Obtinerea campului magnetic invartitor. Constructia si principiul de functionare al motorului asincron trifazat

Obtinerea campului magnetic invartitor. Constructia si principiul de functionare al motorului asincron trifazat

Masinile asincrone fac parte din grupa masinilor electrice de c.a. Ca toate masinile electrice, ele sunt reversibile si pot functiona atat in regimul de motor cat si in cel de generator. In practica, masinile asincrone sunt unele din cele mai ras-pandite masini electrice, ce functioneaza in regimul de motor.

Principiul de functionare al masinilor asincrone se bazeaza pe utilizarea campului magnetic invartitor. Campul magnetic invartitor circular, este acel camp la care vectorul inductiei magnetice este constant ca marime, dar se roteste cu viteza unghiulara constanta Ω₁ respectiv cu turatia de sincronism n₁ (o mari-me constanta). Campul magnetic invartitor se poate obtine de la doua infasurari identice si reciproc perpendiculare, prin care trec curentii, ce formeaza un sistem simetric bifazat:

(3.1)

Pentru a se obtine acest sistem de curenti (defazati cu unghiul de 90°) este necesar ca in circuitul unei infasurari sa fie inclus un element rezistiv, iar in circuitul celeilalte infasurari - element cu reactanta (bobina sau condensator). Cele doua infasurari se alimenteaza de la una si aceeasi sursa de tensiune variabila sinusoidal.

In fig.3.1 este prezentata schema de obtinere a campului magnetic invartitor cu doua infasurari 1-1 si 2-2 repartizate sinusoidal si reciproc perpendiculare, la care elementul reactiv din circuitul infasurarii 2-2 este un condensator cu capacita-tea C.

Fig.3.1. Schema de obtinere a campului magnetic invartitor cu doua

infasurari 1-1 si 2-2 reciproc perpendiculare, la care elementul reactiv

din circuitul infasurarii 2-2 este un condensator cu capacitatea C

La trecerea curentilor i₁ si i₂ corespunzatori prin infasurarile 1-1 si 2-2 se creaza doua campuri magnetice pulsatorii, variabile in timp si in spatiu, reciproc perpendiculare, de ecuatii:

; (3.2) Vectorii inductiilor si ale acestor campuri in punctul O sunt orientati corespunzator dupa axele Ox si Oy, adica perpendicular pe planele bobinelor. Inductiile magnetice si determina sistemul bifazat:

(pentru τ=π, x=0) (3.3)

Marimea inductiei magnetice a campului magnetic rezultant este:

(3.4)

adica ea este o marime constanta, egala cu valoarea maxima a inductiilor magne-tice ale campurilor, create de cele doua infasurari.

Vectorul inductiei magnetice a campului magnetic rezultant face unghiul cu axa Oy, adica:

, adica (3.5)

In consecinta, unghiul se va modifica in timp, sau vectorul inductiei mag-netice a campului magnetic rezultant se roteste in sensul pozitiv fata de originea sa 0 cu viteza unghiulara egala cu pulsatia a curentilor i₁ si i₂. Acest camp este numit camp magnetic invartitor circular.

Cel mai frecvent, campul magnetic invartitor se obtine cu ajutorul a trei infasurari identice 1-, 2-, 3-, ale caror axe sunt decalate intre ele cu 120°, prin care trec curenti ce formeaza un sistem trifazat simetric (fig.3.2).

