Convertoare electromecanice

Maşini electrice speciale

1 Convertoare electromecanice – Curs şi aplicaţii

Unitatea de învăţare nr. 1 Maşini electrice speciale Cuprins Pagina

Obiectivele unităţii de învăţare nr. 1

1.1 Maşini electrice speciale

1.2 Maşini electrice amplificatoare

1.3 Amplidina

1.4 Amplificatoare statice

Lucrare de verificare – unitatea de învăţare nr. 1

Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluare

Bibliografie – unitatea de învăţare nr. 1



OBIECTIVELE unităţii de învăţare nr. 1

Principalele obiective ale Unităţii de învăţare nr. 1 sunt:

• Familiarizarea cu maşinile electrice speciale

1.1 Maşini electrice speciale

Sunt maşini electrice care au o altă construcţie, alt principiu de funcţionare şi

alte scopuri decât maşinile electrice obişnuite ( transformatoare – folosite la transportul

şi distribuţia energiei electrice, motoare – folosite pentru acţionările electrice,

generatoare – folosite la producerea energiei electrice).

Astfel maşinile electrice speciale sunt folosite ca:

- elemente de execuţie în sistemele automate (aceste se numesc servomotoare);

- elemente pentru măsurări de tensiune şi curent (transformatoare de măsură);

- traductoare de viteză (tahogeneratoarele);

- traductoare de poziţie (selsine);

- amplificatoare (amplificatoare magnetice, maşini electrice amplificatoare);

- surse pentru sudare (transformatoare, generatoare), etc.

Dintre principalele cerinţe pe care trebuie să le îndeplinească maşinile electrice

speciale se pot aminti următoarele:

- cuplu specific mare pentru servomotoare;

- inerţie electromagnetică cât mai mică, ceea ce înseamnă inductivitate cât mai mică

în raport cu rezistenţa circuitului;

- siguranţă în funcţionare (în special depinde de calitatea materialelor folosite);

- gabarit redus;

- precizie ridicată, etc.

1.2 Maşini electrice amplificatoare

In prezent maşinile electrice amplificatoare tind să fie înlocuite de

amplificatoarele electronice. Totuşi ele mai pot fi întâlnite în industrie în unele sisteme



de reglare automată (amplificatoare magnetice-AM, amplidine), sau în ateliere de

sudură (generatoare de sudare cu câmp transversal).

Maşinile electrice amplificatoare (MEA) sunt maşini electrice de curent continuu

speciale, utilizate în scopul amplificării unor semnale în curent continuu de foarte mică

putere în comparaţie cu putere electrică dezvoltată de ele.

Structura unei maşini amplificatoare constă din următoarele elemente:

- circuitul de intrare a semnalului (A);

- convertizorul mecano-electric (B);

- circuitele de control şi reacţie (C);

MEA se caracterizează prin factorul de amplificare în putere kp ce reprezintă raportul

dintre puterea electrică debitată şi puterea electrică de comandă şi constanta de timp

T , care defineşte viteza de răspuns a maşinii la semnalul de comandă primit pe

excitaţie.

Dintre cele mai folosite în practică, amintim maşinile amplificatoare cu câmp

transversal(MEAT).

Aceste maşini sunt realizate astfel încât prezintă câte două perechi de perii

pentru fiecare pereche de poli (longitudinale –L şi transversale –T).

Principiul de funcţionare a MEAT se bazează pe apariţia fluxului transversal Φt

,produs de către curentul It cauzat la rândul său de tensiunea electromotoare care

apare la periile transversale când rotorul se învărte în câmpul produs de înfăşurarea

de comandă ΦE . Datorită fluxului transversal şi rotorului care se învârte în acest

câmp, va apare şi la periile longitudinale o tensiune Ul. Dacă se conectează o sarcină

la aceste borne atunci va circula prin aceasta un curent Il. Acest curent va produce şi

el un flux de reacţie longitudinală Φl.



MEAT se construiesc în două variante (fig.6.3.): compensate (a) sau

necompensate (b). Pentru deducerea caracteristicii vom pleca de la cazul existenţei

înfăşurării de compensare.

Tensiunea electromotoare indusă de fluxurile longitudinale (care apare la periile

transversale) se poate scrie:

UeT=kEIE-klIl+kklIl (1); unde kEIE – reprezintă tensiunea datorată fluxului înfăşurării de

excitaţie, klIl – reprezintă tensiunea datorată fluxului de reacţie longitudinal dat de

curentul ce trece prin periile din axa longitudinală şi prin sarcină, kkEIE - tensiunea

datorată fluxului înfăşurării de compensare care este funcţie de gradul de compensare

k (k=0 – necompensat, k=1- compensat total) şi de fluxul de reacţie longitudinal. Dacă

în (1) înlocuim IE=UE/RE putem determina curentul la periile transversale:

lT

lE

TE

E

T

llE

EE

T

eTT I

RK

kURRk

R

IkkRUk

RU

I )1()1(

−−=−−

== (2);

Dacă se notează coeficientul de amplificare în tensiune kU cu: TE

TEU RR

kkk =,

unde kT este o constantă a circuitului transversal, atunci putem scrie curentul

transversal: l

T

le

T

UT I

RkkU

kk

I )1( −−= (3).



Tensiunea la periile longitudinale (de ieşire) se poate scrie: llTTl IRIkU −= (4), unde kTIT

reprezintă tensiunea datorată fluxului transversal iar RlIl este căderea de tensiune în circuitul

exterior.

Înlocuind (3) în (4) rezultă ll

T

TlEUl IR

RkkkUkU ))1(( +

−−=

(5), care reprezintă

caracteristica exterioară a MEAT.

Discuţii:

- dacă k=1, avem compensare totală – cazul amplidinei, şi atunci llEUl IRUkU −= ;

- dacă k=0, avem maşină necompensată – cazul metadinei şi atunci ne rezultă

llT

TlEUl IR

RkkUkU )( +−=

;

1.3 Amplidina

Este o masina electrica amplificatoare cu camp transversal (MEAT), prevazuta cu

infasurare de compensatie. Ea prezinta un factor de amplificare in putere ridicat

(1000…10000,uneori chiar mai mare) si constante de timp reduse, fiind cea mai raspandita

masina electrica amplificatoare.

Amplidina are minim doua infasurari de comanda (excitatie), dispuse pe o singura

pereche de poli de constructie speciala, sectionati in axa longitudinala, indusul este identic cu

cel al masinii de curent continuu, avand un sens de rotatie fixat de constructor si indicat

printr-o sageata pe stator. Pe colector sunt doua perechi de perii, astfel:



- o pereche in axa transversala, legate in scurtcircuit (prin ele circula Iq);

- o pereche in axa longitudinala, de la care se culege tensiune de iesire Ue.

Folosirea amplidinei in sistemele de reglare automata prezinta urmatoarele

caracteristici:

- realizarea unor unitati cu putere de iesire ridicata;

- timp scurt de intrare in functiune;

- sensibilitate redusa la variatia tensiunii de alimentare;

- constructie robusta si cheltuieli de intretinere mici.

Schema electrica echivalenta a amplidinei

IT

A

Ex C D K

IE

B

R Il UE

B

Ul

Daca

infasurarea de excitatie (comanda) este alimentata cu tensiune UE, in circuit va circula

curentul IE care produce fluxul de excitatie ΦE. La rotirea indusului in acest camp, in

infasurarea ce se inchide prin periile transversale se va induce o tensiune

electromotoare UT, ce va da nastere la curentul IT. Acest curent va produce un camp

transversal ΦT ( polii fictivi in A si B), care la randul sau va produce la periile C si D o

tensiune electromotoare Ul. La functionarea in sarcina , prin rotor va circula curentul

Il.Intrucat curentul Il produce un camp de reactie demagnetizant-Φl ( opus campului

produs de infasurarea de comanda - ΦE),se va mai trece acest curent printr-o

Φk

ΦE

Φl

ΦT



infasurare de compensatie k care va produce un camp -Φk, de sens opus celui de

reactie longitudinal Φl.

Se construiesc în două variante: cu poli proeminenţi sau cu poli plini. În ambele

variante se prevăd cu poli suplimentari pentru îmbunătăţirea comutaţiei.



1.4 Amplificatoare statice

Amplificatoarele de putere statice pot fi de curent continuu sau alternativ, şi

folosesc ca elemente de forţă semiconductoare de putere comandate de tipul

tranzistor, tiristor sau triac.

Aceste amplificatoare sunt caracterizate de facorul de amplificare KA şi

respectiv de constanta de timp TA.

In regim staţionar, factorul de amplificare este dat de raportul mărimea de

ieşire şi cea de intrare (curent, tensiune, putere).

i

eA U

UK =

.

Deoarece amplificatoarele reale nu sunt liniare, atunci se defineşte un

factoe de amplificare într-un punct oarecare astfel:

i

eA U

UK

∆∆

=, sau la limită i

eA dU

dUK =

.

De reţinut! Amplificatoarele de putere statice pot fi de curent continuu sau

alternativ, şi folosesc ca elemente de forţă semiconductoare de putere

comandate de tipul tranzistor, tiristor sau triac

Amplidina

Este o masina electrica amplificatoare cu camp transversal (MEAT),

prevazuta cu infasurare de compensatie. Ea prezinta un factor de

amplificare in putere ridicat (1000…10000,uneori chiar mai mare) si

constante de timp reduse, fiind cea mai raspandita masina electrica

amplificatoare.

Maşinile electrice speciale sunt folosite ca:



- elemente de execuţie în sistemele automate (aceste se numesc

servomotoare);

- elemente pentru măsurări de tensiune şi curent

(transformatoare de măsură);

- traductoare de viteză (tahogeneratoarele);

- traductoare de poziţie (selsine);

- amplificatoare (amplificatoare magnetice, maşini electrice

amplificatoare);

- surse pentru sudare (transformatoare, generatoare), etc.

Teoremele lui Kirchhoff– Aspecte generale

1 Teoria circuitelor electrice – Curs şi aplicaţii

Unitatea de învăţare nr. 2 Masini electrice speciale Cuprins Pagina


2.1 Regulatorul cu amplidină pentru reglarea regimului de lucru la

cuptoarele cu arc

2.2 Generatorul de sudare cu câmp transversal

2.3 Transformatoare pentru sudarea cu arc electric

2.4 Transformatorul cu şunt magnetic reglabil








• Familiarizarea cu • Înţelegerea noţiunilor de • Sublinierea aspectelor practice • Recunoaşterea ... • Aplicarea cu succes a unor elemente simple de calcul

2.1 Regulatorul cu amplidină pentru reglarea regimului de lucru la cuptoarele cu arc

Schema simplificată a unui astfel de regulator este prezentată în figura

următoare:

La cuptoarele cu arc problema care trebuie rezolvată este aceea de a menţine

constant regimul de lucru, adică tensiunea între electrod şi baia de metal şi respectiv

curentul, care depinde de lungimea arcului. Altfel spus trebuie reglată distanţa dintre

electrod şi baia metalică. Această distanţă poate varia între două limite extreme,

astfel: o distanţă mai mare ca distanţa maximă de menţinere a arcului- caz în care

tensiunea este maximă şi curentul zero, respectiv electrodul în contact cu baia de

metal, când curentul este maxim şi tensiunea zero. Funcţionarea cuptorului are loc



pentru o lungime a arcului cuprinsă între aceste două extreme, deci permanent trebuie

comparate două semnale, unul ce depinde de tensiune cu unul ce depinde de curent.

