Principiul de functionare si reversibilitatea masinilor electrice

Principiul de functionare si reversibilitatea masinilor electrice

Repartitia campului magnetic inductor de-a lungul pasului polar t depinde de constructia masinii, la masinile cu poli aparenti, curba de repartitie a componentei radiale a inductiei magnetice B pe pasul polar fiind de forma dreptunghiular curbilinie ( fig 1.3 ), iar la masinile cu poli plini, de forma trapezoidal curbilinie. Din motive de optim se urmareste ca prin constructie sa se obtina o repartitie cat mai apropiata de o sinusoida ; aceasta se realizeaza prin plasarea potrivita a infasurarii de excitatie ( la masinile cu poli plini ) fie prin variatia intrefierului sub talpa polara ( la masinile cu poli aparenti ).

Fig. 1.3

Plecand de aici, sa consideram un conductor de lungime l, perpendicular pe planul figurii, la distanta x, care se deplaseaza cu viteza v in sensul indicat, fata de un camp magnetic de amplitudine B de repartitie spatiala sinusoidala (fig 1.4)

Fig. 1.4

Tensiunea electromotoare de deplasare indusa in conductor este :

u_ec=B_xlv (1.2 )

relatie in care pentru repartitia sinusoidala considerata, B_x=B sin px/t. Alegand originea timpului t=0 la trecerea prin punctul de camp nul ( prin axa q ), x=vt=pDnt si conform (1.1 ), x=2ptnt.

Inlocuind in (1.2), u_ec =Blv sin 2ppnt si cum viteza unghiulara W = 2pn, rezulta

u _ec = Blv sin pWt(1.3)

Luand pe u _ec de forma

u _ec = U_ec √2 sin ωt (1.4)

unde ω este pulsatia, rezulta

ω =pW (1.5)

Distantei x, parcursa de conductor in timpul t ii corespunde un unghi la centru geometric, α_e = W t ; prin analogie unghiul α_e = ωt ce fixeaza valoarea tensiunii induse se numeste unghi electric. Avem evident

α_e=p α_e(1.6)

Cum unghiul geometric dintre doua axe consecutive d,q, este 2p/2p, rezulta conform (1.6) ca unghiul lor electric este p/2, adica axele sunt in cuadratura electrica.

Daca se inlocuieste in (1.5), ω = 2pf si W =2pn, rezulta

f=pn (1.7)

relatie de baza ce leaga frecventa tensiunii induse de numarul de poli si turatia masinii.

Fig.1.5

Inseriind conductorul a cu un alt conductor b, plasat la distanta τ ( pasul polar ), astfel incat sa formeze o spira, prin parcurgerea lor in sensuri contrare, t.e.m. la bornele spirei apare dubla fata de tensiunea indusa intr-un conductor ( t.e.m. induse in cele doua conductoare sunt egale si de semn contrar, iar sensurile de parcurgere ale conductoarelor sunt opuse ).

Daca una sau mai multe spire inseriate suprapuse se aseza pe un rotor ce se roteste intr-un camp magnetic constant si se leaga electric capetele a,x, ale infasurarii la doua inele colectoare pe care calca un sistem de perii ( fig 1.5) se obtine la perii o t.e.m. alternativa. Conectand la inele un consumator, masina debiteaza un curent alternativ, functionand in regim de generator sau alternator monofazat.Daca viteza de rotatie este constanta, curba de variatie in raport cu timpul a tensiunii electromotoare induse repeta ( rel 1.2) repartitia spatiala a componentei radiale a inductiei magnetice din intrefier ; evident, daca aceasta repartitie este sinusoidala, t.e.m. indusa variaza sinusoidal in raport cu timpul.

Daca pe o pereche de poli se plaseaza m infasurari egale, decalate cu unghiul la centru 2p/mp, rezulta m t.e.m. induse defazate intre ele cu 2p/m rad.el. obtinandu-se astfel o masina electrica m fazata. De regula cele m infasurari se leaga in stea sau poligon. ( la conexiunea stea capetele de sarsit se leaga impreuna, constituind punctul de nul al infasurarii, iar la conexiunea poligon capatul de sfarsit al unei infasurari se uneste cu capatul de inceput al urmatoarei ).Capetele de inceput ale infasurarilor se leaga cu exteriorul tot prin intermediul inelelor si periilor. Obisnuit se ia m=3 infasurari, iar masinile se numesc

Fig. 1.6 a,b

trifazate. Tensiunile trifazate sunt defazate intre ele simetric.

Infasurarile trifazate se realizeaza atat in conexiunea stea ca in fig 1.6 a, cat si in conexiunea triunghi ca in fig 1.6 b. Cand tensiunile variaza sinusoidal in timp ele se pot reprezenta in complex. In fig 1.6 a si 1.6 b sunt indicate tensiunile de faza si de linie pentru conexiunea stea si triunghi ; se vede ca intre tensiunile de linie U_l si de faza U_f exista relatiile U_l =√3U_f la conexiunea stea si U_l=U_f la conectarea triunghi.

Daca cele doua capete ale infasurarii A,B, din fig 1.5 se leaga la doua lamele pe care calca doua perii asezate astfel ca in figura 1.9,

Fig. 1.9

t.e.m. culeasa la perii va fi de forma din fig 1,10 (s-a considerat curba repartitiei campului magnetic inductor, practic sinusoidala )

Fig 1.10 a,b

Se poate observa ca la peria A vine intotdeauna conductorul plasat sub acelasi pol, deci in care t.e.m. are in permanenta acelasi sens. La o infasurare formata din mai multe grupuri de spire (bobine), inseriate prin lamele si dispuse pe intreaga periferie a masinii, pulsatiile tensiunii culese la perii se reduc sensibil, obtinandu-se astfel o tensiune practic continua. Ansamblul lamelelor constituie asa numitul colector si joaca rolul de redresor mecanic.

Cuplul ce se dezvolta la functionarea in regim de generator a masinilor electrice, determinat de interactiunea dintre campul inductor si curentul indusului este de franare, opus cuplului de rotatie aplicat la arborele masinii. La functionarea in regim de generator, puterea mecanica primita la arbore se transforma prin intermediul campului electromagnetic al masinii, care se transmite consumatorului conectat la bornele infasurarii indusului.

Daca infasurarea indusului se conecteaza la o retea absorbind un curent electric, din interactiunea dintre curentul din indus si campul inductor se stabileste un cuplu ce determina rotatia masinii. Puterea electrica primita de la retea se transforma in putere mecanica permitand masinii sa antreneze masini unelte si instalatii complexe. Vorbim asadar de regimul de motor al masinii.

Toate masinile verifica principiul reversibilitatii, adica pot functiona atat in regim de generator cat si de motor.

Transformatorul este un modificator static al puterii electrice caracterizata prin anumite valori ale tensiunii si curentului, tot in putere electrica la alte valori ale tensiunii si curentului, la aceeasi frecventa.