Masina Asincrona

Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti Catedra Maşini, Materiale şi Acţionări Electrice

V. Maşina Asincronă

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

1

V. 1. Noţiuni Introductive

1885 Motorul Ferraris

1886 Motorul Tesla

1889 Dolivo-Dobrovolski

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

2

V. 1. Noţiuni Introductive Domeniul de utilizare:  Ca motor se foloseşte in industrie pentru acţionarea pompelor, compresoarelor, morilor, macaralelor, podurilor rulante.  Asociat cu un invertor se foloseşte in tracţiunea electrica: tramvai, troleu, transport feroviar.  Ca generator se foloseşte in microhidrocentarele si in centralele eoline.

Motoarele trifazate uzuale au puterile nominale cuprinse intre 0,1251000 kW insa se construiesc si motoare cu puteri de ordinul MW.

Majoritatea au tensiunea nominala sub 500 V, insa exista motoare asincrone trifazate de inalta tensiune care se alimentează la 3kV, 6kV si 10 kV. Avantajele maşinilor asincrone: costurie de fabricatie reduse, simplitate constructiva, siguranţa in exploatare, performante tehnice ridicate (cuplu de pornire mare si randament ridicat), stabilitate in functionare, exploatare, manevrare si intretinere simple. 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

3

V. 2. Elemente constructive şi mărimi nominale

STATOR    

ROTOR

 arborele  miez magnetic tole  înfăşurăre de Cu bobinată sau în colivie  inele de colectare  ventilator Masina cu rotorul in scurtcircuit

carcasă miez magnetic tole înfăşurăre de Cu scuturi port-lagăr

li

bare

inele

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

4

V. 2. Elemente constructive şi mărimi nominale Masina cu rotorul bobinat

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

5

V. Maşina Asincronă V. 2. Elemente constructive şi mărimi nominale Mărimile nominale:

 Puterea nominală  Tensiunea nominală de linie a statorului  Curentul nominal de linie al statorului  Conexiunea înfăşurărilor indusului  Factorul de putere nominal  Frecvenţa nominală  Turaţia nominală

Pn [kW] – (Puterea mecanică furnizată la ax) Un [V] In [A] (Y sau D) cos(jn) fn [Hz] nn [rot/min]

La maşina cu rotorul bobinat:  T.E.M. de linie a rotorului  Curentul nominal de linie a rotorului

U20 [V] I2n [A]

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

6

V. Maşina Asincronă V. 2. Elemente constructive şi mărimi nominale Semne convenționale:

M 3~

M 3~

M 3~

Rr

maşina cu rotorul în colivie

maşina cu rotorul bobinat

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

maşina cu rotorul bobinat la care este conectată pe rotor o rezistenţă exterioară.

7

V. 3. Funcţionarea maşinii asincrone ca motor electric Turaţia rotorului:

Frecvenţa tensiunii de alimentare:

n

f1 Viteza câmpului magnetic statoric în raport cu statorul:

1 

iu

Viteza rotorului:

U



ω1 2πf1  p p

K

2π n  1 60

 

ik im M

 V iv

il L

iw  

W

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

8

V. 3. Funcţionarea maşinii asincrone ca motor electric Deplasarea câmpului magnetic statoric faţă de rotor Viteza câmpului magnetic statoric în raport cu rotorul:

Viteza câmpului magnetic statoric în raport cu statorul:

2f1 1  p

1    2 K

M

L

Cu s se va nota alunecarea rotorului faţă de câmpul magnetic învârtitor statoric:

2 1   s  1 1

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

2  s1 9

V. 3. Funcţionarea maşinii asincrone ca motor electric Câmpului magnetic statoric, variabil în raport cu rotorul, induce tensiuni electromotoare în înfăşurările rotorului

Frecvenţa tensiunilor induse în rotor:

Pulsaţia tensiunilor induse în rotor:

ω2  p2  sω1

f2 

K

ek

p p 2  s 1  sf1 2π 2π

em M el L

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

10

V. 3. Funcţionarea maşinii asincrone ca motor electric Tensiunile induse în înfăşurarea închisă a rotorului, determină apariţia unor curenţi rotorici cu frecvenţa:

p 1   f2  2π

Curenţii rotorici produc un câmp magnetic învârtitor: K

ik im M il L

Viteza câmpului magnetic învârtitor rotoric faţă de rotor:

ω2 2πf 2   2 p p

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

 1   11

V. 3. Funcţionarea maşinii asincrone ca motor electric Viteza câmpului magnetic învârtitor rotoric faţă de rotor:

Viteza câmpului magnetic învârtitor rotoric faţă de stator:

1  

1      1 iu

U

K

ik im M

 V iv

Câmpului rotoric se învârte cu viteza de sincronism:

1 

2f1 p

il L

iw W

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

12

V. 3. Funcţionarea maşinii asincrone ca motor electric Cele două câmpuri magnetice se învârt cu aceeaşi viteză, cu viteza de sincronism:

iu

U

K

ik im M

 V iv

il L

iw W

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

13

V. 3. Funcţionarea maşinii asincrone ca motor electric Cele două câmpuri magnetice vor interacţiona la nivelul întrefierului şi vor determina apariţia unui cuplul electromagnetic care va solicita în sensuri opuse cele două armături. Relaţii echivalente pentru alunecare:

s

1   1

s

n1  n n1

s

2 1

s

ω2 ω1

s

f2 f1

Turaţia rotorului:

n  (1  s)n1 Frecvenţa mărimilor din rotor:

f 2  sf1

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

14

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.1. Fluxul câmpului magnetic învârtitor si inductivităţile înfăşurărilor Fundamentala câmpului învârtitor produs de înfăşurarea statorului in raport cu statorul :

pα1  pα 2  θ  pα 2  t  θ0

m1 2 w1k w1 b11  μ0 I1 2 sinω1t  pα1  2 π pδ e Fundamentala câmpului învârtitor produs de înfăşurarea statorului in raport cu rotorul :

b12 

m1 2 w1k w1 μ0 I1 2 sinω2t  pα 2  θ0  2 π pδe

a1

axa spaţială stator

q

axa spaţială rotor

carcasă

a2

armătură fixă

iu

U



armătură mobilă

ω2  ω1  p

K

 p

ik 

ax

M

V

im il

iv L

iw  p

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

W

15

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.1. Fluxul câmpului magnetic învârtitor si inductivităţile înfăşurărilor Fundamentala câmpului învârtitor produs de înfăşurarea rotorului in raport cu rotorul :

m2 2 w2 k w2 b22  μ0 I 2 2 sinω2t  pα 2  2 π pδe Fundamentala câmpului învârtitor produs de înfăşurarea rotorului in raport cu statorul :

a1 q

axa spaţială rotor

m2 2 w2 k w2 b21  μ0 I 2 2 sinω1t  pα1  θ0  2 π pδ e

axa spaţială stator carcasă

a2

armătură fixă

iu

U



armătură mobilă K

 p

ik 

ax

M

V

im il

iv L

iw  p

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

W

16

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.1. Fluxul câmpului magnetic învârtitor si inductivităţile înfăşurărilor Fluxul magnetic total unei faze oarecare de pe stator corespunzător fundamentalei câmpului produs de curenţii din stator:

 m1  2  w1k w1 2  I1 2li τ   μ0 2 π pδ e 2

11  11m sin(ω1t )

11m

Fluxul magnetic total unei faze oarecare de pe rotor corespunzător fundamentalei câmpului produs de curenţii din stator:

12  12m sin(ω2t  θ0 )

w k w k  m 2  1   μ 0 1 w1 2 w2 I1 2li τ 2 π pδ e 2

12m

Fluxul magnetic total unei faze oarecare de pe rotor corespunzător fundamentalei câmpului produs de curenţii din rotor:

 22   22m sin(ω2t )

 22m

m  2 2

 w2 k w2 2 2 I 2 2li τ   μ0 pδ e π 2

Fluxul magnetic total unei faze oarecare de pe stator corespunzător fundamentalei câmpului produs de curenţii din rotor:

w k w k  m 2  21   21m sin(ω2t  θ0 )  21m  2   μ 0 1 w1 2 w2 I 2 2li τ 2 Inginerie  π  Electrica pδ e 2011 - Facultatea de 2