Semnalele proporţionale cu tensiunea şi curentul, date de redresoarele RC şi RT se

compară şi diferenţa lor se aplică pe înfăşurarea de comandă IE a amplidinei. Dacă la

un moment dat electrozii sunt ridicaţi şi se aplică tensiunea pe cuptor, la redresorul de

curent RC nu există tensiune, iar la cel de tensiune RT, tensiunea este maximă, astfel

că pe înfăşurarea de comandă a amplidinei se aplică semnal maxim, deci la bornele

amplidinei rezultă tensiune continuă care se aplică motorului de curent continuu, astfel

încât acesta acţionează într-un astfel de sens (asupra mecanismului de execuţie) încât

să apropie electrozii de baia metalică. Când electrodul atinge şarja, tensiunea la

redresorul RT dispare, în schimb cea la redresorul de curent RC este maximă, astfel

curentul în înfăşurarea de comandă IE a amplidinei are sens contrar celui precedent şi

amplidina va polariza invers motorul de c.c. care va acţiona în sensul ridicării

electrodului.Funcţionarea este stabilă când avem echilibru între tensiunea de pe

redresorul circuitului de curent RC şi tensiunea de pe redresorul RT. Înfăşurarea IR

accelerează oprirea motorului, prin micşorarea tensiunii produse de fluxul remanent al

indusului amplidinei şi se alimentează de la înfăşurarea transformatorului de

stabilizare TS.

2.2 Generatorul de sudare cu câmp transversal

Cerinţele care se impun surselor de alimentare la sudarea electrică cu arc sunt:

- Să aibă posibilitatea reglării în limite largi a curentului de sudare;

- Să aibă o caracteristică exterioară coborâtoare, ceea ce asigură un curent

aproximativ constant la diferite lungimi ale arcului. Un alt avantaj al acestei

caracteristici căzătoare este faptul că şi pentru regimul de scurtcircuit curentul este

apropiat de cel nominal de lucru;

- Comportarea dinamică a surselor de sudare trebuie să asigure o restabilire rapidă

a tensiunii la dispariţia scurtcircuitului;



U

L1>L2

L2 L1,L2 –lungimi ale arcului;

I

Caracteristică exterioară căzătoare

Principiul de funcţionare al generatorului de sudare cu flux transversal se

bazează pe producerea unui câmp important de reacţie a indusului după axa

transversală a maşinii, prin scurcircuitarea periilor din axa transversală şi construirea

unor tălpi polare foarte dezvoltate, care ajută la închiderea fluxului transversal.

Miezul polilor şi jugul statoric au o secţiune redusă, saturându-se relativ repede.

Alimentarea circuitului de sudare se face de la periile din axa longitudinală, tot de aici

alimentându-se şi înfăşurarea de excitaţie serie. La funcţionarea în sarcină, după axa

polilor, mai apar două tensiuni magnetomotoare: una magnetizantă produsă de

înfăşurarea de excitaţie serie, şi una demagnetizantă produsă de curentul de sarcină

datorită reacţiei indusului. Fluxul dat de înfăşurarea serie se4 închide prin miezurile



polilor şi jugul statoric care se saturează rapid. Din acest motiv, tensiunea la borne nu

mai creşte de la o anumită valoare a curentului de sarcină. În schimb fluxul de reacţie

longitudinală tinde să reducă tensiunea la bornele periilor principale, cu atât mai mult

cu cât este mai mare curentul de sarcină, asigurându-se astfel o caracteristică

exterioară căzătoare.

În figura de mai jos se prezintă un generator de sudare cu câmp transversal cu

dop. Prin modificarea poziţiei dopului se modifică reluctanţa magnetică a miezului,

saturarea acestuia având loc la curenţi mai mici sau mai mari, reglându-se astfel

regimul de sudare.

La generatorul prezentat în figura precedentă înfăşurarea de excitaţie este

repartizată pe ambii poli; numărul de spire ale bobinei de pe polul superior este

reglabil şi este mai mare decât numărul de spire al bobinei de pe polul inferior care

este nereglabil. Pentru îmbunătăţirea comutaţiei, sub periile de lucru maşina este

prevăzută cu poli auxiliari de comutaţie plasaţi în crestături în mijlocul tălpilor polare.

Domeniile de reglare pot fi extinse prin modificarea numărului de spire ale înfăşurării

de excitaţie serie.

Avantajele generatoarelor de sudare cu câmp transversal:

- modificarea continuă, fără pierderi şi fără contacte electrice, a regimului de sudare;

- caracteristici dinamice bune, restabilirea rapidă a tensiunii după scurtcircuit;

- caracteristici exterioare statice favorabile (căzătoare).



Caracteristica externă

2.3 Transformatoare pentru sudarea cu arc electric

Sursele de sudare în c.a. sunt transformatoare speciale cu caracteristică

căzătoare şi care au o tensiune de mers în gol de 50...60V. Curentul de scurtcircuit

(apropiat de cel nominal) este în general de la 150...600A.

Sudura realizată în curent alternativ este de o calitate mai slabă decât cea în

curent continuu datorită stingerii arcului la trecerea prin zero a curentului.Pentru a

îmbunătăţii calitatea sudurii trebuie defazat cât mai mult curentul faţă de tensiune,

astfel că la trecerea prin zero a curentului, tensiunea să aibă deja o valoare suficient

de mare ca arcul să se reaprindă imediat.

In circuitul de sudare se intercalează o bobină cu miez de fier care pe lângă

rolul de a permite arderea continuă a arcului determină o scădere pronunţată a

tensiunii odată cu creşterea curentului.

Această bobină poate avea un miez separat sau poate fi amplasată pe acelaşi

miez cu transformatorul.



Pentru bobinele din figura precedentă, modificarea reactanţei se realizează prin

modificarea întrefierului. O altă modalitate de a modifica reactanţa bobinei este acea de a

premagnetiza în curent continuu circuitul magnetic al acesteia.

2.4 Transformatorul cu şunt magnetic reglabil

Cele două înfăşurări ale transformatorului sunt amplasate pe aceeaşi coloană,

iar înfăşurarea bobinei se află pe cealaltă coloană şi este conectată în serie adiţional cu cea

secundară. Între cele două coloane se află un şunt magnetic, format dintr-un pachet de tole a

cărui secţiune de trecere a fluxului se modifică prin deplasare şuntului într-un plan

perpendicular pe cel al desenului. La funcţionarea în gol, prin şuntul magnetic se închide un

flux nesemnificativ indiferent de poziţia şuntului, bobina contribuind la mărirea tensiunii



secundare de mers în gol a transformatorului. La funcţionarea în sarcină, solenaţia bobinei

balast se opune închiderii fluxului prin această bobină, astfel ca o parte mai mare sau mai

mică – în funcţie de poziţia şuntului – a fluxului se închide prin şunt. Tensiunea bobinei

scade şi astfel scade tensiunea totală secundară a transformatorului odată cu creşterea

curentului, asigurându-se o caracteristică căzătoare. Domeniul curenţilor poate fi extins prin

modificarea numărului de spire al înfăşurării secundare şi al bobinei balast, asigurându-se un

număr total de spire cât mai constant pentru a nu se modifica tensiunea de mers în gol.

De reţinut! Cerinţele care se impun surselor de alimentare la sudarea electrică cu

arc sunt:

- Să aibă posibilitatea reglării în limite largi a curentului de

sudare;

- Să aibă o caracteristică exterioară coborâtoare, ceea ce asigură

un curent aproximativ constant la diferite lungimi ale arcului.

Un alt avantaj al acestei caracteristici căzătoare este faptul că

şi pentru regimul de scurtcircuit curentul este apropiat de cel

nominal de lucru;

- Comportarea dinamică a surselor de sudare trebuie să asigure

o restabilire rapidă a tensiunii la dispariţia scurtcircuitului;





3.1 Tahogeneratoare

3.2 Tahogeneratoare sincrone

3.3 Tahogeneratoare asincrone

3.4 Tahogeneratoare de curent continuu








• Familiarizarea cu regimuri de functionare a masinilor electrice speciale

3.1 Tahogeneratoare

Tahogeneratoarele sunt masini electrice speciale a căror tensiune la borne este

proporţională cu viteza lor instantanee de rotaţie: Ue=keΩ=kn.

Fiind deci antrenate de o maşină (dispozitiv ) a carui turaţie trebuie măsurată şi

furnizând la borne o tensiune proporţională cu această turaţie, însemnă că ele

lucrează în regim de generator. Întrucâ furnizează la borne o tensiune, ele sunt legate

la un voltmetru care este etalonat direct în unităţi de turaţie (rot/min), voltmetru cu o

rezistenţă internă mare.

Regim indicator

Tahogeneratorul şi voltmetrul se împerechează în fabrică.

Sistem de reglare automată a turaţiei cu tahogenerator

n-turatie n*-turatie prescrisa

masurata

comanda semnal de eroare

motor

După principiul lor de funcţionare, tahogeneratoarele se împart în:

- tahogeneratoare sincrone;

motor tg

V

motor tg



- tahogeneratoare de c.c.;

- tahogeneratoare asincrone;

In ordinea de mai sus creşte şi pretul lor, ca de altfel şi acurateţea acurateţea.

Cele mai ieftine şi mai puţin precise - cele sincrone, cele mai scumpe şi mai

precise – cele asincrone.

Tahogeneratoarele sunt afectate de erori care pot fi de fază şi de amplitudine,

cauzele acestor erori fiind următoarele:

- căderea de tensiune interioară şi la perii;

- reacţia indusului;

- reactanţele inductive şi capacitive ale circuitului de ieşire;

- încălzirea maşinii;

- îmbătrânirea şi modificarea în timp a caracteristicilor magneţilor permannenţi.

Pentru tahogeneratoarele utilizate în automatizări în sisteme mai puţin

pretenţioase se admit erori de 2%, în cazuri speciale impunându-se valori de 0,1%

pentru erorile de amplitudine şi de 30’ pentru erorile de fază, performanţe care pot fi

realizate doar de tahogeneratoarele asincrone cu corecţii de fază, amplitudine şi

termică.

3.2 Tahogeneratoare sincrone

Sunt cele mai simple tipuri constructive de tahogeneratoare, având un stator

confecţionat din tole electrotehnice, cu crestături în care este plasată o înfăşurare

monofazată. Rotorul este multipolar, confecţionat din magneţi permanenţi, fig.1 (cel

mai adesea), sau în construcţie specială, fig.2, având rotorul tip gheară, permiţând o

excitaţie fără contacte, amplasată tot pe stator.

Fig.1 Fig.2



Rotor tip gheara

Tensiunea electromotoare de mers în gol la un generator sincron este:

tfNke mw ωφπ sin2= , cu valoarea efectivă

Ω== emw kfNkE φπ 2 proporţională cu viteza de rotaţie.

La funcţionarea pe o impedanţă de sarcină Zb, au loc abateri de la această

linearitate, pe de o parte datorită reacţiei indusului şi a căderii de tensiune ohmică, iar

pe de alta, datorită faptului că de viteză, respectiv frecvenţă depind şi reactanţele

inductive proprii din circuitul indusului cât şi din circuitul exterior. Datorită acestui fapt,

odată cu variaţia vitezei se moidifică şi alura caracteristicii externe a generatorului şi

ca urmare dispare liniaritatea dintre tensiunea de ieşire şi viteză, putând să apară erori

inadmisibil de mari. Ca urmare tahogeneratoarele sincrone sunt rar utilizate în

sistemele automate, cel mai adesea fiind utilizate ca indicatoare de viteză.

