factorul e upraarcină ă evină ubunitar k aşina neaiputân funcţiona tabil la M n. - pe ăura căerii teniunii cae şi uritatea caracteriticii, ea evenin oale (ai puţin abruptă). Atfel, variaţia teniunii e alientare poate contitui o etoă e variaţie a turaţiei otorului incron, în liite retrâne înă (vezi ubcap. 3.3.). - la căerea frecvenţei f cuplul critic M şi alunecarea critică crec, iar la creşterea frecvenţei ca exitân in nou pericolul ca la o anuită frecvenţă f =f c ă e obţină k. În practică e cobină reglarea frecvenţei cu reglarea teniunii prin enţinerea raportului U /f =cont., enţinânu-e atfel şi M =cont. - oată cu variaţia frecvenţei e oifică turaţia e incroni a aşinii obţinânu-e atfel un reglaj e turaţie. - la introucerea e rezitenţe uplientare în rotor cuplul axi eci şi k nu e oifică. Alunecarea critică creşte înă proporţional cu rezitenţa.
Maşina aincronă 94 - la un cuplu contant la ax, oată cu creşterea rezitenţei rotorice creşte şi alunecarea eci turaţia cae. Se obţine atfel încă o etoă e reglare a turaţiei, etoă care prezintă înă ezavantajul unor piereri uplientare ari în rezitenţele uplientare exterioare (prin efect Joule). - caracteritica M=f() evine ai oale cu creşterea. Şi pentru caracteritica ecanică n =f(m) e pot traa cele trei failii e caracteritici obţinute prin variaţia ăriilor: U, f,, reate în figurile 3.6, 3.7 şi 3.8. Figura 3.6 Figura 3.7 Figura 3.8 3.3 egiurile inaice ale otorului aincron trifazat egiurile inaice unt legate e variaţia energiei la axul otorului, otorul va fi upu unei viteze variabile în tip eci unei acceleraţii. Dintre regiurile inaice iportante ainti: - pornirea; - reglarea turaţiei; - frânarea; - chibarea enului e rotaţie. Variaţia energiei în tipul regiurilor inaice antrenează variaţia unor ării electrice şi neelectrice ale otorului aincron,variaţii ce trebuiec cunocute atorită iplicaţiilor ce le pot avea aupra funcţionării otorului. În acet capitol e vor prezenta acete regiuri inaice la nivel calitativ, urân ca în capitolul 5 ă e prezinte oelul ateatic al aşinii în regi inaic aecvat conucerii iteelor e acţionare cu otoare aincrone.
Maşina aincronă 95 3.3. Pornirea otorului aincron Acet regi inaic începe în oentul cân e conectează tatorul la reţea (turaţia otorului fiin nulă) şi e terină cân otorul ajunge în regi taţionar (cân turaţia otorului e tabilizează). Curentul aborbit e la reţea în oentul pornirii epăşeşte e 68 ori curentul noinal ( p =68 ), upă care cae exponenţial la valoarea tabilizată e regi taţionar. Valoarea are a curentului e pornire rezultă in chea echivalentă (fig. 3.7), în care e rearcă faptul că la =, rezitenţa echivalentă rotorică / ia cea ai ică valoare, ceea ce face ca ipeanţa rotorică ă aibă cel ai ic oul poibil, atrăgân upă ine un curent rotoric are şi, corepunzător, un curent tatoric are. Acet upracurent e pornire poate avea efecte nefate aupra aparatelor ontate în circuitul tatoric (aparate e ăură, contoare, relee, etc.) şi poate prouce căeri înenate e teniune pe reţea, acă puterea reţelei e alientare ete coparabilă cu cea a acţionării. Deaeenea între capetele frontale ale bobinelor tatorice e prouc eforturi electroinaice iportante. Din otivele prezentate ai u e ipune a e găi etoe e liitare a curentului e pornire la valori acceptabile. În cazul otoarelor cu rotorul în colivie, liitarea curentului e pornire nu e poate face ecât acţionân aupra tatorului, şi anue aupra teniunii e alientare U, reucânu-e aceata în oentul conectării tatorului la reţea. În fig. 3.9a, b, c, e reprezintă trei chee e pornire a otorului aincron cu rotorul în colivie. a) b) c) Figura 3.9