; (3.6)

La trecerea curentilor i₁, i₂ si i₃ prin infasurarile corespunzatoare se creaza campuri magnetice, la care vectorii inductiilor magnetice _, si sunt orientati perpendicular pe planele infasurarilor. Inductiile magnetice B₁, B₂ si B₃ formeaza ca si curentii ce le creaza un sistem trifazic simetric:

(3.7)

Fig.3.2 Obtinerea campului magnetic invartitor cu ajutorul a trei infasurari identice

decalate cu 120° si parcurse de curenti ce formeaza un sistem trifazat simetric

In consecinta, fata de sistemul de coordonate introdus (fig.3.2), vectorul inductiei magnetice B₁ este orientat dupa axa Ox, iar si formeaza unghiuri de 120° cu aceeasi axa. Daca se proiecteaza vectorii inductiilor magnetice ,si dupa axele Ox si Oy si se insumeaza aceste proiectii dupa cele doua axe, se obtine:

si reprezinta proiectiile dupa axele Ox si Oy ale vectorului inductiei magnetice a campului magnetic rezultant (fig.3.3). Marimea lui este:

(3.9)

adica se obtine un camp magnetic de amplitudine constanta, egala cu de 3/2 ori valoarea maxima a inductiilor B_1, B₂ si B₃.

Vectorul inductiei magnetice al campului magnetic rezultant face cu axa Oy, unghiul:

, adica (3.10)

Asadar, si in acest caz, vectorul inductiei magnetice al campului magnetic rezultant se va roti in spatiu cu viteza unghiulara constanta in care f₁ este frecventa curentilor i_1, i₂ si i₃. Campul magnetic obtinut este circular invartitor.

Fig.3.3 Obtinerea vectorul campului magnetic circular invartitor rezultant

Se considera ca in campul magnetic invartitor se afla o spira inchisa (fig.3.4). Atunci cand campul magnetic se roteste si intersecteaza spira, in ea se induce t.e.m. ce creaza curentul din spira. Daca rotatia campului este in sensul acelor de ceasornic, fenomenul decurge ca si cand campul este imobil, iar spira se roteste in sens invers. Daca se aplica regula mainii drepte, se determina sensul t.e.m. induse, respectiv sensul de trecere al curentului prin spira (fig.3.4).

Fig.3.4 Explicativa privind inducerea t.e.m.

in spira datorita campului magnetic invartitor

Ca efect al interactiunii campului magnetic si curentului ce trece prin spira, se obtin doua forte , , al caror sens se determina potrivit regulii mainii stangi. Daca spira se poate roti liber in jurul punctului O, sub actiunea celor doua forte ea se roteste in sensul de rotatie al campului, dar cu o turatie, mai mica decat a campului magnetic invartitor.

Datorita diferentei intre cele doua viteze de rotatie (turatii), in spira se induce t.e.m. si trece curent, iar sub actiunea celor doua forte se intretine miscarea de rotatie a acestei spire. Pe acest principiu se bazeaza functionarea motoarelor asincrone.

Motoarele asincrone, ca toate motoarele electrice, transforma energia electri-ca in energie mecanica. Se compun dintr-o parte fixa - statorul si o parte mobila - rotorul. Circuitul magnetic al masinii, ca un intreg, se compune din doi cilindri coaxiali (exterior - cel statoric si interior - cel rotoric) ambii compusi din tole de otel electrotehnic, izolate una fata de alta. Intre acesti cilindri coaxiali exista un spațiu de aer numit intrefier datorita caruia rotorul poate executa liber miscarea de rotatie. Intrefierul este cel mai mic posibil, pentru a se reduce curentul de magneti-zare (energia reactiva absorbita).

In fig.3.5 sunt prezentate tolele, din care se realizeaza cele doua armaturi ale masinii. Pe suprafata cilindrica interioara a armaturii statorice si pe suprafata cilin-drica exterioara a armaturii rotorice se practica crestaturi in care plaseaza in mod corespunzator infasurarile statorica si rotorica.

Infasurarea statorica consta din trei infasurari de faza identice, decalate una fata de alta cu unghiul radiani. Cele sase capete ale celor trei infasurari sunt scoase pe placa de borne din cutia de borne a masinii. Inceputurile infasurarilor se noteaza cu A, B, C, iar sfarsiturile lor cu X, Y, Z.