17

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.1. Fluxul câmpului magnetic învârtitor si inductivităţile înfăşurărilor Fluxul magnetic al unei faze oarecare de pe rotor sau stator cuprinde fluxul dat de fundamentala câmpului învârtitor care înlănţuie toate fazele înfăşurărilor din stator si rotor si si fluxul de dispersie care înlănţuie numai spirele fazei respective. Fluxul unei înfăşurări de pe stator:

1  σ1  11

Fluxul unei înfăşurări de pe rotor:

 2   σ 2   22

Inductivitatea înfăşurării de faza a statorului in raport cu fluxul total produs de toate înfăşurările de faza din stator:

Inductivitatea înfăşurării de faza a rotorului in raport cu fluxul total produs de toate înfăşurările de faza din rotor:

L1  Lσ1  L11 m 2 L11  μ 0 1   2 π

Lσ1

w1k w1 2 l τ

2

L2  Lσ2  L22 m 2 L22  μ 0 2   2 π

Inductivitatea de dispersie

pδ e

Lσ 2 2

i

Inductivitatea de dispersie

w2k w2 2 l τ

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

Inductivitatea ciclica proprie a statorului

pδ e

i

Inductivitatea ciclica proprie a rotorului 18

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.1. Fluxul câmpului magnetic învârtitor si inductivităţile înfăşurărilor Inductivitatea ciclica proprie a statorului

Inductivitatea ciclica proprie a rotorului

m 2 L11  μ 0 1   2 π

2

w1k w1 2 l τ i

pδ e

m 2 L22  μ 0 2   2 π

Inductivitatea ciclica mutuala a statorului fata de rotor:

m 2 L21  μ 0 2   2 π

Inductivitatea ciclica mutuala a rotorului fata de statotor:

m 2 L12  μ 0 1   2 π

2

2

2

w2k w2 2 l τ pδ e

i

w1k w1 w2k w2  l τ pδ e

i

w1k w1 w2k w2  l τ

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

pδ e

i

19

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.2. Ecuaţiile tensiunilor si curenţilor Ipoteze de lucru:  Maşina este trifazată şi are o construcţie simetrică;  Înfăşurarea rotorică este trifazată şi are acelaşi număr de poli ca şi statorul;  Circuitele statorului reprezintă inductorul;

 Circuitele rotorului în scurtcircuit reprezintă indusul;  Datorită simetriilor relaţiile se vor scrie pentru o fază;  Curenţii şi tensiunile rotorice având pulsaţie diferită se va utiliza reprezentarea în complex nesimiplificat.

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

20

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.2. Ecuaţiile tensiunilor si curenţilor Dacă u este fluxul pe pol al câmpului magnetic învârtitor rezultant de la nivelul întrefierului, t.e.m. indusă în înfăşurarea unei faze de pe stator va avea valoarea efectivă:

E1 

ω1 2

w1k w1  4,44 f1w1k w1 u

w1

Numărul de spire stator

k w1

Factorul de înfăşurare al statorului

Valoarea efectivă a t.e.m. induse în înfăşurarea unei faze de pe rotor:

E2 s 

ω2 2

w2 k w2  4,44 f 2 w2 k w2 u

La pornire:

n0

w2

Numărul de spire rotor

kw2

Factorul de înfăşurare al rotorului

n1  n n1  0 s  1 n1 n1

f 2  sf1  f1

Valoarea efectivă a t.e.m. induse în înfăşurarea unei faze de pe rotor la pornire:

E2 

ω1 2

w2 k w2  4,44 f1w2 k w2 u

E2 s  sE2

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

21

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.2. Ecuaţiile tensiunilor si curenţilor Fluxurile de dispersie ale celor două înfăşurări:

σ1  Lσ1i1

Lσ1

σ2  Lσ2i2

Lσ2

Inductivităţile de dispersie ale celor două înfăşurări

Fluxurile de dispersie induc în înfăşurările cărora le aparţin, t.e.m. suplimentare având frecvenţa curenţilor respectivi şi defazaje cu /2 în urma acestora. Valorile efective ale tensiunilor induse sunt:

Eσ1  ω1Lσ1I1   X  1I1 Eσ2  ω2 Lσ2 I 2  sω1Lσ2 I 2  sX  2 I 2 Reactanţele de dispersie

X  1 şi X  2 se definesc la frecvenţa din stator

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

22

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.2. Ecuaţiile tensiunilor si curenţilor Ecuaţiile în instantaneu:

Schemele electrice echivalente:

i1

u1

R1

e

e

e1

e2s

i2

Ecuaţiile în complex nesimplificat:

  R1 I1e  jX σ1 I1e  E1e U1e  jsω1t jsω1t jsω1t  0  R I e  jsX I e  s E e 2 2 σ2 2 2  jω1t

jω1t

jω1t

u1  R1i1  e 1  e1  0  R2i2  e 2s  e2s

R2

jω1t

U1  R1 I1  jX σ1 I1  E1   R2 0  s I 2  jX σ 2 I 2  E 2

Ecuaţia circuitului rotoric corespunde unui circuit imobil în care se induce o t.e.m E2 definită la pulsaţia w1, parcurs de curentul I2 de pulsaţie w1 având X2 definită la w1 si rezistenţa R2/s dependentă de de rotaţie. 2011viteza - Facultatea de Inginerie Electrica

23

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.2. Ecuaţiile tensiunilor si curenţilor Fluxul total al înfăşurării unei faze de pe stator corespunzător câmpului magnetic învârtitor rezultant de la nivelul întrefierului se poate exprima:

w1k w1 2

 u  L11 I 1  L21 I 2 

Fluxul total al înfăşurării unei faze de pe rotor corespunzător câmpului magnetic învârtitor rezultant de la nivelul întrefierului se poate exprima:

w2 k w2 2

 u  L22 I 2  L12 I 1 

Fluxul corespunzător câmpului magnetic învârtitor rezultant de la nivelul întrefierului,

u 

μ0  m 4 w1k w1 m 4 w2 k w2  2 τli 2 1 I1  1 I2 2δ e π 2 π p  2 π p 

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

24

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.2. Ecuaţiile tensiunilor si curenţilor Fluxul corespunzător câmpului magnetic învârtitor rezultant de la nivelul întrefierului,

u 

 m 4 w1k w1 μ0 2 m 4 w2 k w2  τli 2 1 I1  2 I 2 2δ e π 2 π p 2 π p  Solenaţia produsa de stator

Solenaţia produsa de rotor

Solenaţia de magnetizare rezultanta:

θ1μ 

m1 4 w1k w1 m 4 w1k w1 m 4 w2 k w2 I 1μ  1 I1  2 I2 2 π p 2 π p 2 π p

Curentul de magnetizare:

I 1μ  I 1 

m2 w2 k w2 I2 m1w1k w1 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

25

V. 4. Teoria maşinii asincrone polifazate ideale in regimul permanent V. 4.2. Ecuaţiile tensiunilor si curenţilor Câmpul magnetic învârtitor din întrefierul maşinii este creat de acţiunea simultană a curenţilor din stator şi rotor. Pentru a produce acest câmp este necesară existenţa unui curent care să acopere şi pierderile din miezul magnetic. Se consideră curentul I10, o componentă a curentului din stator care produce tensiunea magnetomotoare de magnetizare. Solenaţia produsă de curentul (I1-I10) va fi compensată la nivelul întrefierului de solenaţia curenţilor din rotor. Această relaţia de compensare se menţine la orice turaţie. Pentru o poziţie particulară a rotorului în care axele fazelor statorice şi rotorice sunt antiparalele (s=1) se poate scrie: V1 • Relaţia tensiunilor:

• Relaţia solenaţiilor:

V2 M1 K1

K2

M2

W1

U1

w1kw1 I1  I10   w2kw2 I 2

• Raportul curenţilor:

L1

W2

U2

E1 w2k w 2 E2   E1 E 2   ke w1k w1

L2

w2 k w 2 ki  w1k w1

I1  I10   ki I2

Relaţia de tensiuni stabileşte legătura între fazele iniţiale fiind valabilă la oricedeturaţie şiElectrica permite scrierea relaţiilor dintre curenţi. 2011 - Facultatea Inginerie 26

V. 4. Ecuaţiile de funcţionare ale maşinii asincrone V. 4.3. Raportarea mărimilor rotorului şi diagrama de fazori

U1  R1 I1  jX σ1 I1  E1   R2 0  s I 2  jX σ 2 I 2  E 2

w1k w1   ke w2 k w 2

w1kw1 I1  I10   w2kw2 I 2

R2 2 I 2 2 I2 0 ke  j X σ2 ke  E 2 ke s ke ke Notaţii:

R2  R2ke2

I  I2 2 ke

 E 2  E2ke   E1

X  2  X  2ke2

Ecuaţia de tensiuni din rotor în mărimi raportate:

0

R2' s

' I'2  jX σ2 I'2  E'2

0

R2' s

' I 2  jX σ2 I 2  E1 '

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

'

27

V. 4. Ecuaţiile de funcţionare ale maşinii asincrone V. 4.3. Raportarea mărimilor rotorului şi diagrama de fazori

w2kw2 I2 I1  I10   I 2  ki I 2   I'2 w1kw1 ke

1  w1k w1

w1kw1 I1  I10   w2kw2 I 2

 U1  R1 I1  jX σ1 I1  E1  R '2  0  I'2  jX 'σ 2 I'2  E1  s  I1  I'2  I10

U1  E1 j1

I1

'

I10

I10a

I1

jX  1 I1

'

jX σ' 2 I 2

I2

R1 I1

R2' ' I2 s

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

28

V. 4. Ecuaţiile de funcţionare ale maşinii asincrone V. 4.4. Schemele echivalente ale maşinii asincrone • Schemele echivalente in T If1

R1

X’2

X1 I10a

Uf1

I10

RFe

R’2/s

I’f2

R'2 Z 'σ2s   jX 'σ2 s

I1 -E1

X

Z σ1  R1  jX σ1

Zm  • Schemele echivalentă in G If1

c1Z1+c12Z’2s

c1  1 

I’10 Uf1

c1Zm

I’f2 c1

Z’2s

If1 Z1 I10 Uf1

I’f2 Zm

jRFe X  RFe  jX 

Z σ1 Zm

La majoritatea maşinilor

Rec1  Imc1  c1  c1 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

29

V. 5. Diagrama energetică a motorului asincron Puterea necesară pentru a rotii armătura exterioară:

n1

N M

Pext  M ext 1 M

Mext

n

S

Puterea la nivelul întrefierului care acţionează asupra rotorului:

Pem  M1

S

Puterea electromagnetică

Puterea mecanică transmisă de rotor:

P'2  M  M (1  s)1  (1  s) Pem

N

Pierderile Joule din înfăşurarea rotorică:

PJ 2  3R2 I 2f 2  Pem  P'2  Pem  (1  s) Pem  sPem Puterea electromagnetică la nivelul întrefierului se poate obţine absorbind o puterea electrică:

P1  PJ 1  PFe  Pem

PJ 1  3R1I 2f 1 - Pierderile Joule din înfăşurarea statorică

PFe - Pierderile în miezul statoric

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

30

V. 5. Diagrama energetică a motorului asincron Puterea absorbită:

Pem=M1

P1

PJ1

PJ2

PFe

P2=Max

P’2=M

Ps

Pf,v

P1  3U1I1 cos(j1 )

Pierderile din miezul rotoric ≈ 0, pentru că f2Rp2>Rp1>0

Rp3>Rp2>Rp1>0

M

Rp=Rp3

Mm

n1

Rp=0 Rp=Rp1 Rp=Rp2 Rp=Rp3

Rp=Rp2 Rp=Rp1 Rp=0 0

sm

sm1 sm2 sm3=1

s

0

Mm

M

Iniţial Rp se pune pe valoare maximă şi pe măsură ce turaţia motorului creşte se scade treptat valoarea acesteia; Introducerea reostatului de pornire asigură valori reduse ale curentului de pornire şi creşterea cuplului de pornire 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