Maşina aincronă 96 În figura 3.9 a în erie cu fazale tatorului -au conectat trei bobine cu iez e fier care vor prouce o înenată liitare a curentului e pornire. După terinarea proceului e pornire e închie întrerupătorul care va şunta acete inuctivităţi. În figura 3.9b în locul inuctivităţilor fixe L e utilizează inuctivităţi reglabile (autotranforator) care perite ca la fârşitul pornirii prin curoarele C ă e şunteze autotranforatorul (poziţia ). În figura 3.9c e utilizează un coutator tea-triunghi. La pornire înfăşurarea tatorică e conectează în tea, atfel că intenitatea curentului faţă e conexiunea triunghi va fi e trei ori ai ică p = p /3. După ce e ajunge în regi taţionar e conectează înfăşurarea tatorică în triunghi. În acet fel teniunea e fază aplicată tatorului va creşte e 3 ori U 3U, eci cuplul electroagnetic va creşte e trei ori (cuplul fiin proporţional cu pătratul teniunii e alientare - relaţia 3.38). La coutarea în triunghi au loc alturi e curent şi e cuplu, otorul trecân pe o altă caracteritică e funcţionare (figura 3.). Pornirea tea-triunghi e poate face nuai în gol au cu cuplu tatic rezitent reu, excluzânu-e pornirile în plină arcină. În cazul otoarelor aincrone cu rotorul în colivie e puteri ici (până la 5kW) pornirea e face şi irect prin conectarea tatorului la teniunea noinală. În cazul otoarelor e putere are e poate aplica pornirea irectă nuai în cazul în care puterea noinală a celui ai are otor aincron nu epăşeşte % in puterea noinală a tranforatorului care alientează reţeaua. În cazul otoarelor aincrone cu rotorul bobinat, liitarea curentului e pornire e poate face ai uşor acţionân aupra rotorului, ărin rezitenţa acetuia prin conectarea în erie a unor rezitenţe exterioare. De obicei acete rezitenţe unt reglabile în trepte care e curtcircuitează ucceiv pe parcurul proceului e pornire (fig. 3.). Valoarea e e alege atfel încât la pornire otorul ă ezvolte un cuplu cât ai aproape e unitate ( ). Figura 3. Figura 3.
Maşina aincronă 97 ntroucerea rezitenţei uplientare e în circuitul rotoric face ca valoarea rezitenţei pe fază a rotorului raportată la tator ă fie + e ceea ce conuce pe e-o parte la căerea curentului rotoric confor relaţiei (3.37) pentru =, iar pe e altă parte la creşterea (ilatarea) alunecării critice confor relaţiei (3.4), cuplul axi M nefiin afectat (3.4). Întrucât rezitenţele e pornire răân în circuit un tip relativ ic (t p ) piererile Joule în acetea unt relativ ici. 3.3. eglarea turaţiei otorului aincron Proceeele e reglare a turaţiei otoarelor aincrone rezultă in expreia turaţiei: f n (3.5) p n şi contau în: - variaţia frecvenţei f a teniunii e alientare; - oificarea nuărului e perechi e poli, p; - oificarea alunecării,, prin oificarea rezitenţei rotorice. eglarea turaţiei prin oificarea frecvenţei şi teniunii e alientare prin enţinerea raportului U /f =contant. Aşa upă cu -a văzut în ubcapitolul 3..5 la reglajul în frecvenţă pentru a enţine factorul e upraîncărcare k contant şi pentru a evita aturarea aşinii la frecvenţe joae e enţine fluxul inuctor contant variin şi teniunea e alientare în acelaşi raport cu frecvenţa (U /f =cont.). Aceată coniţie ete realizată cu ajutorul convertizoarelor tatice e frecvenţă cu tiritoare. Failia e caracteritici ecanice obţinută pentru ivere fracvenţe are un apect foarte favorabil enţinân capacitatea e upraarcină iniferent e viteză (fig. 3.). Figura 3. Figura 3.3 La frecvenţe upranoinale f f coniţia U /f nu e ai poate realiza (-ar periclita izolaţia aşinii pentru U U ) şi e enţine U =U, fluxul inuctor tatoric căzân pe ăura creşterii frecvenţei (fig.3.3). Aceată etoă aigură o gaă largă e turaţii, o reglare fină fără piereri e energie.
