Circuite Electrice Cap 4

8/7/2019 Circuite Electrice Cap 4

1/13

Noiuni generale de maini electrice

4. NOIUNI GENERALE DE MAINI ELECTRICE

Masina electrica este un sistem de conversie electromecanica a energiei mecanice n energie electrica

sau invers. Ea poate functiona n regim de motor, de generator sau de frn electric.

n regim de motormasina primeste putere electric i furnizeaz, la arbore, putere mecanic.

Generatorulrealizeaz conversia invers, din putere mecanic n putere electric.Frna electric este acel regim de functionare n care masina primeste atat putere electrica cat si putere

mecanica, pe care le transforma, n cea mai mare parte, n caldur, furnizand la arbore un cuplu opus

miscarii.

Masinile electrice se pot clasifica dupa urmatoarele criterii:

a) Dupa principiul de functionare:

Transformatorul electric;

Masina asincrona;

Masina sincrona;

Masina de curent continuu; Masina de curent alternativ cu colector.

b) Dupa felul miscarii:

Masini electrice de rotatie;

Masini electrice liniare.

c) Dupa felul curentului pe la bornele principale:

Masini de c.a. (transformatorul, masina asincrona, masina sincrona, masina de c.a. cu colector);

Masini de c.c.

d) Dupa sensul conversiei energiei:

Generatoare electrice - convertesc energia mecanica primita pe la ax n energie electrica pe la bornele

principale;

Motoare electrice - convertesc energia electrica primita pe la bornele principale n energie mecanica la

ax.

Masinile electrice sunt reversibile putnd functiona att ca motoare ct si ca generatoare electrice. Ele au

capatat o mare raspndire n tehnica si n alte ramuri ale vietii sociale, reprezentnd elemente indispensabile

n procesul producerii energiei electrice (generatoarele electrice din electrocentrale) si n actionarile electrice

de toate tipurile (motoarele electrice).

4.1. Transformatorul electric

Transformatorul electric este o main electromagnetic static de curent alternativ, care transform oenergie electromagnetic primar de anumii parametrii (u1,i1) ntr-o energie electromagnetic secundar de

ali parametrii (u2,i2), frecvena rmane ns constant (f1=f2=ct.). Cei doi parametrii care ne dau puterea, u-

tensiunea i i-curentul, sufer prin transformare schimbri inverse, astfel dac tensiunea se micoreaz,

curentul se mrete i invers. La baza funcionrii transformatorului st principiul induciei electromagnetice.

Din punct de vedere constructiv, transformatorul are dou pri principale:

1)circuitul magnetic- reprezentat de miezul de fier i construit din tole de oel electrotehnic pentru

reducerea pierderilor n fier;

2)circuitele electrice- reprezentate de dou sau mai multe nfurri din Cu sau Al, realizate n jurul

circuitului magnetic, fiind deci cuplate electromagnetic.nfurarea care primete energia de la o surs se numete nfurare primar, iar cea care cedeaz

energia unei reele sau unui consumator se numete nfurare secundar. Dup cum tensiunea nfurrii

57


2/13


secundare este mai mare sau mai mic decat cea a nfurrii primare, transformatorul este ridictor sau

coborator de tensiune.

Fig.4.1. Schema de principiu a unui transformator

Curentul i1 care strbate nfurarea primar creeaz fluxul magnetic n miez. Acest flux magnetic fiind i

el variabil n timp induce n nfurarea secundar, care are w1 spire, o tensiune electromotoare. Dac

aceast nfurare este conectat pe o sarcin oarecare, transformatorul debiteaz un curent secundar i2.Fie R1 i R2 rezistenele electrice ale celor dou nfurri. Prin aplicarea teoremei a doua a lui Kirchhoff

pe contururile 1 i 2 din Fig. 4.1 se obin relaiile:

dt

dwuiRu 11e111

==+ (4.1)

( )

dt

dwuiRu 22e222

==+ (4.2)

Cderile de tensiune R1i1 i R2i2 fiind mult mai mici dect tensiunile la borne corespunztoare rezult:

dt

dwu 11

i

dt

dwu 22

(4.3)

Prin raportare se obine:

T2

1

2

1 kw

w

u

u== (4.4)

Mrimea kT este denumit raport de transformare al transformatorului.