3.3 Tahogeneratoare asincrone

Tahogeneratorul asincon cu rotorul pahar din material nemagnetic se

caracterizează prin independenţa frecvenţei de ieşire de viteza unghiulară a rotorului

şi prin erori foarte reduse de amplitudine şi fază, având o largă răspândire în sistemele

de automatizări.



Din punct de vedere constructiv, au un rotor pahar din aluminiu, iar pe stator în

crestături se plasează două înfăşurări în cvadratură. Aceste înfăşurări pot fi plasate fie

împreună pe statorul exterior(1), fie una pe cel exterior - una pe cel interior (2), fie

împreună pe cel interior(3).

(1)



(2),(3)

Una din înfăşurări, cea de excitaţie, este alimentată de la o sursă monofazată

de tensiune alternativă(50 sau 400 Hz), la bornele celeilalte înfăşurări rezultând o

tensiune proporţională cu viteza n de antrenare.

Principiul de funcţionare al acestui tahogenerator se explică presupunând că

rotorul pahar se înlocuieşte printr-un rotor echivalent în colivie. Atunci când rotorul stă,

câmpul pulsatoriu fix, cu repartiţie sinusoidală în spaţiu şi variaţie sinusoidală în timp

produs de înfăşurarea de excitaţie induce în rotor tensiuni electromotoare care la un

moment dat au sensurile din figura 2.a. Cum rotorul este în scurtcircuit, iar rezistenţa

coliviei echivalente este foarte mare, se pot considera curenţii în fază cu tensiunile

induse, curenţi care evident vor provoca un câmp pulsatoriu fix, având axa de simetrie

aceeaşi cu a înfăşurării de excitaţie. Astfel acest câmp nu va induce tensiuni

electromotoare în înfăşurarea statorică situată în cvadratură, deci tensiune la borne va

fi zero.



În situaţia în care rotorul se învârte, atunci în el vor apare tensiuni

electromotoare de transformare (situaţia precedentă) precum şi tensiuni

electromotoare de rotaţie (prezentate separat în figura 2b) care au o amplitudine direct

proporţională cu viteza de rotaţie. Curenţii produşi de aceste tensiuni electromotoare

vor produce la rândul lor un câmp magnetic pulsatoriu fix în spaţiu a cărui axă coincide

cu axa înfăşurării statorice situată în cvadratură faţă de cea de excitaţie. Acest câmp

pulsatoriu va induce în această înfăşurare o tensiune electromotoare a cărei

amplitudine depinde de turaţie, iar frecvenţa este dată de frecvenţa tensiunii de

excitaţie.

Şi tahogeneratoarele asincrone sunt afectate de erori care pot fi:

- erori funcţionale – tensiunea de ieşire nu este perfect liniară cu viteza(liniaritatea

creşte odată cu scăderea reactanţei de scăpări şi a rezistenţei înfăşurării de

excitaţie);

- erori datorate imperfecţiunilor constructive - apare astfel o tensiune electromotoare

suplimentară având două componente, una depinde de viteza de rotaţie şi una

independentă de aceasta – astfel chiar dacă rotorul este în repaus se poate ca la

bornele de ieşire să apară o tensiune, valoarea acesteia reprezentând un criteriu

de apreciere a preciziei traductorului de viteză;

- erori de temperatură – se modifică rezistenţa înfăşurărilor odată cu creşterea

temperaturii.

3.4 Tahogeneratoare de curent continuu

Sunt construite pe principiul generatorului de curent continuu, prezintă

avantajul lipsei erorilor de fază, tensiunea de ieşire nu depinde de caracterul sarcinii.

Au în schimb o construcţie mai complicată, sunt mai scumpe, necesită întreţinere

datorită uzurii periilor şi colectorului şi necesită utilizarea unor filtre de deparazitare.

Sunt cele mai utilizate traductoare de viteză în sistemele automate, fiind adesea

construite corp comun cu servomotorul a cărui viteză trebuie măsurată.

Tahogeneratoarele de c.c. se pot împărţi după modul de excitaţie astfel:

- cu excitaţie separată;

- cu magneţi permanenţi.



Cele cu excitaţie separată sunt tot mai rar utilizate, şi necesită o sursă d4e

tensiune constantă şi o compensare a temperaturii. Aceasta se poate face fie prin

saturarea circuitului inductor (fluxul este constant pentru o gamă largă a curentului de

excitaţie), fie folosind o sursă de curent constant.

În cazul utilizării magneţilor permanenţi se aleg acele aliaje a căror

sensibilitate în timp şi termică este cea mai bună, ca Alnico – coeficient reversibil de

scădere a inducţiei sub 0,01%/0C. Pentru a îmbunătăţi şi mai mult stabilitatea termică,

se prevăd structuri magnetice pentru tahogeneratoare, a căror stabilitate scade cu

temperatura. Aceste materiale sunt de tipul calmalloy, NI-Cu, termalloy.

Fig.

Compensarea influenţei încălzirii se bazează pe faptul că pe măsură ce

creşte temperatura, reluctanţa şunturilor creşte şi ca urmare fluxul de dispersie al

circuitului magnetic scade şi deşi inducţia remanentă a magnetului permanent scade,

fluxul principal rămâne practic constant.

Rotorul are o înfăşurare de tip ondulat plasată în crestături înclinate,

colectorul fiind cel clasic, periile sunt însă metalice pentru a reduce cât mai mult

căderea de tensiune la perii. Dacă situaţia impune se pot folosi şi rotoare de tip pahar

sau disc.



Din cauza numărului mic de lamele a colectorului, tensiunea de ieşire nu

este perfect continuă, având un caracter pulsator. Frecvenţa acestor pulsuri este

dependentă de numărul de lamele Z şi de turatie fT=nZ/60.

De reţinut!

Tahogeneratoarele sunt masini electrice speciale a căror tensiune la

borne este proporţională cu viteza lor instantanee de rotaţie:

Ue=keΩ=kn.

Tahogeneratoarele se împart în:

- tahogeneratoare sincrone;

- tahogeneratoare de c.c.;

- tahogeneratoare asincrone;

Tahogeneratorul asincon cu rotorul pahar din material nemagnetic se

caracterizează prin independenţa frecvenţei de ieşire de viteza

unghiulară a rotorului şi prin erori foarte reduse de amplitudine şi fază,

având o largă răspândire în sistemele de automatizări.

Tahogeneratoare de curent continuu sunt construite pe principiul

generatorului de curent continuu, prezintă avantajul lipsei erorilor de

fază, tensiunea de ieşire nu depinde de caracterul sarcinii

Masini electrice speciale




4.1 Servomotoare

4.2 Servomotoare de curent continuu

4.3 Caracteristicile mecanice ale servomotoarelor de c.c. comandate pe indus








• Familiarizarea cu regimuri si tipuri de servomotoare

4.1 Servomotoare Servomotorul electric are rolul de a transforma un semnal electric de comanda

într-un cuplu electromagnetic, respectiv într-o mişcare de rotaţie a arborelui său prin

care este antrenat mecanismul care realizează operaţia dorită. Astfel elee sunt incluse

în sisteme de reglare automată ca elemente de execuţie, lucrând în condiţii foarte

variate atât în ceea ce priveşte caracterul sarcinii cât şi viteza, puterea tensiunea şi

frecvenţa de alimentare.

Principalele calităţi pe care trebuie să le aibă servomotoarele sunt:

- să permită reglarea vitezei în limite foarte largi prin variaţia parametrilor

tensiunii de comandă (uneori până la 1:10000);

- cuplu electromagnetic mare de pornire;

- putere de comandă mică;

- viteză de răspuns mare;

- stabilitate şi siguranţă în funcţionare pentru întreaga gamă de viteze;

- liniaritatea caracteristicilor mecanice şi de reglaj;

- absenţa autopornirii;

- gabarit şi greutate mică, preţ de cost cât mai scăzut.

4.2 Servomotoare de curent continuu Se caracterizează prin posibilitatea reglării vitezei în limite foarte largi cu

ajutorul unor instalaţii relativ simple, prin caracteristici mecanice şi de reglaj liniare,

cuplu specific ridicat, capacitate de supraîncărcare mare, greutate specifică mică,

absenţa autopornirii, cuplu de pornire ridicat, moment de inerţie scăzut, constante de

timp electromecanice mici.



Marele lor dezavantaj este dat de prezenţa colectorului, a neliniarităţii contactului perie

colector, a fenomenelor de comutaţie şi a scânteilor la colector care produc paraziţi

radiofonici şi chiar semnale false în circuitele de comandă.

Se recomandă a fi folosite acolo unde se cere un reglaj continuu de viteză, atunci

când sarcina are un caracter variabil cu şocuri frecvente, dar acolo unde nu este pericol de

explozie.

După tipul constructiv se pot împărţi în trei categorii:

- cu rotor cilindric;

- cu rotor disc;

- cu rotor pahar.

1.1.Servomotoare cu rotor cilindric

Sunt cele mai apropiate de maşinile clasice şi pot fi cu excitaţie electromagnetică, cu

magneţi permanenţi sau hibride.

Cele cu excitaţie electromagnetică se construiesc pentru puteri mari, tendinţa fiind

aceea de a le înlocui cu cele cu magneţi permanenţi care au dimensiuni mai mici,

randamente mai bune şi răcirea mai bună.



Sisteme de excitaţie a servomotoarelor de c.c.

Magneţii permanenţi reprezintă materiale magnetice dure, pe când circuitul

feromagnetic este realizat din materiale magnetice moi. Materialele dure au Br

(inducţia magnetică remanentă) mare şi Hc (câmpul coercitiv) mare. Materialele

feromagnetice moi, utilizate la realizarea circuitelor magnetice în maşinile electrice, au

suprafaţa ciclului de histerezis redusă, deci şi pierderi datorate remagnetizării

succesive reduse (proporţionale cu suprafaţa ciclului de histerezis).

Materiale pentru MP:

1)AlNiCo – au Br=0,75...0,92T, Hc=58...132kA/m şi (BH)max=13,5...44kJ/m3.

2)Feritele – oxizi de fier(Fe2O3) şi stronţiu(SrO), sunt mai ieftine ca feritele. Au

Br=0,2...0,4 T, Hc=140...200kA/m, (BH)max=7...26kJ/m3.



3) Pământurile rare – Samariu-cobalt(SaCo), fier-niodium(FeNd). Sunt cele mai

scumpe,au Br=0,87...0,9T, Hc=660...1000kA/m, (BH)max=152kJ/m3 sau mai mult.

Caracteristica de demagnetizare si cea energetică pentru MP

Caracteristica de magnetizare la materiale magnetice

În cazul utilizării magneţilor de tip Alnico – care au inducţie magnetică

remanentă mare şi câmp coercitiv mic, polii se pot realiza direct din MP, iar pentru

reducerea efectului demagnetizant al reacţiei indusului se prevăd tălpi polare din oţel

electrotehnic (soluţie utilizată de firma Blocher).



Fig.Poli realizaţi din MP-alnico

Datorită câmpului coercitiv redus se folosesc MP de lungimi mari care uneori

sunt magnetizaţi cu ajutorul unor bobine speciale plasate în jurul MP.

Carcasa realizată din material feromagnetic foloseşte la închiderea liniilor

câmpului de excitaţie

Pentru material Alnico cu inducţii magnetice remanente mai scăzute şi cu câmp

coercitiv mai ridicat, magneţii permanenţi se plasează pe coardă, închiderea liniilor de

câmp nu se mai face prin carcasă.