Maşina aincronă 98 Deşi tehnica convertizoarelor e frecvenţă ete atăzi bine puă la punct totuşi acete intalaţii unt relativ cupe (în coparaţie cu cotul otorului) şi eforează reţeaua introucân aronici uperioare şi ărin atfel piererile uplientare ale otorului. eglarea turaţiei prin oificarea rezitenţei rotorice Aceată etoă e reglare e poate aplica nuai otoarelor cu rotorul bobinat (cu inele). ntroucerea ietrică e rezitenţe în erie cu înfăşurările e fază rotorice oifică crecător alunecările critice aşa cu a văzut la pornirea otoarelor cu rotorul bobinat (fig. 3.). După cu e poate oberva in aceată failie e caracteritici ecanice la cuplu contant (M=M n ) alunecarea creşte oată cu ăriea rezitenţei îneriate. eotatele e reglare cu rezitenţe în trepte unt aeănătoare cu cele e pornire, ar etinate pentru o funcţionare e lungă urată (eci ai voluinoae). Prin introucerea în rotor a rezitenţelor uplientare pute regla viteza în jo faţă e cea incronă în liite largi, cu căerea rigiităţii caracteriticii. Fineţea reglajului epine e nuărul treptelor reotatului e reglare. Dezavantajele etoei contau în: - eficienţă econoică labă atorită piererilor ari prin efect teric pe rezitenţele exterioare; - neceitatea ienionării peciale a reotatului e reglare pentru tabilirea regiului teric, fapt ce îi ăreşte cotul conierabil; - liitarea plajei e reglaj funcţie e ăriea cuplului e arcină. La cupluri e arcină ici plaja e reglaj ete conierabil reuă; Cu toate acete ezavantaje reglarea turaţiei otoarelor aincrone cu ajutorul reotatelor rotorice ete larg utilizată în practică atorită în pecial iplităţii ei şi ai ale la acţionarea ecanielor e riicat (acarlale, pouri rulante) care nu neceită un reglaj continuu e turaţie şi care funcţionează în regi interitent. eglarea turaţiei prin oificarea nuărului e perechi e poli p Moificân nuărul e perechi e poli p, e oifică în trepte viteza e incroni (confor relaţiei 3.5) şi eci viteza e rotaţie a otorului aincron. Moificarea nuărului e perechi e poli e poate face pe ouă căi: - prin introucerea în cretăturile tatorului a ouă înfăşurări itincte cu nuăr iferit e poli, obţinânu-e în acet fel ouă turaţii e incroni iferite. Evient în acet caz, ecţiunea
Maşina aincronă 99 cretăturilor va fi ai are ucân la creşterea curentului e er în gol şi a reactanţei agnetice e iperie tatorice. Ca urare e obţin un factor e putere şi un ranaent căzute. - prin realizarea înfăşurării tatorice pe fiecare fază in ouă ecţiuni ientice care printrun coutator pecial pot fi conectate în erie au în paralel, eterinân atfel configuraţii cu p= repectiv p= (figura 3.4). Figura 3.4 Dacă otorul are rotorul bobinat, ete neceară şi oificarea nuărului e perechi e poli ai înfăşurării rotorice, abele înfăşurări trebuin ă aibă acelaşi nuăr e perechi e poli. Din aceată cauză otoarele cu nuăr variabil e poli e contruiec e regulă cu rotorul în colivie, aceta aaptânu-e în o natural la nuărul e perechi e poli ai înfăşurării tatorice. 3.3.3 Frânarea otoarelor aincrone trifazate Maşina aincronă intră în regi e frânare atunci cân cuplul electrognetic ezvoltat ete e en opu enului ău e rotaţie. În acet caz alunecarea evine upraunitară: n n n (3.5) şi aşina prieşte energie ecanică pe la arbore şi energie electrică in reţea pe care le tranforă în călură prin efect Joule îneoebi în circuitul rotoric.
