Masina Simetrica

Masina Simetrica

Daca infasurarile masinii au o repartitie sinusoidala de-a lungul pasului polar, atunci studiul regimului stationar, precum si al celui nestationar, indiferent de forma variatiei in timp a marimilor electrice si magnetice, se poate face cu ecuatiile stabilite in teoria celor 2 axe. Aceasta revine la considerarea numai a armonicelor fundamentale de spatiu corespunzatoare infasurarilor uzuale.

Regim stationar sinusoidal. Cand se considera numai armonicele fundamentale de spatiu si timp, rezistentele si inductivitatile fiind constante, ecuatiile masinii se simplifica si obtin o forma asemanatoare cu cele ale transformatorului electric.

-Masina de inductie cu rotorul in colivie are tensiunile la borne ale infasurarilor rotorice egale cu zero, iar cea cu rotor bobinat, in general, diferite de zero. Schemele electrice corespunzatoare celor 2 tipuri de masini sunt date in fig 4. Daca se include rezistenta Ra a reostatului in rezistenta fazei secundare, ecuatiile pentru ambele tipuri de masini obtin aceeasi forma.

Consideram o masina de inductie simetrica cu m1 faze in stator si m2 faze in motor, care functioneaza in regim stationar simetric. Ecuatiile masinii considerate se deduc din ecuatiile generale.

Deoarece masina este simetrica, iar curentii si tensiunile formeaza sisteme polifazate simetrice, e suficient sa se determine marimile necunoscute numai pentru o faza statorica si una rotorica, notate cu 1, respectiv 1'. Unghiul electric dintre axele celor doua faze considerate este beta. Fie de asemenea pentru faza statorica: R1 - rezistenta electrica ; L0 - inductivitatea de dispersie corespunzatoare campului propriu care inlantuie numai faza respectiv; L110 - inductivitatea de dispersie mutual corespunzatoare campului propriu care inlantuie numai infasurari statorice; L11h - inductivitatea principal.

-Cele doua faze considerate sunt reprezentate schematic in fig 4. unde n1 este turatia campului magnetic invartitor.

Functionarea masinii la alunecari mici se face pe cercul Kb, iar la alunecari apropiate de 1 pe cercul Ka. Pentru valori intermediare ale alunecarii functionarea are loc pe o curba de trecere intre cele doua cercuri.

Deoarece x'2 ei variaza in limite relative restranse, la modificarea parametrilor coliviilor f, imbunatatirea proprietatilor in domeniu alunecarilor mici.

La masinile cu dubla colivie, marimea cuplului pentru s=1 atrage dupa sine marimea curentului de scurtcircuit, egal cu curentul de pornire Ip in regim de motor.

Randamentul si factorul de putere sunt ceva mai mici decat masina cu colivie simpla.

-O comparatie a propietatilor diferite tipuri de masini rezulta din reprezentarea curbelor cuplului in functie de alunecare pentru regimul de motor, data in fig 5. pentru masini cu rotor bobinat, cu colivie simpla, cu bare inalte si cu dubla colivie, la masini de aceeasi marimae, acelasi curent de scurtcircuit si aceleasi pierderi in rotor la sarcina nominala. Se observa ca pe masura ce creste cuplul de pornire scade cuplul critic.

1. Masina de inductie monofazata

-Masina de inductie monofazata are un stator cu o singura infasurare care ocupa 2/3 din crestaturi, o treime ramanand libera, si un rotor polifazat, cu inele de contact sau in colivie. Campul magnetic statoric este un camp alternativ. Campul magnetic rezultant, cand rotorul este in stare de miscare, este un camp eliptic. Pentu s=1 campul eliptic degenereaza in camp alternativ.

Studiul functionarii in regim nestationar se face cu ajutorul ecuatiilor generale in care m=1.

In regim stationar sinusoidal, studiul se poate efectua similar ca la masina de inductie polifazata.

Se pot utiliza rezultatele de la aceasta masina, datorita faptului ca un camp eliptic consta din doua campuri circulare cu amplitudini diferite, care se rotesc in sensuri opuse.

Pe aceasta baza, masina de inductie monofazata poate fi considerata ca o masina trifazata simetrica care functioneaza intr-un regim dezechilibrat in care curentul printr-o faza este nul.

Admitem ca parametrii masinii sunt constant. In acest caz se poate utiliza calculul cu componente simetrice.

In consecinta impedanta echivalenta a masinii de inductie monofazate consta din suma impedantelor echivalente fata de cele doua succesiuni. Schema electrica echivalenta a masinii monofazate este reprezentata in fig.6.

Masina monofazata are de fapt o singura infasurare care se extinde pe 2/3 din pasul polar. In acest caz trebuie sa se considere numai jumatate din aceasta la definirea impedantei z1 si a factorilor de transformare ke si ki.

-Cuplul electromagnetic dezvoltat in masina se calculeaza ca diferenta a cuplurilor electromagnetice corespunzatoare celor doua succesiuni. Daca M1 si M2 sunt cuplurile succesiunii directe si a celei inverse, cuplul resultant M este:

M=M1-M

Pentru s=1 avem M=0, in consecinta masina monofazata in regim de motor nu poate porni singura. Daca se antreneaza din starea s=1, intr-un sens, ea trece in regimul de motor corespunzator succesiunii in sensul careia s-a dat impulsul. Dupa ce a atins turatia n1 intr-un sens sau in celalalt, masina trece in regim de generator pentru secventa respectiva. In situatia considerata, masina nu are regim de frana, ci numai cate un regim de motor si de generator pentru fiecare din cele doua sensuri ale turatiei.