Prin aplicarea teoremei lui Ampere pe conturul al fluxului magnetic n miez, se obine relaia:

2211mmiwiwlH = (4.5)

unde Hm este intensitatea cmpului magnetic n miez, iar lm este lungimea conturului . Ca urmare avalorilor ridicate ale permeabilitii magnetice , mrimea m

mmm l

BlH =

are valori mult mai mici dect

oricare dintre cei doi termeni din partea stng a ultimei relaii, astfel nct:

0iwiw 2211 (4.6)

de unde rezult:

1

2

2

1

Ti

i

w

wk == (4.7)

Aadar tensiunile, curenii i numerele de spire satisfac n cazul uni transformator monofazat relaiile:

58


3/13


T

2

1

1

2

2

1k

w

w

i

i

u

u=== (4.8)

de unde rezult:

222111 piuiup === (4.9)

Prin urmare, n ipoteza neglijrii pierderilor Joule n nfurri i atunci cnd cuplajul celor dou nfurrieste perfect i cnd miezul magnetic este ideal ( ), puterea p1 absorbit de primar este egal cu p2

transferat sarcinii, rolul transformatorului fiind acela de a modifica tensiunea u2 n raport cu u1.

Transformatoarele monofazate se simbolizeaz n schemele electrice ca n Fig.4.2.a, iar cele trifazate

printr-una din cele dou variante prezentate n Fig.4.2.b.

Fig.4.2. Simbolul transformatorului

Bornele nfurrii de nalt tensiune se noteaz cu litere mari, A-X n monofazat, respectiv A-X, B-Y, C-Z ntrifazat, i cu literele mici corespondente pentru nfurrile de joas tensiune. Atunci cnd cele trei faze ale

unui transformator trifazat se conecteaz n stea, borna comun {X, Y, Z} se noteaz cu N, respectiv {x, y, z}

n.

Serviciul nominal de funcionare al unui transformator, stabilit prin tema de proiectare, este acela pentru

care temperatura n diferite zone nu depete valoarea admisibil pentru materialele respective, de regul

materiale electroizolante.

Puterile datorate efectului Joule n nfurri i cele datorate magnetizrii alternative a miezului

magnetic denumite pierderi Joule, respectiv pierderi n miez, au valori mult mai mici dect puterea transmis

din primar n secundar, ns au un efect termic neneglijabil. Prin urmare, aceste pierderi, primele

proporionale cu ptratul curenilor, cele magnetice proporionale cu ptratul tensiunii de alimentare,

determin nclzirea nfurrilor, respectiv a miezului. n principal materialele electroizolante sunt acelea a

cror limit superioar a temperaturii este ce mai redus, aceast valoare definind limita admisibil a

temperaturii maxime a transformatorului. Exist un set de parametri care caracterizeaz regimul nominal de

funcionare al unui transformator ale cror valori sunt dependente de aceast temperatur. Aceti parametri

se numesc mrimi nominale i reprezint date de catalog ale transformatoarelor. Ei sunt:

- tensiunea nominal primar, U1n, este tensiunea la bornele nfurrii primare n regimul nominal de

funcionare;

- tensiunea nominal secundar, U2n, este tensiunea la bornele nfurrii secundare, n regimul

nominal de funcionare, adic atunci cnd transformatorul este alimentat cu valorile nominale ale tensiunii ifrecvenei.

59


4/13


- frecvena nominal, fn. n condiii nominale de alimentare (U1n, fn) pierderile n miez determin o

nclzire a miezului la limita admisibil a temperaturii.

- puterea nominal Sn este puterea aparent debitat prin bornele secundare n regimul nominal de

funcionare. n cazul transformatorului monofazat, relaiile Sn = U1n I1n = U2n I2n determin valorile nominale

ale curentului primar, I1n , respectiv secundar, I2n.

Dac transformatorul este alimentat n condiii nominale (U1n, fn) i este ncrcat la puterea nominal(Sn), ansamblul pierderilor (n miez i n nfurri) determin o nclzire la limita admisibil a temperaturii

maxime. Depirea limitelor nominale de alimentare (U1n, fn),respectiv a puterii nominale (Sn), conduce la

depirea valorii maxim admisibile a temperaturii, ceea ce are ca efect reducerea duratei de bun

funcionare, sau chiar distrugerea transformatorului, n funcie de nivelul depirii,

- tensiunea nominal de scurtcircuit usc (exprimat n procente n raport cu tensiunea nominal U1n) este

tensiunea care trebuie aplicat nfurrii primare atunci cnd nfurarea secundar este n scurtcircuit

astfel nct curentul absorbit s aib valoarea nominal. Aceast mrime nominal este important pentru

caracterizarea comportamentului transformatorului n sarcin i pentru funcionarea n paralel a dou

transformatoare.n cazul transformatoarelor electrice, exist dou caracteristici de funcionare importante, i anume,

caracteristica randamentului i caracteristica extern. Prin caracteristici de funcionare ale unui dispozitiv

electric n general se neleg dependene ntre mrimi definitorii pentru funcionarea acestuia.