Fig.MP-alnico, plasaţi între poli

Atunci când se utilizează feritele ca MP, datorită inducţiei magnetice remanente

mici şi a câmpului coercitiv mai mare, magneţii vor avea o lungime mai mică, maşina

un nr. de poli mai mare, iar funcţionarea va fi eficientă şi la întrefieruri mai mari



Fig.- Poli din MP-ferite

Fig. MP- ferite- plasaţi între poli

Utilizare MP din pământuri rare, cu energii magnetice maxime ridicate, conduce

la un volum scăzut de magnet, avantajos pentru servomotoarele mici. Acesti MP cu

Brem în jurul valorii de 1T se plasează în locul polilor de excitaţie, efectul reacţiei

indusului fiind redus de către câmpul coercitiv mare al MP.

Servomotoarele hibride (MP+excitaţie electromagnetică) se utilizează acolo

unde se doreşte modificarea coeficientului de tensiune-cuplu în anumite limite.

Astfel la mersul în gol cu excitaţia nealimentată avem o anumită turaţie

(ex.1450rpm), cu excitaţia alimentată adiţional o altă turaţie mai mică (ex.365



rpm), iar cu excitaţia alimentată diferenţial o turaţie mai mare ca cea fără

excitaţie (ex.2850rpm). Pentru aceste servomotoare înfăşurarea de excitaţie are

o priză mediană şi sensul curentului de excitaţie se schimbă relativ simplu,

fluxul produs se adună sau se scade din cel al MP. Astfel de servomotoare sunt

folosite la acţionarea benzilor magnetice de memorie a calculatoarelor, cu

viteză mică şi cuplu mare rezistent în sensul de citire, cu viteză mare şi cuplu

rezistent mic la derulare.

Pentru reducerea momentului de inerţie, geometria rotorului acestor

servomotoare este diferită de cea a maşinilor clasice, raportul D/L (diametru /lungime)

ajungând la valori de sub 0,3.

Rotorul este realizat din tole de oţel electrotehnic, înfăşurarea fiind de tip

ondulat plasată în crestături deschise pentru reducerea efectelor comutaţiei, motiv

pentru care se utilizează un număr redus de spire pe secţie (N=1 – uneori).

Valorile tipice ale rezistenţei rotorului şi ale inductivităţilor se încadrează în

domeniul 0,2-1,5 Ω şi 0,7-4mH, rezultând astfel constante de timp electrice sub 10 ms.

Servomotoarele de dimensiuni mici se construiesc pentru viteze ridicate de

până la 500 rad/s cu o pereche de poli, cele medii până la 300 rad/s cu 4 sau 6 poli şi

cele mari sub 100 rad/s având în jur de 12 poli.

1.2. Servomotoare cu rotor disc

Sunt realizate prin dispunerea unei înfăşurări de tip ondulat pe un disc din fibre

de sticlă, disc care se roteşte între nişte magneţi permanenţi plasaţi axial.



Fig.SRD- servomotor cu rotor disc

Înfăşurarea se execută prin ştanţare din tablă de Cu de 0,2 mm, apoi este lipită

cu o răşină epoxidică pe discul amintit. Părţile centrale şi exterioare se îndepărtează

printr-o nouă ştanţare, conductoarele de pe cele două feţe fiind sudate la capete prin

scântei sau fascicol de electroni în mod automat. Colectorul poate fi constituit din

însăşi conductoarele plate ale indusului pe care alunecă periile maşinii. La puteri mai

mari înfăşurarea este astfel proiectată încât numărul de spire pe secţie să fie mai mare

de 1 (2,3) ceea ce permite să se realizeze pe disc prin aceeaşi stanţare un colector de

tip radial (brevet românesc), crescând astfel durata de viaţă a maşinii.



Rezistenţele şi inductivităţile tipice ale acestor maşini sunt între 0,15...1Ω,

respectiv 25...75μH, rezultând constante electrice de timp sub 0,1 ms.

Întrucât rotorul maşinii nu conţine materiale feromagnetice, el este mult mai

uşor decăt rotorul cilindric, dar momentul de inerţie este comparabil datorită razei de

giraţie mult mai mare, astfel că au constante electromecanice de timp de acelaşi ordin

de mărime (<10ms). Deoarece rotorul nu are material feromagnetic, pierderile prin

histerezis sunt nule, nu apare saturaţia magnetică, nu apar înţepeniri magnetice.

Avantajul cel mai important al acestor servomotoare constă în faptul că având

conductoarele în aer, densitatea de curent poate fi mult crescută – până la 45 A/mm2

pentru funcţionarea în regim continuu şi 100 A/mm2 pentru regimuri de scurtă durată –

ceea ce are ca efect economia de Cu şi de asemenea posibilitatea folosirii tablei de

Cu şi nu a sârmei ( tabla de Cu este mai ieftină ca sârma) reduce în continuare preţul

de cost al acestor maşini. Pretul de cost este pozitiv influenţat şi de posibilitatea

automatizării procesului de producţie în cazul seriilor mari.

Geometria specială greutatea redusă, fac acest tip de servomotoare ideale

pentru aplicaţii de putere mică, la maşini unelte, la acţionarea servovalvelor, în

industria uşoară, chimică etc.

Principalele lor dezavantaje sunt numărul limitat de conductoare care se pot

plasa pe suprafaţa unui disc şi viteza relativ redusă a lor, ceea ce duce la o tensiune

mică pe un disc (30-60V).

1.3. Servomotoare cu rotor pahar

Sunt realizate prin dispunerea unei înfăşurări din Cu sau Al pe un pahar din

fibre de sticlă sau direct într-o răşină epoxidică. Au raportul D/L=0.3...0,5 ceea ce face

să aibă un moment de inerţie foarte scăzut, în jur de 10% din cel al celorlalte tipuri de

servomotoare de c.c. Au o constantă electromecanică şi electrică de timp foarte

reduse( sub 0,5ms respectiv sub 0,1 ms).



Colectoarele servomotoarelor de c.c. se execută din lamele de Cuelectrotehnic

presate pe butuci din materiale plastice, lamelele fiind izolate între ele cu mică sau

răsini polimerice.

Periile sunt susţinute în portperii de construcţie simplă, în formă de tub cu

secţiune dreptunghiulară fixat într-o piesă de material electroizolant prinsă pe scut.

Periile sunt presate fie de un arc elicoidal fie de un arc spiral

Periile se execută din bronz sau argint grafitat, au în general un conţinut ridicat

de metal pentru a reduce căderea de tensiune la trecerea curentului electric

Uzura unei perii este în funcţie de presiunea care se exercită asupra ei, zona

optimă de utilizare fiind între zona de uzură maximă de natură electrică şi zona de

uzură maximă de natură mecanică.



4.3 Caracteristicile mecanice ale servomotoarelor de c.c. comandate pe indus

În acest caz curentul de excitaţie este constant, sau excitatia se realizează cu

magneti permanenti, schema electrica fiind prezentată în figura de mai jos:

Se pot scrie atunci ecuaţiile de funcţionare astfel:

UE=REIE ;(1)

UA=RAIA+cUEΩ ;(2)

M=cUEIA ;(3)

unde c este o constantă pentru o maşină dată. În sistemul precedent s-a

înlocuit tensiunea electromotoare indusă Ue=kΨΩ=cUEΩ, deoarece fluxul este

dependent de IE, deci de tensiunea de alimentare a circuitului de excitaţie UE.

Întrucât la servomotoare se folosesc caracteristicile în unităţi relative se vor face

urătoarele notaţii: - λ=UA/UE – numit coeficient de semnal;

- 0ΩΩ=ν

-viteza unghiulară relativă, unde Ω0 este viteza unghiulara de mers în

gol p0

0ω

=Ω, p - fiind numărul de perechi de poli;

- μ=M/Msc – cuplul relativ unde Msc este cuplul de scurtcircuit (rotor blocat).



Înlocuind în ecuaţiile precedente se obţine:

A

EEA R

cUUI Ω−=

λ

;(4)

)(2222

Ω−=Ω−

= cRcU

RUccUM

A

E

A

EE λλ

;(5)

Cuplul la scurtcircuit nominal se obţine pentru λ=1 şi Ω=0, rezulta deci

A

Esc R

cUM2

= (6), acesta fiind şi cuplul de pornire, şi înlocuind în (5) rezultă μ=λ –

cΩ (7). Dar viteza nominală de mers în gol se atinge când M=0 şi λ=1 , deci ec. (7)

devine 0=1- cΩ0 (8) deci c=1/Ω0. înlocuim acum în (7) şi ne rezulta ecuaţia

caracteristicii mecanice (Ω=f(M)) în unităţi relative ( )(µν f= ): ν =λ -μ. (9). Aceste

caracteristici se ridică pentru diferite valori a coeficientului de semnal λ.

Spre exemplu pentru λ=1 avem ν =1 –μ, din care rezulta la: 1) μ=0 ν =1; 2)μ=1 ν =0; dependenţa fiind teoretic liniară. În figura de mai jos se pot observa

caracteristicile pentru diferite valori ale lui λ.

ν

μ

( )µν f= Ecuaţia caracteristicii de reglaj este reprezentata de dependenta ν =f(λ) şi se

ridica pentru diferite valori a cuplului relativ μ, şpre exemplu pentru μ=0, mers în gol

ideal avem ν =λ .

În figura următoare sunt prezentate caracteristicile de reglaj pentru diferite valori

ale cuplului relativ.



( )λν f=

O altă caracteristică importantă este reprezentată de curba de variaţie a puterii

în funcţie de viteza relativă.

Puterea mecanică Pm=Pabs -RAIA2, unde primul termen reprezintă puterea

absorbită, iar cel de-al doilea pierderile în înfăşurări. Pabs=UAIA=λUEUE(λ - ν )/RA.

Rezultă deci

( ) ( ) 222

222

22

22

22

2 νλνλλνλνλνλλA

E

A

E

A

E

A

E

A

E

A

EA

A

Em R

URU

RU

RU

RU

RUR

RUP −+−−=−−−=

( )22

νλν −=A

Em R

UP.

Si aceasta putere se raporteaza la o putere de baza A

Eb R

UP2

= şi obţinem relaţia

în unităţi relative 2νλν −=mp . Şe observă că puterea relativă în funcţie de viteza

relativă reprezintă ecuaţia unei parabole pm=f(ν ). Aceasta dependenţă se reprezintă

grafic pentru diferite valori a coeficientului de semnal λ, rezultând o familie de

caracteristici de forma celor din figura de mai jos:

Se observă că puterea este zero atât la mers în gol ideal (ν =1) cât şi la

scurtcircuit (ν =0).



( )µfpm =

De reţinut!

Servomotorul electric are rolul de a transforma un semnal electric de

comanda într-un cuplu electromagnetic, respectiv într-o mişcare de

rotaţie a arborelui său prin care este antrenat mecanismul care

realizează operaţia dorită

Principalele calităţi pe care trebuie să le aibă servomotoarele sunt:

- să permită reglarea vitezei în limite foarte largi prin variaţia

parametrilor tensiunii de comandă (uneori până la

1:10000);

- cuplu electromagnetic mare de pornire;

- putere de comandă mică;

- viteză de răspuns mare;

- stabilitate şi siguranţă în funcţionare pentru întreaga gamă de

viteze;

- liniaritatea caracteristicilor mecanice şi de reglaj;

- absenţa autopornirii;

- gabarit şi greutate mică, preţ de cost cât mai scăzut.