Fig.3.5 Vedere pentru tolele statorica si rotorica

Infasurarile de faza statorice pot fi conectate in stea sau in triunghi, modul de conexiune fiind notat pe tablita masinii. In functie de modul de executie al infasu-rarii rotorice, motoarele asincrone pot fi: cu rotor in scurtcircuit si cu rotor bobi-nat (rotor cu inele de contact). Sistemul de inele si perii asigura contacte aluneca-toare intre infasurarea rotorica si circuitul electric exterior. Acesta poate fi reostatul de pornire sau reglare (pentru imbunatatirea pornirii si a caracteristicilor de reglaj), sau o sursa de tensiune si frecventa date in cazul unei duble alimentari. In conse-cinta, prin intermediul acestui sistem de contacte alunecatoare se poate interveni in circuitele rotorice, modificandu-se dupa necesitati parametrii circuitelor de faza sau a conecta aceste circuite la surse trifazate externe. La motoarele asincrone cu rotor in scurtcircuit, in crestaturile rotorului se plaseaza bare de cupru sau alumi-niu, care se scurtcircuiteaza la capetele miezului magnetic rotoric cu doua inele frontale de scurtcircuitare. Cel mai adesea crestaturile rotorului se umplu cu aliaj topit de aluminiu, cand simultan se toarna si inelele de scurticircuitare. In fig.3.6 a, b se prezinta, rotorul in scurtcircuit, respectiv infasurarea rotorica scurtcircuitata (colivia simpla).

Fig.3.6 a, b Rotorul in scurtcircuit si infasurarea rotorica scurtcircuitata

La motoarele asincrone cu rotor bobinat, infasurarea se realizeaza analog cu cea statorica. Infasurarea se conecteaza numai in stea, iar capetele libere se conec-teaza la trei inele de contact solidare cu arborele masinii, izolate intre ele si fata de arborele masinii. Pe inelele de contact calca trei perii legate la placa de borne din cutia de borne a statorului. In fig.3.7 se prezinta rotorul cu inele de contact.

Fig.3.7 Rotorul cu inele de contact al motorului asincron

In fig.3.8 se prezinta motorul asincron in vedere eterioara, de constructie inchisa.

Fig.3.8 Vedere exterioara a motorului asincron protejat la aspiratie

La alimentarea infasurarii statorice a motorului asincron din reteaua trifazata de alimentare, prin ea trece sistemul trifazat de curenti. Acesta creaza campul magnetic invartitor. Daca infasurarea statorica este astfel realizata incat se creaza o pereche de poli echivalenti ai campului (p=1), in timpul unei perioade a curentilor alternativi, campul magnetic invartitor efectueaza o turatie completa.

In consecinta turatia de rotatie, n₁, a campului invartitor este direct propor-tionala cu frecventa f₁ a curentilor alternativi, adica . Daca infasurarea statorului este astfel incat se creaza p perechi de poli, Turatia n₁ este numita turatia de sincronism, ce corespunde vitezei unghiulare sincrone .

Campul magnetic invartitor induce t.e.m. atat in infasurarea statorului dar si in infasurarea rotorului. Daca infasurarea rotorului este inchisa, prin ea trece curentul rotoric la a carui variatie se modifica si curentul statoric, incat campul magnetic rezultant ramane constant ca marime (fenomenul este analog aceluia de la transformatoare la variatia curentului secundar se modifica curentul primar, deoarece ).

In acest caz, se creaza campul magnetic invartitor rezultant din intrefierul masinii, datorita actiunii comune a curentilor ce trec prin infasurarile statorului si rotorului. Din interactiunea campului magnetic invartitor rezultant cu curentii din infasurarea rotorului, la arborele motorului apare momentul de rotatie. Sub actiunea lui, rotorul se roteste in sensul de rotatie al campului magnetic. Pentru schimbarea sensului de rotatie al rotorului se modifica sensul campului magnetic invartitor. Aceasta se obtine prin modificarea succesiunii fazelor infasurarii statorice respectiv prin schimbarea succesiunii a doua dintre bornele ei de intrare.