Caracteristica randamentului este dependena dintre randamentul transformatorului i gradul su de

ncrcare n sarcin n condiii de alimentare normal (U1n, fn). Randamentul este raportul dintre puterea

activ debitat de transformatorP2 i puterea activ absorbit P1.

1

2

P

P= (4.10)

Prin grad de ncrcare n sarcin, n22 II= , se nelege raportul dintre curentul debitat de

transformator i valoarea nominal a curentului secundar. Evident c mrimea poate lua valori ntre

= 0, care corespunde funcionrii n gol a transformatorului i = 1, care corespunde ncrcrii

transformatorului n sarcina nominal.

Fig.4.3. Caracteristicile de funcionare ale transformatorului

Valoarea randamentului corespunztoare unui grad de ncrcare n sarcin dat depinde i de defazajul

2 dintre curentul i tensiunea secundare, respectiv de factorul de putere al sarcinii transformatorului, cos

2.

Caracteristica randamentului ( ) are alura din Fig.4.3.a, care evideniaz urmtoarele aspecte utile

de reinut:

- cu ct factorul de putere cos 2are o valoare mai redus, cu att randamentul este mai mic;

- exist o valoare optim a gradului de ncrcare n sarcin, m, pentru care randamentul este maxim;

60


5/13


- - funcionarea la sarcini reduse ( < 0,2 ) este neeconomic, deoarece randamentul are valori

reduse.

Caracteristica extern arat dependena tensiunii secundare U2 n funcie de curentul de sarcin I2

atunci cnd transformatorul este alimentat n condiii nominale (U1n, fn). Aceast dependena este diferitpentru diferite valori ale factorului de putere al sarcinii, (Fig.4.3.b), iar pentru o valoare cos 2 dat depinde

de natura sarcinii, respectiv dac aceasta este inductiv sau capacitiv.

Atunci cnd sarcina este rezistiv (cos 2 = 1) tensiunea scade pe msur ce curentul de sarcin I2

crete, panta caracteristicii fiind dependent de valoarea parametrului tensiune de scurtcircuit. Cu ct

tensiunea de scurtcircuit are valori mai mari, cu att cderea de tensiune este mai important.

Atunci cnd sarcina este inductiv (R, L), cderea de tensiune este mai mare dect n cazul unei sarcini

rezistive (R). Cu ct sarcina este mai inductiv (cos 2 mai redus) cu att caracteristica extern este mai

cztoare.

Atunci cnd transformatorul debiteaz pe o sarcina capacitiv (R, C

), tensiunea la bornele secundarecrete odat cu creterea sarcinii. Aceast cretere este cu att mai important cu ct cos 2 are o valoare

mai redus.

Transformatoarele electrice se pot clasifica dupa urmatoarele criterii:

a) Dupa destinatie:

transformatoare de putere mono sau trifazate, utilizate n transportul si distributia energiei electrice ca

ridicatoare sau cobortoare de tensiune;

autotransformatoare, utilizate pentru interconectarea retelelor de tensiuni diferite sau pentru reglajul

tensiunii;

transformatoare de masura de curent sau de tensiune, utilizate pentru adaptarea diverselor aparate de

masura (ampermetre, voltmetre, wattmetre, etc.) la marimile pe care trebuie sa le masoare;

transformatoare cu destinatie speciala (transformatoare de sudura, pentru cuptoare electrice, pentru

modificarea numarului de faze, etc).

b) Dupa felul marimii transformate:

transformatoare de tensiune;

transformatoare de curent.

c) Dupa sensul transformarii:

transformatoare ridicatoare;

transformatoare cobortoare.

Un transformator de construcie special este auto-transformatorul. nfurarile autotransformatorului,

att cea primara ct si cea secundara, sunt plasate pe aceeasi coloana a miezului feromagnetic si au o

portiune comuna fiind conectate galvanic ntre ele (Fig.4.4). Astfel, energia electrica se transmite de la

primar la secundar att pe cale electromagnetica (prin inductie), ct si pe cale electrica (prin contactul

galvanic).

Autotransformatorul poate fi ridicator, cnd se alimenteaza pe la bornele A X, sau, poate fi cobortor de

tensiune, cnd se alimenteaza pe la bornele a x.

61


6/13


Fig.4.4. Autotransformator

Aplicaia 4.1

La primarul unui transformator se aplic o tensiune alternativ de 3300V. nfurarea lui secundar are

120spire, iar la bornele ei, la mers n gol, tensiunea este de 220V. S se calculeze raportul de transformare

i numrul de spire al primarului.