5.1 Comanda servomotoarelor de curent continuu

5.2 Surse de c.c. de tensiune reglabilă

5.3 Motorul asincron monofazat

5.4 Servomotoare asincrone








• Familiarizarea cu schema de alimentare la curent constant şi comandă pe excitaţie se aplică doar în cazul servomotoarelor de mare putere

5.1 Comanda servomotoarelor de curent continuu

Comanda pe excitatie a servomotoarelor de c.c. nu se foloseşte decât în cazul

servomotoarelor de mare putere dar şi atunci doar dacă se folosesc scheme de

alimentare a servomotorului la curent constant. Caracteristicile mecanice ale

servomotoarelor comandate pe excitaţie sunt incompatibile cu un sistem de reglare

automat şi se demonstrează acest lucru plecând de la ecuaţiile de funcţionare a

servomotorului :

AE

EEE

AAEAAmA

IIkMIRU

IRIkIRkU

1

10

==

+Ω=+Ω= φ

din care rezultă Ω−=

+Ω=

2

2211

1

1

EA

E

EA

EA

E

AE

E

EA

RRUk

RRUUkM

MUkRR

RUkU

Din ultimul sistem putem obţine expresia cuplului de pornire şi a pantei

caracteristice astfel

22

21

0

1

EEA

p

EEA

Ap

URRkM

URRUkM

=

Ω

=

. Se observă astfel că dependenţa cuplului de

pornire de tensiune de excitaţie este liniară, în timp ce panta caracteristică depinde de

pătratul tensiunii de excitaţie. In figura următoare se pot observa caracteristicile

mecanice pentru două valori ale tensiunii de comandă : nominală - UEn respectiv

jumătate - (1/2)UEn.

Se observă deci incompatibilitatea amintită la început.



In cazul alimentării cu curent constant, IA=ct., problema se schimbă şi atunci obţinem :

EE

EAAE Uk

RUIkIIkM 2

11 ===

, pentru partea liniară a caracteristiciii de magnetizare. In

acest caz caracteristica de reglaj este conform figurii de mai jos.

Caracteristica de reglaj a servomotoarelor de c.c.comandate pe excitaţie

In figura următoare este prezentata o schema de alimentare la curent constant

a servomotorului de c.c.



Aşa cum aminteam la început, schema de alimentare la curent constant şi

comandă pe excitaţie se aplică doar în cazul servomotoarelor de mare putere, un alt

motiv fiind şi acela că acest tip de comandă prezintă performanţe dinamice inferioare

comenzii pe indus. Pe de altă parte sursa de curent constant este echivalentă cu un

sistem de comandă pe indus astfel că se preferă aceasta din urmă.

5.2 Surse de c.c. de tensiune reglabilă

Aceste surse pot fi :

- redresoare semicomandate sau complet comandate cu tiristoare sau tranzistoare de

putere ;

- variatoare statice de tensiune continuă (VSTC) cu tranzistoare de putere sau tiristoare

(se mai numesc şi choppere).

Redresor monofazat reversibil cu funcţionare în 4 cadrane pentru comanda

servomotorului de c.c.

Modificarea tensiunii redresate se realizează prin modificarea unghiului de

aprindere a tiristoarelor. Funcţionarea în toate cele patru cadrane este posibilă folosind

două redresoare complet comandate conectate în opoziţie. Cele două redresoare pot

funcţiona separat, câte unul pentru fiecare sens de rotaţie, sau concomitent, în care caz

un grup funcţionează ca redresor iar celălalt ca invertor.

Este preferată în practică comanda cocncomitentă a celor două redresoare datorită

uşurinţei cu care se trece curentul de pe un grup de tiristoare pe altul. In acest caz apare

un curent de circulaţie între redresor şi invertor pentru a cărui limitare se conectează

bobinele cu miez de fier K1 şi K2. Fiecare grup de tiristoare V1, V2 respectiv V3, V4 este

comandat cu un unghi care să asigure aceeasi tensiune medie redresată, de exemplu

αA=600, αB=1200, respectîndu-se conditia αA+αB=1800. Curentul de circulaţie icir, apare

din cauza diferenţei ucir dintre valorile momentane ale celor două tensiuni redresate, de

valori medii egale (fig.1). Această diferentă, de formă alternativă, creează un curent

pulsatoriu, a cărui amplitudine depinde de unghiul de comandă, fiind maximă la αA=900.



Pentru un anumit sens de rotaţie a servomotorului (de exemplu, dreapta) grupul

de tiristoare V1—V2 funcţionează ca redresor activ, cu un unghi de comandă 90<Aα

(fig.2); tensiunea medie redresată fiind mai mare decit tensiunea electromotoare,

masina funcţionează în regim de motor. Prin acest redresor circulă suma dintre

curentul motorului im şi curentul de circulaţie icir .Grupul de tiristoare V3 – V4 este

comandat cu αB>90', deci lucrează în regim de invertor, dar pasiv, căci este parcurs

doar de curentul de circulaţie. Dacă turaţia servomotorului are tendinţa să crească, ca

urmare a scăderii sarcinii, sau dacă se dă comandă de micşorare a turaţiei sau de

oprire, tensiunea electromotoare devine mai mare ca tensiunea redresată medie,

curentul rotoric se anulează şi schimbîndu-şi sensul, trece prin grupul invertor B (V3,

V4), care devine activ, iar redresorul A (V1, V2) devine pasiv, fiind parcurs doar de

curentul de circulaţie.



Fig.2 Funcţionarea în primele două cadrane

La functionarea cu alt sens de rotaţie, printr-o cornandă adecvată, grupul de

tiristoare care fusese redresor (αA<900) devine invertor (αB>900) şi invers. Trecerea

grupului de tiristoare din stare activă (parcurse de curentul motorului) în stare pasivă

(parcurse doar de curentul de circulaţie), ca şi regimul energetic al maşinii de

acţionare (motor sau generator), depinde deci de jocul valorilor absolute UA=-UB ale

tensiunilor redresate de cele două grupuri (valori medii) şi a tensiunii electromotoare

induse în motor Ue =kΦΩ.

Curentul de circulaţie produce pierderi suplimentare în înfăşurările bobinelor de

limitare şi în tiristoare, lar bobinele maresc costul instalaţiei, deşi au şi un rol de

netezire a curentului servomotorului. Cu toate acestea schema reversibilă cu curent de

circulaţie este mai avantajoasă decât schema cu grupuri independente de tiristoare

(fără curent de circulaţie), prin simplitatea comenzii, care nu mai trebuie să blocheze

grupul de tiristoare in concordanţă cu sensul de circulaţie a energiei şi prin asigurarea

unui curent neîntrerupt prin motor. Pentru limitarea curenţilor de circulatie, este

recomandabil să nu se lucreze cu unghiuri de comandă mai mari de300 (respectiv

150').



5.3 Motorul asincron monofazat Acest tip de motor are exact aceeaşi construcţie ca şi motorul trifazat, cu singura

deosebire ca statorul posedă o înfăşurare monofazată, conectată la o reţea monofazată.

Rotorul este de obicei în scurtcircuit (colivie de veveriţă)

Infasurarea monofazata statorica parcursa de un curent monofazat produce un cimp

sinusoidal in timp si spatiu care se poate descompune in doua cimpuri invirtitoare ce se

rotesc in sensuri opuse, cu acceasi viteza si cu amplitudini egale cu jumatate din

amplitudinea cimpului sinusoidal in timp si patiu. Intr-adevar

( ) ( ) ( ).cos21cos

21coscos, αωαωαωα ptBptBptBtB mmm ++−==

B

In acest mod, motorul asincron monofazat este echivalent cu doua motoare asincrone

trifazate, identice, ale caror infasurari statorice produc cimpuri invirtitoare identice, dar cu

sensuri de rotatie diferite si care au rotoarele solidare cu acelasi arbore (fig.1b). La rindul lor,

aceste doua motoare asincrone trifazate sint echivalente cu un singur motor asincron trifazat

cu doua infasurari statorice A si B legate in serie, dar cu succesiune diferita a fazelor la

periferia interioara a statorului (fig.1 c), astfel având în vedere schema electrică echivalentă a

motorului asincron trifazat, putem realiza şi schema electrică echivalentă a motorului

monofazat (fig.2)

La fel ca la motorul asincron monofazat, in motorul trifazat din figura 1c conductoarele

infasuraru rotorice parcurse de curentii indusi de catre cele doua cimpuri invirtitoare statorice

BA si BB (care se rotesc in sensuri opuse) si aflate in aceste cimpuri vor fi solicitate de forte

electrodinamice.

Fig. 1. Motorul asincron monofazat:

a — schema de principiu; b,c — scheme echivalente.



Fig.2.Schema electrică echivalentă a motorului asincron monofazat

Asupra rotorului vor actiona doua cupluri electromagnetice MA si MB, egale, dar

de sensuri contrare. Cuplul rezultant asupra rotorului va fi evident nul si rotorul nu se

poate pune in miscare. Daca insa dam un impuls rotorului intr-un anumit sens, de

exeinplu, in sensul cimpului invirtitor BA si rotorul se invirteste cu o viteza de rotatie Ω2,

atunci cimpul magnetic invirtitor BA are o viteza relativa fata de rotor Ω1-Ω2, si

frecvenţa curentilor indusi in infasurarea rotorului va fi:

( )1

1

211212 22

fsppf A=

ΩΩ−ΩΩ

=Ω−Ω

=ππ

Cîmpul învîrtitor BB va avea faţă de rotor o viteză relarivă Ω1+Ω2 iar

frecvenţa curenţilor în rotor va fi

( ) ( ) 11

211212 22

22fsppf B

−=

Ω

Ω−Ω−

Ω=

Ω+Ω=

ππ in care 2—s este alunecarea rotorului faţă de cîmpul învîrtitor BB.

Să reprezentăm în figura 3 cuplul electromagnetic MA funcţie de

alunecarea s. Acest cuplu este produs de înfăşurarea A şi are acelaşi sens cu

sensul de rotaţie al rotorului. Cuplul electromagnetic MB, produs de cîmpul

învîrtitor invers al înfăşurării B, va avea sens invers. Cuplul MA=f(s) va avea în

domeniul 10 ≤< s un caracter activ, curba MA=f(s) prezentînd aceeaşi alură ca

şi la motorul asincron trifazat. Cuplul MA creşte pînă la valoare maximă odată

cu viteza de rotaţie, iar apoi scade la zero pentru s = 0. In domeniul 10 ≤< s ,

alunecarea rotorului în raport cu cîmpul învîrtitor invers BB va fi 2-s ≥ 1, deci

cuplul electromagnetic produs de acest cîmp învîrtitor este cuplu de frînare. În

domeniul 1 2≤≤ s , cuplul MB reprezintă cuplu de frînare, iar alunecarea în

raport cu cîmpul invers fiind 0 < 2 — s ≤ 1, cuplul MB devine cuplu activ.



Considerind cuplul ca fiind pozitiv dacă acţionează în sensul de rotaţie, curbele

MA=f(s) şi MB =f(s) se prezintâ ca în figura 2.

Cuplul rezultant BA MMM += este reprezentat în aceeaşi figură.