Maşina aincronă Frânarea electrică ete uperioară in toate punctele e veere frânării ecanice (prin frecările unor aboţi pe un tabur) şi e realizează prin etoele: - frânarea propriu-ziă (prin înerierea e rezitente în circuitul rotoric şi prin inverarea enului ucceiunii fazelor); - frânarea în regi e generator cu recuperarea energiei; - frânarea în regi e generator fără recuperarea energiei (inaică). Frânarea propriu-ziă În acţionările electrice, regiul e frână propriu-ziă e utilizează în ouă variante, pornin e la regiul e bază e otor: - prin variaţia unor rezitenţe îneriate în circuitul rotoric trecerea la regiul e frână făcânu-e prin inverarea enului e rotaţie la aceeaşi ucceiune a fazelor tatorice; - prin inverarea enului ucceiunii fazelor tatorului şi înerierea în circuitul rotoric a unei rezitenţe convenabile. Frânarea propriu-ziă prin înerierea e rezitenţe în circuitul rotoric are caracteritic faptul că aşina îşi pătrează enul e rotaţie al câpului învârtitor ar îşi chibă enul e rotaţie a rotorului. Din acet punct e veere e ai nueşte şi frânare contracurent. Schibarea enului e rotaţie a rotorului poate fi făcută forţat e către aşina e lucru cu care ete cuplat otorul (ca în cazul ecaniului e riicare la acarale cân la riicarea unei arcini prea ari e poate invera enul e rotaţie al rotorului, arcina începân ă coboare), au lucrân pe o caracteritică ecanică artificială corepunzătoare rezitenţei uplientare îneriate în rotor (figura 3.5). Figura 3.5 Figura 3.6
Maşina aincronă În punctul (figura 3.5) aşina funcţionează ca otor, turaţia şi cuplul avân acelaşi en (pozitiv). Pentru oprirea otorului e introuce în rotor o rezitenţă exterioară 4 în aşa fel încât caracteritica ecanică ă treacă prin punctul. Punctul e functionare trece în priul oent in în şi apoi e tabileşte rapi în corepunzător aceluiaşi cuplu rezitent ar la turaţia n =. Pentru inverarea enului e rotaţie e introuce o altă rezitenţă 5 4, punctul e funcţionare eplaânu-e în corepunzător turaţiilor negative. Maşina va funcţiona atfel în regi e frână propriu-ziă, priin energie ecanică pe la arbore pe baza căerii energiei potenţiale a greutăţii in cârligul acaralei care coboară în câpul gravitaţional al Păântului. Siultan aşina aboarbe şi energie electrică e la reţea, energia totală aborbită fiin tranforată în călură prin efect Joule în cea ai are parte în rezitenţa uplientară exterioară. Avân în veere caracterul neeconoic al etoei precu şi intabilitatea funcţionării în regi e frână aceată etoă e aplică în regiuri e curtă urată. Frânarea propriu-ziă prin inverarea enului e ucceiune a fazelor e foloeşte în acţionările electrice pentru frânarea rapiă a ecaniului antrenat. În acet cop e inverează ouă faze e la reţeaua e alientare (pentru inverarea enului câpului învârtitor) şi iultan e introuc în rotor rezitenţe uplientare convenabile liitării curentului rotoric. niţial aşina funcţiona în regi e otor, corepunzător punctului (figura 3.6). nverân ouă faze şi îneriin rezitenţa în rotor punctul e funcţionare va ări bruc in în corepunzător noii caracteritici ecanice. În acet punct e funcţionare aşina lucrează în regi e frână propriu-ziă, cuplul electroagnetic ezvoltat fiin e en inver şi acţionân în en inver cuplului e inerţie al aelor în işcare ale intalaţiei. În curt tip punctul e funcţionare va ajunge în corepunzător turaţiei n = şi cuplului M r = M r. Dacă în acet punct e curtcircuitează rezitenţa uplientară, punctul e funcţionare e va eplaa rapi în corepunzător turaţiei n = n şi cuplului M r = M r aică corepunzător regiului e otor en tânga (conierân regiul iniţial otor en reapta). Aceată etoă e ai nueşte şi frânare prin contraconectare şi are o largă aplicaţie atât pentru inverarea enului e rotaţie al otorului cât şi pentru oprirea a copletă. Frânarea în regi e generator cu recuperarea energiei La acet o e frânare aşina trece in regi e otor în regi e generator. Atfel cuplul electroegnetic evine negativ (e frânare), iar turaţia la ax evine upraincronă n n (alunecarea n evenin negativă pentru n n ). Pentru a trece în acet regi e ipune ca aşina ă prieacă energie ecanică la ax, energie care e tranforă în energie electrică şi care prin tator ete recuperată în reţea.