R: KT=15; N2=1800spire

Aplicaia 4.2nfurarea primar a unui transformator are 48spire, cea secundar 600spire. Tensiunea primar fiind

120V, s se calculeze raportul de transformare i tensiunea secundarului.

R: KT=0.08; U2=1,5kV

Aplicaia 4.3

Tensiunea primar a unui transformator este de 36kV, iar cea secundar de 400V. nfurarea secundar

avnd 30spire, s se calculeze raportul de transformare i numrul de spire din primar.

R: KT=90; N1=2700spire

Aplicaia 4.4

Un transformator are puterea n primar de 50kW i alimenteaz o reea cu tensiunea de 120V. Randamentul

transformatorului fiind 95% s se calculeze intensitatea curentului n secundar i pierderile de putere n

transformator.

R: I2396A; P=2,5kW

4.2. Masina asincrona (de inducie)

Este cea mai raspndit main electric. Ea se ntlnete pe scar larg n acionarile electrice din

toate sectoarele industriale si sociale, ndeosebi n regimul de motor trifazat, pentru actionarea masinilor

unelte, a pompelor, a compresoarelor, a morilor cu bile, a macaralelor electrice, a podurilor rulante, a

aparaturii medicale, a aparaturii electrocasnice etc.

De remarcat, n ultimul timp, ptrunderea agresiv a mainii asincrone n domeniul traciunii electrice,

mai cu seam de cnd, alimentarea acesteia prin invertoare cu modulare n lime a impulsurilor nu mai

constituie un impe-diment, din punct de vedere al eficienei economice. Trebuie amintit aici i utilizarea

mainii asincrone ca generator, n centralele electrice de mic putere, de tip hidro sau eolian.

Motoarele asincrone se construiesc ntr-o gam foarte larg de puteri (de la uniti de watt pn la

ordinul zecilor de MW) i avnd turaia sincron, la frecvena de 50 Hz, egal n mod uzual cu 500, 600, 750,

1000, 1500 sau 3000 rot/min, n funcie de numrul de perechi de poli. Motoarele asincrone prezint o

construcie relativ simpl i robust n funcionare.

n construcie clasic, maina asincron se compune dintr-un stator i un rotor concentric cu statorul,

dispus n interiorul acestuia.Statorul- constituie partea imobil a mainii, fiind format din miezul feromagnetic pe care se dispune o

nfurare trifa-zat. Miezul este aezat ntr-o carcas cu rol de protecie i consolidare.

62


7/13


Miezul feromagnetic are form cilindric i se execut din tole tanate din tabl silicioas normal aliat,

de 0,5 mm grosime (de obicei), laminat la cald sau la rece; tolele sunt izolate ntre ele cu o pelicul de lac

izolant sau printr-un strat de oxizi ceramici. n tole, spre ntrefier, se taneaz crest-turile, repartizate

uniform, n care se aeaz nfurarea. nfurarea statoric este repartizat i prin intermediul ei maina

efectueaz schimbul principal de energie electric cu reeaua de alimentare. nfurarea se execut din

conductor de Cu izolat sau, la mainile de puteri mici, din conductor de Al, izolat cu email. La mainaasincron trifazat nfurarea statorului se conecteaz n stea sau triunghi. La mainile de puteri mici i

mijlocii, nfurarea trifazat are toate capetele nfurrilor de faz scoase la cutia de borne, pentru a face

posibil conectarea acestora n stea sau triunghi, dup nece-siti. Fiecare nfurare de faz este bobinat

pentru acelai numr de poli.

Carcasa - se execut prin turnare, din aluminiu sau font, sau prin sudare, din tabl de oel. Carcasa

poart tlpile de fixare a mainii, inelul de ridicare, cutia de borne, plcua indicatoare i scuturile frontale. n

scuturi se monteaz lagrele pe care se sprijin axul rotorului.

Rotorul- constituie partea mobil a mainii asincrone i se compune din miezul feromagnetic, de form

cilindric, la periferia cruia (spre ntrefier), sunt prevzute crestturile n care se aeaz o nfurarepolifazat. Miezul feromagnetic al rotorului se realizeaz din tole de 0,5 mm grosime, din acelai material ca

i statorul, dar tolele nu se izoleaz ntre ele.

Pachetul de tole rotorice se consolideaz pe axul mainii. Axul se rotete n lagrele fixate pe scuturi,

pe el fiind prevzut de obicei i un ventilator.