Se remarcă imediat că pentru s=1, cuplul rezultant este nul, adică

motorul are cuplu de pornire nul. In schimb, dacă se dă un impuls motorului într-un

anumit sens, iar cuplul rezistent este considerat pentru moment redus, motorul

dezvoltă un cuplu activ în acelaşi sens şi motorul se accelerează până ajunge la o

viteză apropiată de viteza de sincronism, cînd motorul poate fi încărcat cu un cuplu

rezistent la arbore, evident mai mic decât cel maxim.

Fig. 3. Caracteristica M = f(s) a motorului asincron monofazat.

Faptul că motorul asincron monofazat nu dezvoltă cuplu la pornire constituie un

mare dezavantaj. De aceea, motorul asincron monofazat trebuie să fie prevăzut cu un

mijloc convenabil pentru asigurarea unui cuplu de pornire, necesar atît învingerii

frecărilor proprii în paliere, cît şi învingerii unui cuplu rezistent oarecare la arbore.

Problema se poate rezolva simplu dacă în momentul pornirii s-ar produce în locul

cîmpului sinusoidal în timp şi spaţiu un cîmp învîrtitor.

Se poate arăta uşor că, dacă statorul motorului asincron este prevăzut

cu o înfâşurare monofazată suplimentară - denumită înfăşurare de pornire sau

înfăşurare, auxiliară - decalată la periferia statorului cu unghiul p2π

faţă de

înfăşurarea monofazată de bază, avînd acelaşi număr de spire şi fiind parcursă

de un curent de acceasi valoare efectivă, dar defazat în timp cu 2π

faţă de



curentul din înfăşurarea principală, se produce un cîmp magnetic invîrtitor în

locul cîmpului sinusoidal în timp şi spaţiu.

Întradevăr fie: ,

2cos2

,cos2

2

1

−=

=πω

ω

tIi

tIi

curenţii din cele două înfăşurări. Câmpurile

produse de fiecare înfăşurare vor fi:

( )

( )

−

−=

=

pptBtB

ptBtB

m

m

2cos

2cos,

;coscos,

2

1

παπωα

αωα

, care se

pot scrie

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ).cos21cos

21,

;cos21cos

21,

2

1

παωαωα

αωαωα

−++−=

++−=

ptBptBtB

ptBptBtB

mm

mm

şi adunându-le obţinem:

( ) ( ) ( ) ( ),cos,,, 21 αωααα ptBtBtBtB m −=+= care reprezintă un câmp învârtitor ce

asigură un cuplu de pornire.

Dat fiind caracterul auxiliar al înfăşurării de pornire (in mers nu mai este nevoie

de această înfăşurare), ea nu îndeplineşte în practică exact condiţiile impuse mai sus.

O înfăşurare monofazată, decalată la periferia interioară a statorului în raport cu

înfâşurarea principală, cu un număr mai redus de spire, parcursă de un curent (chiar

mai mic) defazat faţă de curentul din înfăşurarea principală, produce o slăbire relativă

a cîmpului învîrtitor invers si o întărire relativă a cîmpului învîrtitor direct. În practică, în

unele cazuri, aceasta poate fi suficient pentru ca motorul să pornească singur.

În maşinile asincrone monofazate, înfăşurarea principală ocupă de obicei 32

din

crestăturile care revin unui pas polar, iar restul sînt ocupate de înfăşurarea auxiliară.

Ambele înfâşurări se conectează la aceeaşi reţea electrică monofazată. Spre a

asigura defazarea celor doi curenţi, se conectează în serie în înfăşurarea auxiliară fie

o rezistenţă, fie un condensator (fig. 4).

Atunci cînd se utilizează o rezistenţă conectată în faza auxiliară, nu se poate

obţine defazajul de 90° între curenţi, şi de aceea cuplul de pomire va fi relativ mic.

Rezultate mult mai bune se obţin în cazul utilizării condensatorului, a cărui capacitate

poate fi aleasă astfel încît la s = 1 să se obţină numai cîmp învîrtitor direct, iar motorul

să dezvolte un cuplu de pornire relativ mare.



Infăşurarea auxiliară cu condensator poate fi menţinută, şi în mers, obţinîndu-se o

îmbunătăţire a factorului de putere. Totuşi valoarea optimă a condensatorului pentru pornire

se dovedeşte a fi prea mare în regimul normal de funcţionare. De aceea, adeseori se

deconectează o parte din capacitatea legată în serie în faza auxiliară, după ce motorul a

pornit. Caracteristicile mecanice a motoarelor monofazate cu condensator pot fi văzute în

figura 5.

Fig.4.Condensator sau rezistenţa pentru defazarea

curentului înfăşurării auxiliare

Un defazor de tensiune (fara a modifica valoarea efectiva )se poate obtine dupa

urmatoarea schema:



Deseori se întrebuinţează în practică o variantă constructivă a motorului

asincron monofazat cu fază auxiliară - aşa-numitul motor cu spiră în scurtcircuit

(fig.6). Statorul acestui motor are poli aparenţi pe miezul cărora se află

înfăşurarea monofazată. 0 anumită parte din deschiderea piesei polare este

cuprinsă de o spiră în scurtcircuit. Această spiră împreună cu înfăşurarea

corespunzătoare de pe pol formează un transformator. Cimpul polilor B1 induce

în spira in scurtcircuit un anumit curent Is, care produce la rîndul său cîmpul Bs.

Cele două cîmpuri B1 şi Bs se suprapun pe deschiderea polilor cuprinsă

de spirele în scurtcircuit. Ele vor fi defazate in timp (fig.6) şi vor da un

cîmp rezultant B2 defazat faţă de cîmpul B1. Prin urmare, rotorul se află sub

influenţa a două cîmpuri: pe deschiderea spirelor în scurtcircuit - cîmpul B2, iar

pe restul deschiderii piesei polare - cîmpul B1. Dacă se iau în consideraţie doar

armonicele spaţiale fundamentale ale celor două cîmpuri, se constată că rotorul

este supus influenţei a două cîmpuri sinusoidale în timp şi spaţiu, decalate în

spaţiu şi cu fază diferită, exact ca si in motorul asincron cu fază auxiliară.

Fig.5. Motorul asincron monofazat cu spira în scurtcircuit



Dat fiind cuplul mic de pornire, randamentul slab şi factorul de putere mic, desi

este foarte simplu, motorul cu spira în scc. nu se realizează decât pentru puteri foarte mici

5…25W, care se utilizează la ventilatoare mici etc.

Motoarele cu rezistenţă se construiesc în limitele 30…200W şi se utilizează la

frigidere, aparate medicale,etc.

Motoarele cu condensatoare se construiesc pentru puteri de la 50 W şi au o

largă răspândire în acţionări de putere relativ mică.

5.4 Servomotoare asincrone

Servomotoarele de c.a. asincrone au într-un sistem automat aceeasi funcţie ca şi cele

de c.c., de a antrena la o turaţie dorită diverse sarcini mecanice.

Faţă de cele de c.c., cele de c. alternativ au următoarele avantaje : sunt mai simple,

mai robuste, au cuplu de frecări mai mic, mai silenţioase, mai sigure în exploatare şi mai

ieftine.

Dezavantaje : randament mai scăzut, factorul de putere mic, gabarit mai mare, gama

de reglaj a vitezei mult mai mică.

Uzual se întâlnesc servomotoare bifazate şi cele trifazate.

2.1.Servomotoare asincrone trifazate

Din punct de vedere constructiv sunt asemănătoare motoarelor asincrone clasice, iar

principiul de funcţionare este la fel. Ceea ce diferă este domeniul de aplicaţie,

servomotoarele fiind utilizate ca element de execuţie cu viteză reglabilă, fiind astfel

importante performanţele maşinii în regim dinamic.

Schema de principiu a acestui servomotor poate fi văzută în figura de mai jos:



Schema de principiu a servomotorului asincron trifazat

In această schemă sunt figurate cele trei înfăşurări ale statorului şi ale rotorului

concentrate în axele lor magnetice.

Sistemul de ecuaţii care caracterizează funcţionarea servomotorului se poate

scrie pentru o fază a acestuia în mărimi reale raportate la stator sub forma:

( )( ) '

2'

2'2

'2'

21

'2111111

0 IXIs

RIIjX

IIjXIjXIRU

m

m

σ

σ

+++=

+++=

Se observă că acest sistem de ecuaţii sunt cele care descriu masina asincrona

trifazata, astfel ca şi schema electrică echivalentă, cuplul şi caracteristicile mecanice

vor fi asemănătoare



Comanda acestor servomotoare se face cu convertizoare de frecvenţă, care pentru a

se păstra constant fluxul prin maşină, lucrează îndeplinind condiţia U1/f1=cst. ceea ce

înseamnă M=cst.

În general la frecvenÎn general la frecvenţe peste cea nominală, tensiunea rămâne

constantă, funcţionarea având loc la putere constantă. La frecvenţe scăzute de alimentare,

rezistenţa înfăşurării statorice devine de acelaşi ordin cu reactanţa de magnetizare, ea nu

mai poate fi neglijată. Datorită acestui fapt, pentru a menţine constant fluxul în întrefier,

variaţia tensiunii nu este liniară cu frecvenţa, astfel ca pentru frecvenţe mai mici de 15 Hz,

tensiune a se menţine constantă



De reţinut! Caracteristicile mecanice ale servomotoarelor comandate pe excitaţie

sunt incompatibile cu un sistem de reglare automat

Surse de c.c. de tensiune reglabilă pot fi :

- redresoare semicomandate sau complet comandate cu tiristoare

sau tranzistoare de putere ;

- variatoare statice de tensiune continuă (VSTC) cu tranzistoare de

putere sau tiristoare (se mai numesc şi choppere).





6.1 Servomotorul asincron bifazat








• Familiarizarea cu functionarea servomecanismelor de curent alternativ

6.1 Servomotorul asincron bifazat

In imensa majoritate a servomecanismelor de curent alternativ se utilizează

drept servomotor motorul asincron bifazat (de fapt monofazat cu fază auxiliară) cu

rotor în formă de colivie de veveriţă (fig. 1).

Servomotorul asincron bifazat are statorul realizat din tole de oţel electrotehnic.

cu simetrie cilindricâ, la a cărui periferie interioară sînt prevăzute crestături. In

crestături sînt plasate două infăşurări decalate in spaţiu la 90 grade electrice. Una din

ele este denumită înfăşurare- de excitaţie şi rămâne în permanenţă conectată la o

reţea monofazată de alimentare, iar cealaltă

este denumită înăaşurare de comandă şi la bornele ei se aplică semnalul de

comandă.

Sunt posibile trei moduri diferite de a comanda acest servomotor:

a) - variaţia amplitudinii tensiuniide comandă, tensiunea de excitaţie fiind constantă ca

valoare efectivă şi permanent defazată cu 90 grade faţă de tensiunea de comandă

(fig.2a);

b) - variaţia fazei tensiunii de comandă, a cărei valoare efectivă este în permanenţă

constantă, - fel ca şi valoarea efectivă a tensiunii de excitaţie (fig.2b);

c) - variaţia amplitudinii tensiunii de comandă şi intercalarea în circuitul de excitaţie a

unui condensator C, tcnsiunea aplicată circuitului de excitaţie fiind preluată de la

aceeaşi sursă ca şi tensiunea de alimentare a amplificatorului de putere A care

comandă servomotorul (fig.2c).



Fig. 1. Schema de principiu

a servomotorului asincron

Ultimul mod de comandă a servomotorului conduce la o instalaţie mai

simplă şi prezintă, în general, performanţe superioare, ceea ce a impus larga sa

răspîndire.