Maşina aincronă Acet o e frânare ete reprezentat în figura 3.7 pe caracteritica ecanică naturală. Punctul e funcţionare ub acţiunea unui cuplu e arcină e acelaşi en cu cuplul electroegnetic ezvoltat va trece în oeniul turaţiilor upraincrone, cuplul electroagnetic ezvoltat chibânu-şi enul ( ) evenin atfel un cuplu e frânare. Aeenea o e frânare îl întâlni frecvent în tracţiunea electrică cân vehiculul coboară o pantă, coponenta tangenţială a greutăţii ale antrenân rotorul otorului la viteze upraincrone, au la acarale cân e coboară arcina. Figura 3.7 Frânarea în regi e generator fără recuperarea energiei Acet tip e frânare nuit şi frânare inaică e obţine prin trecerea otorului în regi e generator incron pe reţea proprie. Acet lucru e realizează prin econectarea tatorului e la reţeaua e curent alternativ şi prin alientarea a e la o reţea e curent continuu (prin echierea întrerupătorului K şi închierea întrerupătorului K in figura 3.3). Curentul continuu parcurgân fazele tatorului, prouce la periferia interioară a tatorului un câp agnetic fix, alternativ în paţiu şi contant în tip. Pentru rotorul aşinii care continuă ă e roteacă, acet câp reprezintă un câp învârtitor, avân viteza relativă faţă e aceta. În fazele rotorului e vor inuce t.e.. care vor prouce la rânul ău curenţi alternativi. În rezitenţele fazelor rotorice e va conua în curt tip prin efect Joule întreaga energie cinetică acuulată în aele în işcare ale intalaţiei care e va frâna până e va opri.
Maşina aincronă 3 Figura 3.8 Figura 3.9 Fig. 3.3 Alientarea tatorului e la puntea rereoare P e poate face upă una in cheele prezentate în figura 3.8-3.3. Trecerea aşinii in regi e otor (punctul e funcţionare ) în regi e generator fără recuperarea energiei ( ) şi frânarea inaică până la oprire () -a reprezentat în figura 3.8. Datorită rapiităţii proceului frânarea inaică ete foloită prin excelenţă ca frânare e avarie. 3.4 Motorul aincron onofazat Motorul aincron onofazat ete aeănător in punct e veere contructiv cu otorul aincron trifazat cu eoebirea că tatorul ău ete echipat cu o înfăşurare e c.a. onofazată, conectată la o reţea onofazată e c.a. Înfăşurarea rotorică ete e obicei în colivie (figura 3.3). Curentul i aborbit e tator prouce un câp inuoial în tip şi paţiu care e poate ecopune în ouă câpuri învârtitoare care e rotec în enuri opue, cu aceeaşi viteză şi cu aplituini egale cu juătate in aplituinea câpului inuoial:,t B co tcop B co t p B co t p B A B
Maşina aincronă 4 Figura 3.3 Figura 3.3 Cele ouă câpuri învârtitoare B A şi B B vor interacţiona cu curentul rotoric şi vor prouce aupra rotorului cuplurile electroagnetice egale şi e en contrar M A şi M B. Cuplul rezultant aupra rotorului va fi evient nul şi rotorul nu e poate pune în işcare. Dacă înă ă un ipul rotorului într-un anuit en, e exeplu în enul câpului învârtitor B A şi rotorul e învârteşte cu o viteză unghiulară, atunci câpul învârtitor B A are o viteză relativă faţă e rotor şi frecvenţa curenţilor inuşi în înfăşurarea rotorică e acet câp va fi: f p p (3.53) f Câpul învârtitor B B va avea faţă e rotor o viteză relativă +, iar frecvenţa curenţilor inuşi e aceta va fi: f p p (3.54) f Deci acă în raport cu câpul învârtitor B A rotorul are alunecarea, atunci în raport cu câpul învârtitor B B rotorul va avea alunecarea. În figura 3.3 -a reprezentat cuplul electroagnetic M A în funcţie e alunecarea şi cuplul cuplul electroagnetic M B în funcţie e alunecarea care evient va avea en contrar. Cuplul rezultant M M M A B pentru = ete nul. Deci otorul aincron onofazat are cuplu e pornire nul. Pentru