La mainile care permit o legtur galvanic ntre nfurarea indusului (rotorul) i circuitul electric

exterior, pe ax se monteaz inelele de contact pe care calc periile (fixe fa de stator).

nfurarea rotorului, la maina asincron de construcie normal, se realizeaz cu acelai numr de

poli ca nfurarea statoric i se construiete fie ca nfurare trifazat (bobinat), fie ca nfurare

polifazat (sub form de colivie). nfurarea bobinat se execut din conductor de Cu sau Al izolat, iar

nfurarea n colivie (sau n scurtcircuit) din bare de Cu, Al sau alam; colivia din Al se execut prin turnare.

nfurarea n colivie nu este izolat fa de miezul feromagnetic al rotorului. nfurrile bobinate se execut

ca nfurri trifazate i se conecteaz n stea sau triunghi, iar capetele libere ale celor trei nfurri de faz

se conecteaz la inelele de contact.

nfurrile n colivie sunt nfurri polifazate, barele coliviei fiind scurtcircuitate frontal prin inele

conductoare.

ntrefierul- este spaiul liber rmas ntre miezul feromagnetic al rotorului i miezul statorului. Lrgimea

ntrefierului la maina asincron este practic constant (dac neglijm deschiderea crestturilor) i are o

valoare foarte mic (0,1... 2 mm), n vederea obinerii unui curent de magnetizare ct mai mic, respectiv a

unui factor de putere ridicat.Se consider o main electric rotativ format din dou armturi cilindrice, concentrice, de

construcie normal, a crei nfurare statoric este conectat la o reea trifazat simetric de alimentare,

de frecven f1. Circuitul rotoric se consider scurtcircuitat sau nchis pe un reostat simetric.

nfurarea statoric, inductorul, parcurs de un sistem trifazat simetric de cureni avnd frecvena f1,

genereaz n circuitul magnetic al mainii un cmp magnetic nvrtitor. Viteza unghiular a cmpului

nvrtitor 1, numit vitez de sincronism, este determinat de pulsaia 1 = 2f1, a curenilor i de

numrul de perechi de poli, p, realizai de nfurare, pe o faz:

1 = 1/p [rad/s]. (4.11)

Din aceast relaie se obine turaia de sincronism,n1

, a cmpului magnetic nvrtitor:[rot/s]

p

fn 11 = sau, [rot/min]

p

f60n 11

= . (4.12)

63


8/13


Cmpul magnetic nvrtitor intersecteaz bobinele rotorice n ordinea succesiunii lor, astfel nct, n

aceste nfurri, se induc tensiuni electromotoare formnd un sistem trifazat simetric. ntruct circuitele

rotorice sunt nchise, de-a lungul lor se stabilete un sistem trifazat (rotor bobinat) sau polifazat (rotor n

scurtcircuit) de cureni electrici.

Din interaciunea cmp magnetic inductor - cureni rotorici, rezult fore care acioneaz tangenial la

rotor, genernd fa de arborele mainii un cuplu electromagnetic.Rotorul este pus n micare cu o vitez unghiular , creia i corespunde o turaie n, n sensul

cmpului magnetic nvr-titor.

Fenomenul de inducie electromagnetic fiind condiionat de existena unei micri relative a cmpului

nvrtitor fa de rotor, e necesar ca viteza unghiular a rotorului s difere de viteza de sincronism, deci,

1.

Micarea relativ a rotorului fa de cmpul nvrtitor este descris de mrimea numit alunecare, s,

definit astfel:

1

1

1

1

n

nn

s

=

= . (4.13)

Pe baza relaiei de definiie a alunecrii se pot evidenia regimurile de funcionare ale mainii asincrone

Fig.4.5.

Fig.4.5. Regimurile de funcionare a mainii asincrone.

n regim de motor, pentru ca maina s dezvolte cuplu electromagnetic, trebuie ndeplinit condiia: 0


9/13


Prin compunerea cmpului inductor cu cmpul de reacie, n ntrefier se obine un flux magnetic

rezultant, generator de cuplu electromagnetic i care induce n nfurrile statorice tensiuni electromotoare

avnd frecvena egal cu cea a reelei de alimentare.

Din principiul de funcionare se constat o asemnare fenomenologic ntre maina asincron i

transformatorul electric trifazat, de aceea se poate spune c, maina asincron, numit i main de

inducie, se comport ca un transformator dinamic, generalizat.

4.3. Masina sincron

Maina sincron este o main de curent alternativ a crei turaie este constant, indiferent de regimul

de funcionare (stabilizat) i independent de valoarea sarcinii (n limite normale). Turaia este cea de

sincronism i este legat riguros de frecvena f a reelei de curent alternativ la care este cuplat maina.

Mainile sincrone pot funciona n dou regimuri de baz, ca generatoare i ca motoare.

n regimul de generator, maina transform puterea mecanic, primit pe la arbore de la un motor

auxiliar, n putere electric, debitat ntr-o reea de curent alternativ. n regimul de motor, maina transform

puterea electric, primit de la o reea de curent alternativ, n putere mecanic, cedat pe la ar-bore unei

instalaii mecanice.