Principiul de funcţionare al servomotorului asincron bifazat este relativ simplu.

Să presupunem că înfăşurarea de excitaţie este alimentată de la o reţea monofazată

şi tensiunea la bornele sale este Ue, iar înfăşurarea de comandă are tensiune nulă la

borne. In acest caz avem a face cu un motor monofazat clasic. Infăşurarea

monofazată de excitaţie produce un cîmp fix, pulsatoriu, cu repartiţie sinusoidală în

spaţiu (dacă ne referim numai la armonica fundamentală spaţială) şi variaţie

sinusoidală în timp. Acest cîmp fix se poate descompune în două cîmpuri învîrtitoare,



de aceeaşi amplitudine şi viteză, dar cu sensuri diferite de rotaţie. Sub influenţa

acestor doua cîmpuri

învîrtitoare, rotorul în colivie de veveriţă este supus acţiunii a două cupluri egale şi de

sens contrar. In consecinţă, cînd nu există semnal de comandă, servomotornl stă în

repaus.

Atunci cînd amplificatorul A produce o anumită tensiune Uc la bornele

înfâşurării de comandă a servomotorului, situaţia se schimbă. întocmai ca la motorul

asincron monofazat cu fază auxiliară, de data aceasta la periferia interioară a

statorului acţionează două solenaţii decalate în spaţiu şi defazate în timp (defazajul în

timp este cauzat de exemplu de condensatorul C). In

acest caz, se produc tot două cimpuri rotitoare de aceeaşi viteză, de sensuri diferite,

dar de amplitudini diferite. Asupra rotorului se exercită două cupluri de sensuri diferite,

dar şi de valori diferite ceea ce inseamna un cuplu rezultant diferit de zero. Dacă acest

cuplu rezultant depăşeşte cuplul rezistent, atunci servomotorul se pune în mişcare.

Acest cuplu rezultant este cu atît mai mare cu cît tensiunea Uc de comandă este mai

mare, iar defazajul dintre fazorii cU şi eU este mai apropiat de 90 grade.

Spre deosebire de motorul asincron monofazat utilizat în acţionarile curente,

care, odată pornit, continuă să se rotească şi după deconectarea fazei auxiliare,

servomotorul prezentat mai sus trebuie să se autofrîneze la dispariţia semnalului de

comanda.

Aceasta este o condiţie impusă de faptul că servomotorul este încadrat ca

element component într-un servomecanism. Dacă servomotorul ar continua să se

rotească şi după anularea tensiunii Uc atunci servomecanismul nu ar mai avea rost,

funcţionarea sa fiind complet instabilă.

Se ştie că un motor asincron monofazat poate fi echivalet cu un motor asincron

trifazat avînd două înfăşurări trifazate statorice în serie şi un singur rotor. Cele două

înfăşurări statorice produc cîmpuri învîrtitoare de aceeaşi amplitudine şi viteză, dar de

sensuri contrarii. Sub acţiunea unuia din câmpurile învîrtitoare, fie el numit cîmp direct,

rotorul este solicitat de un cuplu direct Md,de acelaşi sens cu cîmpul inductor. Acest

cuplu variază în funcţie de viteza Ω a rotorului, conform curbei din figura 3a. In acelaşi

timp, sub acţiunea celuilalt cîmp învîrtitor, denumit invers, rotorul este solicitat de un

cuplu invers Mi, a cărui variaţie în funcţie de viteză este redată tot în figura 3a.



In cazul motoarelor utilizate în acţionările curente, cuplurile Md,Mi prezintă un

maxim pentru viteze unghiulare apropiate de vitezele respective de sincronism

(alunecări critice subunitare). In această situaţie, cuplul rezultant M variază în funcţie

de viteza unghiulară Ω,

conform curbei îngroşate din figura 3a. Această curbă evidenţiază faptul că, dacă

motorul a funcţionat sub acţiunea fazei auxiliare la o anumită viteză Ω în sens direct, la

deconectarea bruscă a fazei auxiliare, motorul continuă să dezvolte un cuplu rezultant

direct, continuînd să se rotească cu o viteză unghiulară apropiată de Ω.

Dacă curbele Md=f(Ω) şi Mi=f(Ω) prezintă maxime la viteze critice unghiulare

negative faţă de vitezele respective de sincronism (la alunecări critice supraunitare),

situaţia se schimbă cu totul, aşa cum se arată în figura 3b. Dc data aceasta, dacă la

un moment dat motorul se rotea în sens direct cu viteza unghiulară Ω şi se

deconectează brusc faza auxiliară, motorul rămînînd numai sub acţiunea unci singure

înfâşurări, el va dezvolta un cuplu rezultant de sens invers, adică de frînare. In cele din

urmă, în acest caz motorul se opreşte.

Deplasarea cuplului maxim a unui motor asincron spre valori critice de valoare

ridicată se realizează mărind rezistenţa echivalentă a înfăşurării rotorice, adică a

barelor coliviei. Prin mărirea acestei rezistenţe cuplul maxim nu se scliimba.

Aşadar, spre deosebire de motorul asincron monofazat cu fază auxiliară, utilizat

în acţionări electrice, servomotorul asincron utilizat într-un sistem de reglare automată

are rezistenţe echivalente rotorice relativ mari, ceea ce asigură autofrânarea la

dispariţia semnalului de comandă. Datorită acestor rezistenţe mărite se utilizează doar

pentru puteri mici, unde problema randamentului nu se pune în discuţie.

Pentru a se deduce caracteristica mecanica a acestui servomotor se apeleaza

la metoda componentelor simetrice, deorece sistemul de fazori Ue si Uc in general nu

reprezinta un sistem echilibrat, intrucat condensatorul C se alege astfel incat la pornire



sub tensiunea de comanda maxima realizabila sa avem un sistem simetric echilibrat

deci un cuplu maxim. Astfel pentru orice alt regim sistemul este nesimetric si se poate

descompune in doua sisteme simetrice de succesiune directa Ud -jUd si de succesiune

inversa Ui si jUi

Avem astfel:

Ue=Ud+Ui Ud=(1/2)(Ue+jUc)

Uc=-jUd+jUi rezulta Ui=(1/2)(Ue-jUc)

Astfel se poate scrieUd2=(1/4)[(Ue+Uc cosα)2+Uc

2sin2α]

Ui2=(1/4)[(Ue-Uc cosα)2+Uc

2sin2α]

Cuplul de pornire este diferenta cuplurilor direct si indirect fiecare depinzand de

patratul tensiunii (directe respectiv indirecte), coeficientul de proportionalitate k0

depinzand de parametrii infasurarilor.



Constructia servomotoarelor asincrone bifazate



De reţinut!

posibile trei moduri diferite de a comanda acest servomotor:

a) - variaţia amplitudinii tensiuniide comandă, tensiunea de

excitaţie fiind constantă ca valoare efectivă şi permanent

defazată cu 90 grade faţă de tensiunea de comandă ;

b) - variaţia fazei tensiunii de comandă, a cărei valoare efectivă

este în permanenţă constantă, - fel ca şi valoarea efectivă a

tensiunii de excitaţie ;

c) - variaţia amplitudinii tensiunii de comandă şi intercalarea în

circuitul de excitaţie a unui condensator C, tcnsiunea aplicată circuitului

de excitaţie fiind preluată de la aceeaşi sursă ca şi tensiunea de

alimentare a amplificatorului de putere A care comandă servomotorul





7.1 Motoare speciale sincrone

7.2 Motoare sincrone cu magneti permanenti

7.3 Motoare sincrone cu reluctanta variabila

7.4 Motoare autoreductoare








• Familiarizarea cu caracteristica motoarelor sincrone

7.1 Motoare speciale sincrone Cea mai importantă caracteristică a motoarelor sincrone este acea ca viteza lor

de rotatie este direct proportionala cu frecventa tensiunii de alimentare conform

relatiei pfn 60

=, unde p reprezinta numarul perechilor de poli, f este frecventa in

Hz, iar n turatia in rot/min.

Putem avea urmatoarele tipuri de motoare sincrone:

1.Dupa principiul de conversie a energiei:

- cu excitatie electromagnetica;

- cu magneti permanenti;

- cu reluctanta variabila;

- cu histerezis.

2.Dupa caracterul alimentarii:

- cu alimentare continua;

- motoare pas cu pas.

3.Dupa caracterul comenzii:

- cu comanda din exterior;

- autocomandate (cu comutator electronic).

4.Dupa relatia intre viteza de rotatie si cea de sincronism:

- normale;

- reductoare.

Motoarele sincrone speciale se construiesc intr-o gama foarte larga de puteri, de

la zecimi de watt pana la zeci de kilowati, cu turatii de la 1/luna la 300000 rot/min.

Avantajul acestor motoare fata de cele sincrone clasice consta in lipsa contactelor



alunecatoare, a uzurii periilor si inelelor, a intretinerii usoare, posibilitatea

functionarii in medii explozive.

7.2 Motoare sincrone cu magneti permanenti

Magnetii permanenti permit realizarea unor masini sincrone de constructie

foarte simpla, fara contacte alunecatoare si fara infasurari de excitatie, de fiabilitate

crescuta, dimensiuni si greutate reduse, pret de cost scazut si randament ridicat.

Aceste motoare cu MP pot fi proiectate sa functioneze pentru sarcina nominala

la cosφ=1 sau chiar capacitiv. Se utilizeaza in actionari de viteza variabila, in industria

chimica, textila, in sisteme de urmarire de viteza, in aparatura medicala si de

inregistrare, etc.

Constructia lor este asemanatoare cu a motoarelor asincrone, prezentand in

crestaturile statorului un sistem bi, tri sau polifazat de infasurari. Pentru masinile de

putere mica aceste infasurari pot fi concentrate si aranjate in diverse geometrii functie

de solutia constructiva aleasa.

Motor sincron trifazat cu MP

Rotorul se realizeaza in doua variante constructive:



o cu poli aparenti si colivie de pornire, constructie clasica;

o cu poli gheara, solutie utilizata in general la putere mai mica si pentru un

numar mare de poli.

Rotorul cu poli in forma de gheara este constituit dintr-un magnet cilindric

magnetizat in sens axial si doua saibe din material feromagnetic, de o parte si alta

saibele prezentand o serie de armaturi polare care se intrepatrund alternativ la

periferia exterioara a magnetului, formand un sistem magnetic multipolar. Aceste

gheare fiind masive joaca si rolul unei colivii de amortizare si pornire, pornire care

pentru puteri mici si momente de inertie reduse poate fi asigurata chiar si de cuplul

sincron tranzitoriu dezvoltat de masina.