a putea porni e ipune a e ipria in exterior un ipul în enul lui M A au în enul lui M B, otorul ezvoltă un cuplu în repectivul en, e accelerează până ajunge la o viteză apropiată e viteza e incroni, cân poate fi încărcat cu o arcină. Aceată etoă e pornire nu ete înă cooă (ai ale pentru puteri ai ari) şi e aceea pentru ca acet otor ă ezvolte cuplu e pornire, e aşează în tator o înfăşurare auxiliară ecalată paţial la periferia tatorului cu / faţă e înfăşurarea onofazată e bază, avân acelaşi nuăr e pire şi fiin parcură e un curent cu aceeaşi valoare efectivă ar efazat în tip cu / faţăe curentul i. Acet curent e obţine îneriin înfăşurarea auxiliară cu un conenator (figura 3.33). Cele ouă câpuri agnetice ate e cele ouă înfăşurări unt:
Maşina aincronă 5 B B B cop co t co p t co p t (3.55) B B B B B co p co t co p t co p t Câpul rezultant va fi at e ua: Figura 3.33 B B B B co p t (3.56) care ete expreia unui câp rotitor ce va prouce aupra rotorului un cuplu e pornire. În practică înfăşurarea auxiliară ocupă o treie in cretăturile tatorului şi e coate in circuit upă pornire. Motoarele aincrone onofazate e contruiec la puteri ici (ub kw) şi au o largă răpânire în acţionările electrocanice, electroeicale şi inutriale (pope, ventilatoare, polizoare). 3.5 Cuplaje electroagnetice cu alunecare Cuplajul intre oi arbori ecanici e poate face pe cale electroagnetică, fără contacte ecanice, cu ajutorul cuplelor electroegnetice e alunecare, care funcţionează ca un otor aincron. În principiu aceată cuplă are ouă părţi: - partea conucătoare fixată pe arborele conucător (); - partea conuă fixată pe arborele conu () (figura 3.4). Figura 3.34 Figura 3.35
Maşina aincronă 6 Partea conucătoare ete contruită ca o arătură cu poli aparenţi pe care e află o înfăşurare onofazată e excitaţie alientată în curent continuu. Aceată arătură e roteşte oată cu arborele conucător cu viteza unghiulară şi va prouce un câp învârtitor (pe cale ecanică) care va juca rolul e câp inuctor. Partea conuă ete un rotor e otor aincron în colivie care ub acţiunea câpului inuctor va ezvolta cuplu electroagnetic şi e va roti cu viteza unghiulară. În figura 3.35 -a reprezentat caracteritica cuplu-alunecare (ca la otorul aincron) M=f() pentru iverşi curenţi e excitaţie (aeănnător reglajului în teniune al otorului aincron). Din aceată failie e caracteritici e obervă că: - cupla perite reglarea turaţiei arborelui conu prin reglarea curentului e excitaţie (la un cuplu e arcină contant); - cupla prezintă iguranţă la upraîncărcarea arborelui conu, ieşin in funcţiune acă e epăşeşte cuplul critic M. Cuplele electroagnetice e foloec la cuplajul arborelui port-elice şi arborele otorului principal e pe nave, în pecial la părgătoare e gheaţă une elicea e poate bloca în gheaţă caz în care cupla eclanşează, protejân otorul e upraarcini. 3.6 Traniii incrone cu aşini aincrone Pentru traniterea incronă a vitezei e rotaţie au a unghiurilor la itanţă e pot foloi conexiuni electrice între ouă au ai ulte aşini aincrone trifazate au onofazate. Atfel cuplajul incron între ouă au ai ulte aşini aincrone trifazate în veerea traniiei incrone a vitezei e rotaţie poartă nuele e arbore electric, iar cuplajul incron între ouă au ai ulte aşini aincrone onofazate pentru traniterea unghiurilor la itanţă poartă enuirea e eline. Arborele electric În figura 3.36 -au reprezentat ouă aşini aincrone ientice cu rotorul bobinat conectate pentru a e roti incron. Conexiunea celor ouă rotoare -a făcut în opoziţie în tip ce la conexiunea tatoarelor la reţea -a făcut în aceeaşi orine a ucceiunii fazelor.