Un alt regim posibil de funcionare a mainii sincrone este acela de compensator al factorului de putere.

Regimul de compensator nu este ns un regim de baz distinct, ci un regim de motor funcionnd n gol.

Cea mai larg rspndire o are maina sincron n regim de generator sincron trifazat, folosit n

prezent, n exclusivitate, n toate centralele electrice de mare putere.

Motoarele sincrone se utilizeaz n instalaiile la care este necesar meninerea turaiei riguros

constant i un factor de putere bun la turaii mici.

Compensatoarele sincrone se folosesc pentru compensarea puterii reactive n sistemele

electromagnetice.

Regimul de funcionare a unei maini sincrone se caracte-rizeaz prin mrimile nominale nscrise peplcua ei indicatoare:

- regimul de funcionare (generator, motor, compensator);

- puterea: la generatoare puterea aparent la borne, n kVA sau MVA, sau puterea activ la borne,

n kW sau MW; la motoare puterea mecanic la arbore, n kW; la compensatoare puterea reactiv la

borne, n kVar sau MVar, n regim supraexcitat;

- curentul de linie n A sau kA;

- tensiunea de linie n V sau kV;

- factorul de putere;

-

numrul de faze;- conexiunea nfurrilor indusului;

- frecvena n Hz;

- tensiunea de excitaie la funcionarea n gol i n regimul nominal;

- curentul de excitaie nominal i curentul de excitaie maxim admisibil, n A sau kA.

De remarcat c, spre deosebire de transformator, la maina sincron sarcina admisibil nu este

caracterizat numai prin puterea aparent ci i prin factorul de putere, deoarece acesta determin valoarea

puterii de excitaie.

La maina sincron, armtura inductoare, n general rotorul, posed o nfurare (de excitaie)

alimentat n curent continuu, iar armtura indusului, n general statorul, este echipat cu nfurarea de

curent alternativ.

65


10/13


La mainile de puteri mici (sub 50 kVA), sau la maini cu destinaie special, se utilizeaz i construcia

invers (indusul - rotor i inductorul - stator).

Dup forma inductorului, se deosebesc: maini cu poli necai, utilizate n special la turaii mari (3000

10.000 rot/min) i maini cu poli apareni, folosite la turaii mici (de obicei sub 1500 rot/min).

Generatorul sincron se mai denumete, dup felul motorului de antrenare: turbogenerator, cnd motorul

este o turbin cu aburi sau cu gaze, de turaie mare i hidrogenerator, cnd motorul primar este o turbinhidraulic.

Turbogeneratoarele se realizeaz de obicei ca maini bipolare, cu poli necai, cu axul orizontal;

hidrogeneratoarele se construiesc numai cu poli apareni i de obicei cu axul vertical.

Generatoarele sincrone antrenate de motoare termice (motoare Diesel sau turbine cu gaze de turaie

joas) se realizeaz cu poli apareni i cu axul orizontal.

Motoarele sincrone, la puteri medii i mari, se construiesc de obicei cu poli apareni.

Compensatoarele sincrone se realizeaz de obicei ca maini cu poli necai sau apareni, la turaii de

1000 rot/min sau 1500 rot/min.

Statorulmainii este alctuit din:

- partea activ - miezul feromagnetic i nfurarea statoric plasat n crestturi;

- partea inactiv - carcasa, scuturile cu lagre, sistemul de ventilaie, etc.

Miezul statoric al mainii sincrone este construit din tole de oel electrotehnic, izolate ntre ele i

prezint, la periferia dinspre rotor, crestturi (de diferite forme), n care sunt plasate bobinele nfurrilor

trifazate de curent alternativ.

Carcasa se face uneori din font turnat, eventual cu nervuri pentru mrirea suprafeei de rcire, iar la

mainile de puteri mari ea se execut din oel - turnat sau din tabl roluit, sudat i ntrit cu profiluri de

oel.

Rotorul mainii sincrone poate fi cu poli apareni sau cu poli necai. Rotorul cu poli necai este

construit dintr-o roat polar (compus din butuc, brae, prag) pe care se fixeaz polii mainii (compui din

miezul polar i piesa polar). La mainile de puteri mici, braele roii polare pot lipsi.

Forma piesei polare este astfel realizat nct s se obin o distribuie a cmpului magnetic n ntrefier

ct mai apropiat de o sinusoid. n piesele polare se prevd crestturi (Fig.4.6.a) pentru plasarea barelor

coliviei de amortizare. Barele sunt scurtcircuitate la ambele capete prin segmente inelare care se aeaz

numai n lungul arcului polar sau de jur mprejur.

