Masini electrice - notiuni generale

MASINI ELECTRICE - NOTIUNI GENERALE

Generalitati

Transformatoarele si masinile electrice sunt unele dintre cele mai importante aplicatii practice ale fenomenelor electromagnetice. Masinile electrice sunt conver-toare electromecanice ce convertesc energia mecanica in energie electrica sau in-vers energia electrica in energie mecanica, dupa cum ele functioneaza in regim de generator electric sau de - motor electric, fiind reversibile.

Pe langa generatoare si motoare, masinile electrie se pot utiliza si ca conver-toare a formei curentului electric (exemplu curent alternativ in curent continuu) sau a frecventei acestuia (exemplu curent cu frecventa nominala de 50 Hz in curent cu frecventa ridicata) s.a. In unele sisteme electromecanice, masinile electrice se utilizeaza ca regulatoare si amplificatoare (sub denumirea de masini electrice regulatoare si amplificatoare electromecanice).

Principiul de functionare al masinilor electrice se bazeaza pe urmatoarele doua fenomene:

a)       fenomenul de inductie electromagnetica potrivit caruia se induc t.e.m. in conductoarele ce se deplaseaza in campul magnetic stationar (fix in spatiu si constant in timp) sau in conductoare imobile situate in camp magnetic nestationar de marime constanta;

b)      fenomenul de aparitie a fortelor electromagnetice ca urmare a interactiu-nii dintre campul magnetic si conductoarele parcurse de curent electric.

Masinile electrice rotative au doua armaturi:

a)      inductorul reprezinta sistemul electromagnetic ce creaza campul mag-netic inductor (de excitatie);

b)      indusul reprezinta sistemul ce contine infasurarea (infasurarile) in care se induc t.e.m.

In procesul de functionare al masinilor electrice, una din cele doua armaturi este imobila si se denumeste stator, iar cealalta parte mobila este numita rotor. Masinile electrice se pot construi pentru functionare in curent continuu sau alternativ.

In grupa masinilor electrice, obisnuit se includ si transformatoarele, care in calitate de convertoare electromagnetice statice (fara parti in miscare) nu reprezinta masini electrice in adevaratul sens al cuvantului si nu transforma energia electrica de c.a. intr-o alta forma de energie ci modifica numai parametrii ei, frecventa ramanand constanta.

Procesele electromagnetice din transformatoare au la baza tot fenomenul de inductie electromagnetica ca si masinile electrice. Aceasta permite a se studia transformatorul electric in comun cu masinile electrice de curent alternativ. Trans-formatoarele contin urmatoarele parti de baza:

a)     doua (sau mai multe) infasurari cuplate magnetic - una este infasurarea primara ce primeste energia electrica de transformat si a doua (pot fi mai multe decat una), infasurarea secundara de la care se obtine energia electrica cu parametrii transformati;

b)     circuitul magnetic pentru crearea cuplajului magnetic mai puternic dintre infasurari.

Spre deosebire de masinile electrice, transformatoarele electrice au partile componente imobile carora le lipseste miscarea relativa dintre conductoare si cam-pul magnetic. Iata de ce pentru functionarea lor este necesara crearea campului magnetic variabil, adica transformatoarele electrice functioneaza numai in cu-rent alternativ.

Masinile si transformatoarele electrice sunt construite si destinate sa lucreze in conditii date, ce determina regimul lor nominal de lucru. Marimile ce carac-terizeaza regimul nominal de lucru, sunt numite nominale si se indica de produ-cator in cataloagele de date si pe tablita de pe carcasa masinii electrice.

In unele cazuri, datele complete se prezinta in materiale de reclama iar pe ta-blita indicatoare este trecut tipul masinii electrice, tensiunea nominala si puterea nominala a acesteia. Acesti parametrii garanteaza functionarea masinii electrice fara avarii numai pentru regimurile si conditiile de lucru specificate sau, daca ele nu sunt clar stabilite, pentru regimul de lucru S₁ si conditii normale climaterice sau alte conditii potrivit standardelor. Aceste date nominale se refera la:

puterea nominala definita in mod diferit conform tipurilor masinilor electrice, ca de exemplu:

pentru generatoarele de c.c., aceasta reprezinta puterea electrica utila (puterea U_nI_n, la bornele rotorice) exprimata in W sau kW, respectiv puterea maxima pe care ele o dezvolta fara a se depasi incalzirea maxima admisibila a diferitele lor parti componente;

pentru generatoarele de c.a. este puterea aparenta de iesire S_iesire [VA, kVA, MVA] pentru factor de putere cosφ dat;

pentru motoare, este puterea mecanica utila la arbore (M_nΩ_n exprimata in W sau kW), pe care o cedeaza mecanismului de lucru antrenat, cu respectarea aceleiasi conditii (nedepasirea incalzirii admisibile potrivit clasei de izolatie).