Maşina aincronă 7 Figura 3.36 Figura 3.37 Dacă poziţia paţială a celor ouă rotoare faţă e tatoarele lor ete ientică, atunci t.e.. inue în rotoare e câpurile inuctoare unt ientice ca oul şi fază (figura 3.37). T.e.. rezultantă pe circuitul unei faze rotorice va fi nulă, curenţii tatorici vor fi nuli şi în conecinţă rotoarele vor răâne în repau eşi tatoarele unt conectate la reţeaua e alientare. Ete e ajun ă roti in afară rotorul aşinii (e exeplu) cu un unghi oarecare ca rotorul aşinii ă e roteacă în acelaşi en şi cu acelaşi unghi. Aceata e explică prin aceea că rotin cu unghiul rotorul aşinii, irectia t.e.. E e va efaza cu acelaşi unghi (figura 3.37) ceea ce va conuce la apariţia unei t.e.. rezultante nenule E în circuitul celor ouă rotoare care va prouce curenţi rotorici şi eci cuplu electroagnetic. Cuplul electroagnetic care e exercită aupra aşinii va fi un cuplu negativ (e opune işcării ate in afară) eci aşina va lucra în regi e generator, iar aupra aşinii va fi un cuplu pozitiv aşina funcţionân în regi e otor în enul reucerii efazajului intre cele ouă rotoare. Proceul urează până cân cele ouă rotoare vor avea aceeaşi poziţie relativă la tatoarele lor cân curenţii rotorici e anulează ipărân cuplul electroagnetic e incronizare. Dacă rotorul ainii ete rotit in afară cu o turaţie oarecare n, atunci cu aceeaşi turaţie e va roti şi rotorul aşinii obţinânu-e atfel un ite e rotaţie incronă au un arbore electric. Arborele electric ete utilizat în cazul rotirii incrone a ouă aşini e lucru aflate la itanţe ari, itanţe care nu perit utilizarea arborelui ecanic (acarale portal cu ecartaent are, acţionarea vanelor e la ecluze etc.). Exită ouă variante e arbori electrici: paivi şi activi. În figura 3.38 -a reprezentat chea unui arbore paiv în care: ML şi ML unt aşinile e lucru care trebuie ă e roteacă incron, M şi M unt otoarele electrice (e c.c. au c.a.) e acţionare a aşinilor e lucru, iar
Maşina aincronă 8 A şi A unt otoare aincrone cu rotorul bobinat avân rolul e incronizare a turaţiei celor ouă aşini e lucru prin traniterea e energie in partea ai încărcată în partea ai ecărcată. Dacă e cot otoarele M şi M atunci otoarele A şi A pe lângă rolul e incronizare vor foloi şi la antrenarea aşinilor e lucru arborele electric evenin un arbore electric activ. Figura 3.38 Selinul Selinul, in punct e veere contructiv ete un otor aincron cu tatorul trifazat şi rotorul bobinat onofazat prevăzut cu ouă perii şi inele pentru alientarea e la reţeaua e c.a. onofazată. Un aeenea otor ete etinat a e cupla cu un altul ientic upă chea in figura 3.39. Se obţine atfel un cuplaj incron funcţionân pe acelaşi principiu ca şi arborele electric cu eoebirea că ete tatic şi tranite la itanţă un unghi () şi nu turaţii. Figura 3.39 În practică ai e întâlnite unt: - cuplaje cu elin tranforator (figura 3.4) la care rotorul elinului receptor nu ai ete cuplat la reţea, la bornele lui obţinânu-e o teniune proporţională cu unghiul cu care -a rotit rotorul elinului generator: u U in ; - cuplaje cu elin iferenţial (figura 3.4) care pe lângă cele ouă eline obişnuite cu rotorul bobinat onofazat ai au un elin iferenţial cu rotorul trifazat conectat ca în figură. Dacă cele ouă eline obişnuite e rotec în enuri contrare cu unghiurile repectiv,