47

V. 9. Pornirea motorului asincron V. 9.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul în colivie Motoarele asincrone cu colivie cu puteri până în 10 kW se pornesc direct prin conectare la reţea. • Curentul de pornire: Ip = (5÷8)In ; • Cuplul de pornire este suficient în comparaţie cu cel nominal. a. Pornirea directa L1 L2 L3 K1

U

V

W

M3 ~ Variaţia curenţilor la pornirea directă în sarcina a unui motor de 2,2 kW

Variaţia cuplului la pornirea directă în sarcina a unui motor de 2,2 kW

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

48

V. 9. Pornirea motorului asincron V. 9.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul în colivie

a. Pornirea directa

Traiectoria punctului de funcţionare al maşinii în timpul procesului de pornire in cazul unui motor de motor de 5,5 kW cu 4 poli 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

49

V. 9. Pornirea motorului asincron V. 9.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul în colivie La puteri mai mari cuplul de pornire este redus iar şocurile de curent devin supărătoare pentru reţea. Pentru mărirea cuplului de pornire se iau măsuri constructive speciale pentru a mări rezistenţa rotorică la pornire. Acestea constau în construcţia coliviei rotorice cu bare înalte sau utilizarea unei duble colivii.

e

Jm

e

J Cp Cl

colivie cu bare înalte (Ip = (4÷7)In)

e s

l

Cp

Cl

s

l

colivie dublă Ip = (4÷5)In

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

50

V. 9. Pornirea motorului asincron V. 9.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul în colivie Pentru limitarea curentului absorbit la pornire se mai folosesc următoarele metode: b. Pornirea Y/D: M

M ~ U 12

M m ~ U 12

D

Mm

Schema electrică a pornirii Y/D:

Y

L1 L2 L3

0

sm

s

1

K1

n

K2_Y

U1 V1 W1

K3_D

Y U2 V2 W2

D

Mm M

0 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

51

V. 9. Pornirea motorului asincron V. 9.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul în colivie c. Pornirea prin creşterea treptata a tensiunii de alimentare: c1. Pornirea autotransformatorul:

c2. Pornirea cu variatorul de tensiune alternativa trifazat:

0,5  0,7U n  U n

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

52

V. 9. Pornirea motorului asincron V. 9.2. Pornirea motorului asincron cu rotorul în colivie c. Pornirea prin creşterea treptata a tensiunii de alimentare: c3. Pornirea cu ajutorul unei impedanţe

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

53

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron

60 f1 1  s  n  n1 1  s   p

Turaţia se poate modifica prin: a. Modificarea numărului de perechi de poli, b. Modificarea alunecării. c. Modificarea frecvenţei,

V.10 1. Modificarea numărului de perechi de poli Se poate face numai la maşina cu rotorul în colivie prin combinarea diferită a bobinelor înfăşurării unei faze. Metodă economică, insă dezavantajoasă pentru că reglajul se face în trepte. Pe piaţă se găsesc in mod curent motoare cu 2 sau 3 turaţii de sincronism.

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

54

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron V.10 1. Modificarea numărului de perechi de poli

p=1

p=2

generator S

N

n1

N

motor

n A

B n’1 C N

S

D

S

Mr

n1 

60 f1 p

M

La cupluri nominale egale raportul puterilor nominale este egal cu cel al turaţiilor de sincronism; Se încearcă sa se menţină in limite admisibile solicitările magnetice ale miezului, respectiv inducţia magnetica in întrefier si solicitările electrice ale înfăşurării pentru ambele conexiuni. 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

55

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron V.10 1. Modificarea numărului de perechi de poli Exemplu motor cu doua turatii in raportul 1:2

actual paper winding 4-poles well known winding [1] 4-poles actual paper winding 6-poles well known winding [1] 6-poles

1600

Rotor Speed [rpm]