tensiunea nominala U_n [V] este tensiunea dintre borne (dintre faze) la

puterea nominala;

frecventa nominala f_n [Hz] a tensiunii;

curentul nominal I_n [A];

conditiile mediului de lucru, ce standardizeaza:

inaltimea deasupra nivelului marii (1000 m);

temperatura maxima si minima a mediului inconjurator (40^oC si -15^oC, iar la racirea cu apa, pana la 0^oC) s.a;

conditiile electrice de lucru: tensiunile standard ale retelei de alimentare, forma si simetria tensiunilor si curentilor;

caracteristicile termice, referitoare la valorile limita ale incalzirii potrivit clasei de stabilitate termica a izolatiei, temperatura de racire a fluidului;

caracteristicile de lucru: curentii maximi, momentele maxime si minime, cresterea de viteza s.a.

Tablitele masinilor electrice trebuie sa contina urmatoarele date nominale:

numarul de faze, gradul de protectie, clasa de stabilitate termica, regimul de lucru;

puterea, tensiunea, frecventa tensiunii, curentul, turatia, factorul de putere, tensiunea si curentul de excitatie referitoare la regimul nominal;

parametrii conditiilor de lucru, daca ele difera de cele standard.

Daca sensul de lucru coincide cu al rotatiei rotorului, el se indica prin sageata pe masina. Indicatorii importanti ai masinilor electrice moderne sunt capacitatile lor de stabilitate la vibratii (armonici ale sistemului tensiunilor de alimentare si nesimetriile acestora) cum si limitarea posibilitatii lor de a crea-emite vibratii, mai inalte decat valorile limita. In acest scop se apeleaza la componente electro-nice montate in masina electrica rotativa necesare pentru functionare (exemplu: excitatoare rotative).

Masinile si transformatoarele electrice sunt elementele de baza ale oricarui sistem energetic sau sistem electromecanic de actionare. De aceea este necesar a se cunoaste atat teoria cat si fenomenele ce au loc in acestea in timpul exploatarii lor.

1.2. Clasificarea masinilor electrice

Masinile electrice pot fi clasificate dupa diferite criterii si anume:

potrivit regimului de functionare ele se impart in: generatoare, mo-toare, convertizoare, amplificatoare, regulatoare s.a.;

avand in vedere natura curentului ce strabate infasurarile, masinile electrice sunt de c.c. si de c.a. In grupa masinilor de c.a. sunt cuprinse in principial masinile asincrone si sincrone. Tot in aceasta grupa, conventional se includ si transformatoarele;

dupa procedeul de racire, masinile sunt cu ventilatie naturala si fortata (cu ventilator);

in functie de gradul de protectie (IP00-IP68), masinile electrice se separa in urmatoarele grupe mai importante:

a)      deschise nu au dispozitive de protectie a partilor in rotatie sau conducatoare de curenti;

b)      inchise nu au orificii-deschizaturi (in aceasta grupa sunt incluse si masinile protejate ermetic, care nu lasa sa treaca umezeala la cufundarea lor completa in apa);

c)      protejate au dispozitive pentru protectia masinii impotriva patrunderii corpurilor straine, picaturilor de apa s.a.;

d)      antiexplozive se executa in mantale speciale antiexplozive, care previn patrunderea in interiorul masinii a gazelor explozive, fara a transmite flacari sau scantei din interior spre exterior sau in sens invers.

Datorita conditiilor de exploatare grele din unele locuri de munca (mine, inclusiv cele cu degajari de gaze si praf), o mai mare parte a masinilor electrice utilizate sunt protejate impotriva atingerii partilor in miscare, patrunderii corpurilor straine si a apei in ele. Notatia conventionala a acestei protectii include literele IP (Index Protection) si doua cifre:

prima cifra (de la 0 la 6) stabileste conventional protectia impotriva atingerii partilor lor in miscare si patrunderii corpurilor straine;

a doua cifra (de la 0 la 8) - impotriva patrunderii apei.

Cu cat este mai mare ordinul cifrei corespunzatoare, cu atat este mai mare gradul de protectie.

In minele cu mediu exploziv (pericol de gaze si praf) si de asemenea si in spatiile cu pericole chimice se utilizeaza masini antiexplozive. Ele se clasifica dupa grade speciale de protectie ale echipamentelor electrice antideflagrante.

avand in vedere forma de miscare a partii lor mobile, masinile elec-trice se divid in rotative si liniare (cu miscare progresiva). De obicei in industrie se aplica in principal masini electrice rotative;

in functie de puterea nominala masinile electrice se impart in urmatoa-rele grupe:

micromasini - pana la 0,5 kW;

masini de putere mica - de la 0,5 kW pana la 20 kW;

masini de putere medie - de la 20 kW pana la 250 kW;

masini de putere mare - peste 250 kW.

Clasificarea masinilor electrice dupa putere este conventionala si aproximativa.