Pentru a se vedea influenta parametrilor asupra curbei cuplului, sunt trasate curbele cuplului masinii monofazate raportat la cuplul reactiei X'2 la aceeasi rezistenta X'2 (curbele cu linie intrerupta) si pentru diferite valori ale rezistentei R'2 la aceeasi reactanta X' Marimea rezistentei rotorice micsoreaza cuplul critic, iar reducerea reactantei il mareste. Din acest motiv, pentru aceste masini, sunt potrivite rotoarele in colivie care au acest motiv, pentru aceste masini, sunt potrivite rotoarele in colivie care au parametrii rotorici mici.

Masini cu faza auxiliara

-Pentru puteri mai mari, masinile monofazate se executa cu o a doua infasurare in stator, in evadratura electrica cu prima, numita faza auxiliara sau infasurare de pornire. Rolul acestei infasurari este ca impreuna cu infasurarea principala de lucru sa produca un camp magnetic invartitor cu ajutorul caruia masina sa porneasca.

De fapt o astfel de masina bifazata la care infasurarea de lucru este extinsa pe 2/3 din pasul polar, iar infasurarea auxiliara pe restul de 1/3.

Curentul fazei auxiliare trebuie sa aiba un defazaj cat mai apropiat de r/2 fata de curentul fazei principale. Acest lucru se obtine inseriind cu infasurarea auxiliara un resistor, o bobina sau un condensator, cum se indica in circuitul fazei auxiliare. Aceasta operatie se poate face manual sau automat, avand ca element de comanda valoarea curentului din faza principala, sau turatia prin intermediul fortei centrifuge.

Masinile de inductie cu condensator, cunoscute si sub denumirea de motoare cu condensator, utilizeaza in faza auxiliara ca element de defazare un condensator. Aceste masini sunt cele mai raspandite.

Sunt trei tipuri de masini cu condensator, unu la care faza auxiliara cu condensator se deconecteaza dupa pornirea in regim de motor, cand turatia masinii a atins circa 2/3 din turatia de regim; un al doilea tip are faza auxiliara tot timpul in functiune, condensatorul avand o capacitate mai mica decat la primul tip si este utilizat atat la pornire cat si la functionare pentru imbunatatirea factorului de putere; un al treilea este cel la care in serie cu faza auxiliara sunt conectate doua condensatoare in paralel, unul ramanand tot timpul in circuit, numit condensator de lucru, iar altul, numai in perioada pornirii, numit condensator de pornire.

-Masina cu condensator, de fapt, este o masina bifazata fie numai pentru perioada pornirii, fie pentru intregul interval de functionare, fazele ei statorice fiind nesimetrice.

Condensatorul se dimensioneaza astfel ca pentru o anumita valoare a alunecarii sa se obtina un camp magnetic circular.

Forma constructive este de tipul cu poli aparenti, data in fig 7.a. O parte din talpa polului apparent este inconjurata de o spira in scurtcircuit, cum se arata in fig 7. b si c. Prin aceasta, fluxurile pe partea ecranata si neecranata se defazeaza in timp ca in figura .7. b, astfel incat se stabileste un camp invartitor capabil sa puna rotorul in miscare cu sensul de la partea neecranata spre partea ecranata. In fig 7. cu 1 este indicat infasurarea principala concentrata cu 2 infasurarea rotorica secundara in colivie, iar cu 3 infasurarea statorica de ecranare.

Regimul de functionare al masinii de inductie ca motor corespunde alunecarilor cuprinse intre 0 si 1. Functionarea stabila a masinii are loc pentru alunecari cuprinse intre zero si alunecarea critica.

-Functionarea masinii de inductie in regim de motor este reprezentata de curbele numite caracteristici in regim de motor. Aceste curbe sunt: n; M; pentru U1 si f constant, la care se adauga raportul dintre cuplul critic si cuplul nominal, iar pentru motoarele cu rotor in colivie, in plus, raporturile dintre curentul si cuplul de pornire catre valorile nominale.

Aceste caracteristici se pot calcula sau se pot deduce din diagramele logometric ale curentilor primari.

Caracteristica turatiei, pentru valori ale alunecarii este aproape o dreapta.

Caracteristica turatiei se poate reprezenta sub forma n=f(M) , trecand in abscisa, in loc de puterea P2, cuplul electromagnetic. Aceasta curba, n=f(M), se numeste caracteristica mecanica a masinii. Are aceeasi alura ca si caracteristica cuplului. Se utilizeaza in special in studiul actionarilor electrice.

Pierderile in infasurarea rotorica la mersul nominal, variaza intre 1.5 si 5% din valoarea mai mica corespunzand masinilor mai mari, iar cea mai mare masinilor mai mici, cu puteri intre 3 si 10 kW.

Pierderile in infasurarea primara sunt de acelasi ordin de marime ca si cele din infasurarea secundara.

Pierderile in fier si cele mecanice variaza foarte putin de la mersul in gol pana la sarcina nominala. Pentru sarcini mai mari, aceste pierderi incep sa scada ca urmare a micsorarii fluxului si turatiei masinii.

La aceste pierderi se mai adauga pierderile suplimentare, determinate partial de tensiune, partial de curent. La masinile normale, aceste pierderi nu trebuie sa depaseasca 0,5% din puterea nominala.

Randamentul masinii depinde de putere. El creste cu puterea masinii, in mod similar variaza si factorul de putere.

Se spune ca un motor se roteste in sens drept atunci cand, privit dinspre cupla, se roteste in sens invers sensului trigonometric. Schimbarea sensului turatiei se face prin schimbarea intre ele a m-1 faze, iar la masina trifazata a doua faze.