1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

Electromagnetic Torque [Nm]

p=2

n1  1500 rot/min

p=3

n1  1000 rot/min

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

56

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron V.10 1. Modificarea numărului de perechi de poli Exemplu motor cu doua turatii in raportul 1:4

n1  1500 rot/min

n1  375 rot/min p=8

p=2

n[rpm]

n[rpm]

400

1500

350 300

1200

Experimental W=53 w=35 FEM W=53 w=35 FEM W=51 w=37 FEM W=59 w=28

900

Experimental W=53 w=35 FEM W=53 w=35 FEM W=51 w=37 FEM W=59 w=28

250 200 150

600

100

300

50

T[Nm] 0 0

30

60

90

T[Nm]

0

120

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

0

10

20

30

40

50

57

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron V.10 2. Modificarea alunecarii a. modificarea tensiunii de alimentare;

Reglajul este eficient la cupluri de sarcina ridicate, insa se face in limite restrânse; Reducerea tensiunii de alimentare diminuează capacitatea de supraincarcare; Se foloseşte destul de rar.

Reglajul turaţiei prin scăderea tensiunii de alimentare 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

58

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron V.10 2. Modificarea alunecarii b. modificarea rezistenţei rotorice (numai la maşina cu rotorul bobinat);

Reglajul se face in limite largi pentru cupluri de sarcina ridicate si in limite restrânse pentru cupluri de sarcina mici;

n

Rp creste

n1

0

Ms

Este un reglaj ineficient din punct de vedere energetic deoarece se face prin creşterea pierderilor Joule in rotor;

M

Reglajul turaţiei prin modificarea rezistenţei din circuitul rotorului 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

59

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron V.10 2. Modificarea alunecarii c. modificarea puterii din circuitul rotoric (numai la maşina cu rotorul bobinat). Consta in recuperarea puterii din rotor prin conectarea unui redresor la bornele infasurarii secundare. Tensiunea continua obţinuta este folosita pentru alimentarea unui motor de curent continuu cuplat mecanic cu motorul asincron (cascada KRAMER); Tensiunea continua este transformata in tensiune alternativa cu un invertor care este cuplat la retea (cascada SCHERBIUS);

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

60

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron V.10 3. Modificarea frecventei tensiunii de alimentare. If1

R1

X’2

X1 I10a

Uf1

-UE1

sm 

I10

RFe

c1 R' 2

I’f2

U E1  U 1  R1 I 1

I1 X

R1  xσ1  c1 xσ2 ' 

M m  const .

R’2/s

-E

-U’E2

sm1 ~

U E1  ω1

1 2



2f1 2

1

1 f1

Pentru a avea acelaşi cuplu maxim la diferite frecvente trebuie menţinut fluxul statorului constant

f1  f n U E1 U E1n   const . f1 fn 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

61

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron V.10 3. Modificarea frecventei tensiunii de alimentare.

f1  f n

La frecvente mai mari decât frecventa nominală raportul nu mai poate fi menţinut constant, deoarece tensiunea la borne nu poate fi crescută peste valoarea nominală. Astfel creşterea turaţiei peste valoarea nominala este însoţita de scăderea cuplului maxim si a capacităţii de supraîncărcare.

U E1  U E1n  const . M m1 ~

U1

UE1

UE1n

UE1

U1

Mm

Uen

UE1

1

fn

1 f12

sm f1

fn

f1

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

fn

f1 62

V. 10. Reglarea vitezei motorului asincron V.10 3. Modificarea frecventei tensiunii de alimentare. n

Familiile de caracteristici mecanice pentru diferite frecvente corelate cu:

n

U1= const U1 f1

UE1= const fn

= const.

•Modificarea tensiunii de alimentare;

(a)

b) Menţinerea constanta a fluxului statorului;

U E1 f1

M (b) n UE2= const

E= const

c) Menţinerea constanta a fluxului din întrefier;

d) Menţinerea constanta a fluxului din rotor.

M

n

E f1

fn

= const.

fn = const.