Bobinele polare de excitaie se efectueaz din band de cupru sau conductor rotund.

.

Fig.4.6. Pol aparent (a) i rotor cu poli necai (b)

La periferia rotorului mainilor cu poli necai, pe un numr par de poriuni ale circumferinei acestuia,sunt prevzute crestturile n care se aeaz nfurarea de excitaie (Fig.4.6.b). Fixarea nfurrilor n

crestturi se face cu ajutorul penelor, iar fixarea prilor frontale cu ajutorul unor bandaje puternice.

66


11/13


Pe axul rotorului sunt dispuse, n general, dou inele la care se conecteaz capetele nfurrii de

excitaie; periile, care calc pe inele, asigur legtura dintre sursa de curent continuu i nfurarea de

excitaie.

Sursa de curent continuu este fie o main excitatoare fie o instalaie de excitaie. Excitatoarea sau

instalaia de excitaie fac parte dintr-un sistem de excitaie care asigur funciuni multiple de reglaj i deprotecie. Sistemul de excitaie are un rol semnificativ n comportarea ansamblului generator - motor de

antrenare n exploatare, avnd totodat i o pondere nsem-nat n costul total al agregatului (5-12%).

Principalele surse de excitaie ale generatoarelor sincrone sunt urmtoarele:

- excitatoare de curent continuu;

- excitatoare de curent alternativ i redresoare;

- autoalimentare de la bornele generatorului sincron prin intermediul transformatoarelor i

redresoarelor necomandate i comandate;

- alimentare de la o reea de tensiune constant, prin intermediul redresoarelor comandate.

Sistemul de excitaie trebuie s ndeplineasc dou condiii importante:- vitez de rspuns mare - asigurarea creterii rapide a tensiunii la bornele nfurrii de excitaie a

generatorului;

- plafon ridicat al tensiunii de excitaie - 22,5 ori tensiunea de excitaie nominal, n vederea forrii

excitaiei n regimuri tranzitorii de curent.

4.4. Maina de curent continuu

n construcie clasic, maina de curent continuu se compune dintr-un inductor heteropolar, care

formeaz statorul mainii i un indus, care constituie rotorul.

Fig.4.7. Maina de c.c.

Statorul, partea imobila a masinii, ce joaca rol de inductor si care are ca elemente constructive principale:

1 carcasa (jugul statoric);

2 polii de excitatie mpreuna cu nfasurarea concentrata de c.c.(bobine);

3 poli de comutatie (auxiliari) cu nfasurarea concentrata corespunzatoare;

4 talpa de prindere;

5 rotorul, care joaca rol de indus, urmnd sa dam o scurta descriere a elementelor sale

constructive, ulterior;

6 perie.

67


12/13


Carcasa (jugul statoric) reprezinta partea imobila pe care se fixeaza polii de excitatie si cei de comutatie.

La masinile de putere mai mare dect cteva sute de wati, carcasa si jugul statoric (care serveste drept

drum de nchidere a fluxului magnetic inductor), reprezinta aceeasi piesa constructiva. Pentru a oferi fluxului

magnetic o reluctanta ct mai mica, carcasa se construieste din fonta sau otel turnat, uneori din tabla groasa

de otel sudata.

Statorul este echipat cu 2p poli inductori, denumii poli principali. n construcie normal, miezulferomagnetic al polilor inductori este realizat din oel masiv sau tole de tabl feromagnetic, cu grosimea de

0,52 mm asamblate mpreun prin buloane de strngere nituite. Miezul feromagnetic al polilor inductori,

confecionat din tole, se execut uor i prezint avantaje n funcionare, prin faptul c pierderile

suplimentare de suprafa, datori-t pulsaiilor cmpului magnetic, sunt mai reduse dect n cazul folosirii

pieselor polare masive.

Pe miezul polilor inductori sunt aezate bobinele de excitaie, realizate din conductor de Cu, izolat cu

email, bumbac, fibre de sticl, etc.

Bobinele sunt conectate n serie, astfel nct polii de un nume s alterneze la periferia armturii cu polii

de nume contrar, pentru a se obine un inductor heteropolar.La mainile de puteri mijlocii i mari ntre polii inductori se aeaz polii de comutaie, denumii i poli

auxiliari; grosimea miezului polilor auxiliari este mai mic dect la polii principali. Polii auxiliari se realizeaz,

de asemenea, din oel masiv sau din tole. Pe miezul lor sunt aezate bobine realizate cu conductor de cupru

izolat; bobinele sunt conectate n serie, astfel nct polii de comutaie s formeze, de asemenea, un sistem

heteropo-lar.

Mainile de puteri mari i foarte mari, precum i mainile destinate acionrilor electrice rapide, se mai

echipeaz cu o nfurare de compensaie, aezat n crestturile prevzute n acest scop, n piesele polare

ale polilor principali.

nfurarea de compensaie se conecteaz n serie cu indusul i are rolul de a compensa reacia

acestuia.

Jugul inductorului se execut din oel turnat sau din produse laminate din oel (tabl sau eav).

Lungimea axial a jugului inductor este mai mare dect lungimea polului inductor. n acest fel, jugul

ndeplinete i rolul de carcas, protejnd mecanic prile frontale ale nfurrilor statorului.

Pe carcas sunt prevzute elementele constructive comune tuturor mainilor electrice: cutia de borne,

plcua indicatoare, borna de legtur la mas, dispozitivele de ridicare, tlpile de fixare etc.

n prile frontale, statorul este echipat cu dou scuturi port-lagre pentru susinerea i centrarea

rotorului.

Sistemul de perii colectoare este aezat ntr-unul din scuturile frontale i se compune din colierul

periilor, de care se fixeaz tijele portperiilor, portperiile i periile. Periile se realizeaz din electrografit; lamainile cu tensiunea nominal la bornele indusului pn la 24 V, periile se execut din cupru grafitat.

Rotorul constituie indusul mainii; miezul feromagnetic al acestuia este realizat din tole tanate din

tabl silicioas normal aliat, de 0,5 mm grosime, izolate ntre ele. La periferia tolelor sunt tanate crestturi

repartizate uniform; tolele sunt mpachetate fie direct pe axul mainii, fie pe butucul rotorului. Pentru a

asigura o bun rcire a rotorului, miezul feromagnetic poate fi prevzut cu canale axiale, n partea interioar,

ntre jug i ax.

nfurarea indusului este o nfurare repartizat, nchis, construit n dou straturi. nfurarea se

execut din conductor de cupru izolat cu bumbac i se impregneaz; conductorul se poate izola i cu fibr

de sticl, folii sau benzi pe baz de mic, n funcie de clasa de izolaie a mainii. nfurarea esteaezat n crestturile prevzute la periferia indusului i este racordat la lamelele colectorului.

68


13/13


Colectorul este format din lamele conductoare, tanate din band de cupru de profil trapezoidal i

izolate ntre ele cu lamele izolante din micanit. Lamelele sunt asamblate mpreun pe un butuc i sunt

izolate fa de acesta cu ajutorul unor conuri de micanit; fixarea lamelelor pe butuc se face prin sistemul

coad de rndunic.

n partea exterioar, lamela de cupru prezint un stegule la care se conecteaz captul de sfrit al

unei secii i captul de nceput al seciei succesive n circuitul electric al nfurrii, sau o priz a nfurriiindusului.

Maina de curent continuu se construiete pentru puteri nominale ncepnd cu ordinul zecilor de wai

pn la puteri de ordinul miilor de kilowai, ntr-o gam larg de turaii, cu tensiunea nominal pn la

15002000 V.

Maina de curent continuu se utilizeaz n regim de generator n instalaiile de producere a energiei

electrice n curent continuu: pe locomotivele diesel-electrice, n grupurile de conversie a frecvenei, n

instalaiile de re-dresare a curentului alternativ.

Datorit caracteristicilor de funcionare deosebit de favorabile acionrilor electrice, maina de curent

continuu se utilizeaz, n regim de motor, n traciunea electric (feroviar i de transport urban depersoane), n acionarea ascensoarelor de min, a laminoarelor, etc.

Dup tipul excitaiei i modul de conectare a nfurrilor de excitaie, mainile de curent continuu se

clasific n felul urmtor (vezi Fig.4.8):

A) Maini cu o singur nfurare de excitaie, care poate fi alimentat:

1. de la o surs separat (independent);

2. n derivaie (paralel) fa de nfurarea rotorului;

3. n serie cu nfurarea rotorului.

B) Maini cu mai multe nfurri de excitaie, care pot fi alimentate:

1. de la bornele nfurrii rotorului, n serie i deri-vaie (excitaie mixt);

2. de la surse separate i de la bornele nfurrii rotorului, n cazul unor maini speciale.

Fig.4.8. Posibiliti de excitare a mainilor de curent continuu:

a) cu excitaie independent; b) cu excitaie derivaie; c) cu excitaie serie; d) cu excitaie mixt.

69

Circuite Electrice Cap 4

Documents

Transcript of Circuite Electrice Cap 4