(c)

M

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

fn

U E2 = const. f1

M (d)

63

V. 11. Maşina asincrona monofazata

b  B sin(w1t )  cos( pα s ) i  I 2 sin(ω1t )

axa spatiala stator

as

s

2 we1 B  μ0 I 2 π pδ e



1   s 1

B sin(ω1t  pα s ) 2 B bi  sin(ω1t  pα s ) 2 bd 

(a ) ( b)

Caracteristica mecanica a motorului asincron monofazat

as





s s i =2-s masina inversa

s =s d masina directa

sd 

b  bd  bi

si 

1    2s  1 2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

64

V. 11. Maşina asincrona monofazata Defecte pe linia de alimentare a unui motor trifazat

1

2 3

i1

i1

i2 i3

i2

(b)

(a)

1

2 3

i3

i12

i12 i12

i12

(c)

(d)

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

65

V. 12. Maşina asincrona bifazata

i1  I1 2 sin(ω1t ) i2  I 2 2 sin(ω1t  j ) b1  B1 sin(ω1t )  cos( pα s ) b2  B2 sin(w1t  j )  cos( pα1  β)

b  bd  bi bd  Bd sin(ω1t  pα s  j d ) bi  Bi cos( ω1t  pα s  j i ) i1d  I d 2 sin(ω1t  jd ) i1i  I i 2 sin(ω1t  ji ) 1 1 B12  B22  2 B1 B2 cos(j  p ) ; Bi  B12  B22  2 B1 B2 cos(j  p ) 2 2 B2 sin(j  p ) B2 sin(j  p ) j d  arctg ; j i  arctg B1  -BFacultatea pInginerie ) 2011 Electrica B1  B2 cos(j  p ) 66 2 cos(j de Bd 

V. 12. Maşina asincrona bifazata



 

s

Md Md M Mp

Mmi

M mi M md

Me

Mp

M md

Me

Mi s (a)

Mi (b)

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

67

V. 12. Maşina asincrona bifazata

Întreruperea unei faze în motor

1

2 3

i1

1

i2 i3

2 3

(a)

Conexiune “V”

i1

i1

i2

i2

i23

(b)

i 12

i21

i3

(c)

(d)

Motor monofazat

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

68

V. 13. Maşina cu alimentare monofazata i1  I1 2 sin(ω1t ) i2  I 2 2 sin(ω1t 

retea

 2

i1

)

as

axa spatiala stator

i2 p

C

b1  B1 sin(ω1t ) cos( pα s ) π π b2  B2 sin(ω1t  )  cos( pa s  ) 2 2

B1  B2 sin(ω1t  pa s ) 2 B  B2 bi  1 sin(ω1t  pa s ) 2 bd 

bd  bi

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

69

V. 14. Maşina monofazata cu spira in scurtcircuit

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

70

V. 15. Funcţionarea maşinii asincrone in regim de generator si regim de frâna V. 15.1 Funcţionarea maşinii asincrone in regim de generator A. Generatorul asincron cuplat la reţeaua de mare putere

B. Generatorul asincron pe retea proprie (autonom)

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

71

V. 15. Funcţionarea maşinii asincrone in regim de generator si regim de frâna V. 15.2 Funcţionarea maşinii asincrone in regim de frana

a. Regimul de frâna propriuzisă Reţeaua de alimentare Pb

Qb

 ax

F 3~

Pjs  Pfs

Mm

1

Pm

Me

Pjr  Pfr  Pfv

Pb  0

s 1

Pm  0

0

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

72

V. 15. Funcţionarea maşinii asincrone in regim de generator si regim de frâna V. 15.2 Funcţionarea maşinii asincrone in regim de frana

a.2. Frânarea contracurent 

L1 L2 L3

A

s

D

1

B

K3

K1

3

E

C Ms

MP

U1 V1 W 1

MP

Me

2

M 3~ K

L M

s

Rg

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

73

V. 15. Funcţionarea maşinii asincrone in regim de generator si regim de frâna V. 15.2 Funcţionarea maşinii asincrone in regim de frana

b. Frânarea dinamica retea trifazatã L1 L2 L3

retea de c.c.

+ -

n 3

1

K2

K1

2 U1 V1 W1

M

M 3~

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

74