Ecuatiile de functionare



Asa cum se observa in figura, colivia a fost inlocuita prin doua infasurari echivalente

dispuse la 90 de grade dupa axele D si Q (ale rotorului). Magnetul permanent este inlocuit cu

o infasurare supraconductoare E caracterizata doar de campul produs de curentul echivalent

Ie, constant pentru orice regim de functionare. Daca se inlocuieste infasurarea trifazata

statorica cu una bifazata dispusa dupa axele d si q ale infasurarii statorice atunci ecuatiile se

pot scrie astfel:

dtd

iR

dtdiR

dtd

iRdttd

iRu

dtd

iRtt

iRdttd

iRu

QQQ

DDD

dbq

qsqs

qsq

qbd

dsdd

dsds

dsd

Ψ+=

Ψ+=

Ψ+Ψ

+=Ψ

+=

Ψ−Ψ

+=∂∂

∂Ψ∂

+∂Ψ∂

+=Ψ

+=

0

0

),(

),(

ωθ

ωθθ

θ

q uq

d ud

E D

Q

Fig. 2.1. Maşina sincronă: a) Schema electrică, b) Schema modelului ortogonal



Daca prima ec. o inmultim cu id iar pe a doua cu iq si le adunam obtinem:

)()( 22dqqdb

qq

ddqdsqqdd ii

dtd

idtd

iiiRiuiu Ψ−Ψ+Ψ

+Ψ

++=+ ω

Se observa astfel ca puterea absorbita la borne se regaseste o parte ca pierderi

in infasurarile statorice(primii doi termeni), o parte ca energie magnetica in infasurarile

statorice(urmatorii doi termeni), ceea ce inseamna ca ultimul termen reprezinta

puterea transmisa prin intrefier rotorului si anume )( dqqdbbee iiMP Ψ−Ψ=Ω= ω din

care rezulta cuplul electromagnetic )( dqqde iipM Ψ−Ψ= , unde p reprezinta numarul

perechilor de poli.

Intre tensiunile ud,uq, curentii id,iq si tensiunile uA, uB,uC respectiv curentii iA,iB,iC exista

relatiile:

Sistemul de referinta a fost astfel ales incat axa longitudinala d sa corespunda cu axa

longitudinala a masinii, iar cea transversala q sa corespunda cu cea transversala a masinii.

Daca se alimenteaza masina cu un sistem trifazat simetric de tensiuni, atunci avem:

)34cos(2

),32cos(2

,cos2

πω

πω

ω

−=

−=

=

tUu

tUu

tUu

C

B

A

si in acest caz ne rezulta qq

dd

UtUu

UtUu

=−−=

=−=

)sin(2

,)cos(2

ωθ

ωθ

In regim sincron curentii din colivia de amortizare sunt zero, deci ID=0, IQ=0. De

asemenea daca consideram cazul particular de mers in gol ideal cand Id=0, Iq=0,

)].34sin()

32sin(sin[

32

)]34cos()

32cos(cos[

32

)],34sin()

32cos(sin[

32

)],34cos()

32cos(cos[

32

πθπθθ

πθπθθ

πθπθθ

πθπθθ

−+−+−=

−+−+=

−+−+−=

−+−+=

CBAq

CBAd

cBAq

CBAd

iiii

iiii

uuuu

uuuu



atunci vom avea doar un flux ( )dΨ produs de curentul echivalent Ie, ceea ce inseamna ca

vom avea doar tensiunea Uq diferita de zero. Generalizand, pentru un regim diferit de cel de

mers in gol ideal aceasta inseamna ca in regim de motor masina ramane in urma cu un unghi

intern δ>0.

Daca se considera un coeficient de suprasarcina de 1,5...2 (la fel ca la masinile

sincrone clasice), functionarea normala are loc la un unghi intern in plaja de 0...30-400, in

acest domeniu functionarea fiind stabila.

Pornirea motoarelor sincrone cu MP se face in asincron, colivia de amortizare avand si

rol de pornire.

La fel ca la orice masina asincrona cu rotorul in scurtcircuit, curentul de pornire poate

fi foarte mare(5...8In), ceea ce poate duce la demagnetizarea MP si deci la scaderea

performnatelor masinii.

Pentru evitarea acestui lucru trebuie asigurata o colivie puternica, care sa

ecraneze magnetul permanent.

Un al doilea fenomen particular ce apare la pornirea masinilor sincrone cu MP

este aparitia unei „sei” in caracteristica sa de pornire, la alunecari apropiate de 1.

Daca cuplul de sarcina este mai mare decat acest minim, motorul nu mai intra in

sincronism si ramane blocat la o viteza foarte mica de rotatie.

Cauza poate fi explicata prin faptul ca odata ce incepe sa se invarta rotorul cu

MP, va induce t.e.m. de rotatie de frecventa scazuta 12 )1( fsf −= cu valoarea efectiva

1102 )1()1( EssfkE −=−= φ care la randul lor dau nastere la curenti care se inchid prin



sursa de alimentare. In cazul in care sistemul are putere mare, impedanta sa proprie

este foarte mica si are caracter puternic inductiv (rezistenta este mica).La frecvente

scazute, cum sunt acesti curenti, reactanta este foarte mica, doar rezistenta sistemului

care si aceasta este mica limiteaza acesti curenti, care desi sunt produsi de o tensiune

em. mica, au amplitudine ridicata si sunt pur activi, putand ajunge la valori de (1...2)In.

Acesti curenti dau nastere la un cuplu de franare, care daca se neglijeaza pierderile in

infasurarea statorica se poate scrie ca:

nn MIE

sIEsIEM )2...1()2..1(

)1()1(cos

1

1

1

21

2

2222 =

Ω=

Ω−−

=Ω

=ϕ

Deci acest cuplu trebuie scazut din cel asincron si in cazul in care motorul este

necorespunzator proiectat, cuplul rezultant poate deveni negativ si masina nu mai

functioneaza. Pentru a evita acest fenomen, in general se scade fluxul dat de magnet,

masina functionand subexcitata in perioada de pornire.

Daca cuplul rezultant este pozitiv, pe masura ce turatia creste, creste si

frecventa acestor curenti, deci va creste si reactanta sistemului si cu toate ca t.e.m.

creste curentul scade, caracterul sau devine inductiv si factorul de putere se reduce.

Ca urmare a acestor efecte cuplul rezistent se reduce si efectul sau nu mai este

sesizabil.

Un fenomen asemanator apare si la masinile sincrone cu excitatie statica.

7.3 Motoare sincrone cu reluctanta variabila

Constructia acestor motoare este asemanatoare cu cea a motoarelor asincrone,

prezentand insa un intrefier ma mare. Statorul are o infasurare bi sau trifazata in stea

dispusa in crestaturi.Rotorul prezinta o anizotropie magnetica realizata fie printr-o

constructie cu poli aparenti, fie printr-un rotor segmentat, fie folosind bariere

nemagnetice, sau combinat.



Cuplul de pornire apare ca urmare a diferentei intre reactanta sincona

longitudinala si cea transversala, urmarindu-se ca aceasta sa fie cat mai mare. De

asemenea factorul de putere este cu atat mai bun ca cat raportul q

d

xx

=α este mai

mare. In general un raport α=0,2 se poate atinge destul de usor, tinzandu-se spre un

α=0,1.

Pornirea acestor motoare se face in asincron, colivia de amortizare avand si rol

de pornire, sau bariarele nemagnetice avand acest rol.

Pentru un moment de inertie mai mare sau un cuplu de sarcina mai mare,

intrarea in sincronism este mai anevoioasa, necesitand un timp mai lung. Daca cuplul

de sarcina depaseste cuplul de intrare in sincronism, motorul nu mai sincronizeaza

penduland permanent in apropierea turatiei de sincronism.

Performante superioare se obtin facand o combinatie intre un motor cu MP

(performante energetice mai bune) si unul cu reluctanta variabila(pret de cost mai



scazut), rezultand o solutie hibrida, la care magnetii permanenti (ferite de bariu) sunt

plasati intre poli si protejati de socul de curent la pornire de barierele nemagnetice.

7.4 Motoare autoreductoare

Se folosesc acolo unde sunt necesare turatii foarte mici si riguros constante,

fiind mai avantajoase decat un motor obisnuit cuplat cu un reductor.

Atat statorul cat si rotorul sunt realizate din tole cu crestaturi deschise. Pe stator

se amplaseaza o infasurare bi sau trifazata. Rotorul nu are infasurari. Numerele de

dinti statorici si rotorici sunt diferite, diferenta lor fiind un numar par.

Principiul de functionare este urmatorul: la un moment dat t, axa campului

invartitor statoric ocupa pozitia A(coincide cu axa dintilor 1 si 9, statorul avand in acest

caz 16 dinti). Datorita unui cuplun de anizotropie, rotorul se rotste si ocupa pozitia de

minima reluctanta(campul se inchide prin dintii 1’ si 10’(rotorul are 19 dinti).Dupa un

timp t=T/Z1, unde T este perioada curentului statoric, axa campului statoric ocupa

pozitia B, trecand prin dintii 2 si 10 ai statorului.Campul s-a rotit cu 22,5 grade. Ca

urmare a acestei noi pozitii, rotorul se va invarti in aceslasi sens pana ocupa o noua

pozitie de minima reluctanta, adica campul se inchide prin dintii rotorici 2’ si 11’. In

acest timp t, rotorul s-a invartit cu un unghi grade

ZZ5,222

21

=−= ππα, avand deci o

viteza de 9 ori mai mica decat campul statoric.

Pentru un caz general, viteza unghiulara este:



2

12

2

)121

21

(2)22(

ZZZ

ZZZf

TZ

ZZt−

=−

=−=∆∆=Ω ω

πππα

Exemplu, ptr Z2=400, Z1=398, f=50Hz, vom avea o turatie srotn /

41

40039840050 =−=

Pentru cresterea performantelor se poate utiliza o excitatie prin MP,

functionarea fiind identica cu cea anterioara.

De reţinut! Cea mai importantă caracteristică a motoarelor sincrone este acea ca

viteza lor de rotatie este direct proportionala cu frecventa tensiunii de

alimentare conform relatiei pfn 60

=, unde p reprezinta numarul

perechilor de poli, f este frecventa in Hz, iar n turatia in rot/min.





8.1 Motoare sincrone pas cu pas








• Familiarizarea cu constructia si comanda motoarelor pas cu pas


Transforma impulsurile electrice de tensiune in deplasari unghiulare discrete,

astfel ca la primirea unui impuls, rotorul isi schimba pozitia cu un unghi bine precizat.

Ca urmare ele se comporta ca niste convertoare electromecanice numeric-analogice.

Au o larga aplicare in sistemele de comanda automata pe baza de program a

ctionarilor masinilor-unelte, a unor mecanisme si dispozitive din comanda perifericilor

calculatoarelor. Aceste masini permit realizarea unor sisteme automate de tip discret

care nu au nevoie de legaturi inverse, deoarece stabilesc o corespondenta directa

riguros univoca intre informatia primita si deplasarea unghiulara realizata.

Constructia si comanda motoarelor pas cu pas

Se construiesc in mai multe variante putand avea unul sau mai multe statoare,

infasurari de comanda distribuite sau concentrate, rotor cu poli aparenti sau magneti

permanenti.Pentru intelegerea principiului de functionare se considera motorul din

figura de mai jos, care are un rotor cu reluctanta variabila cu o pereche de poli,

statorul avand trei perechi de poli aparenti.



Pe fiecare pol se gaseste o infasurare de comanda concentrata, si se

alimenteaza inseriindu-se infasurarile unei perechi de poli( poli opusi) cu tensiune

continua. La trecerea unui curent prin infasurarea 1-1’, rotorul este supus unui cuplu

electromagnetic sub actiunea caruia se deplaseaza pana cand axa sa se suprapune

peste axa polilor statorici.Daca se intrerupa alimentarea fazei 1-1’ si se alimenteaza 2-

2’, rotorul va lua o noua pozitie corespunzatoare axei acestor poli, deplasandu-se cu

un unghi 60

132360

2360

===

rsp pp

γgrade (1). Pentru a micsora unghiul corespunzator

unui pas se creste numarul de poli rotorici, folosindu-se un rotor multipolar.

Asa cum se poate observa din relatia 1, micsorarea unghiului de pas se poate

realiza in continuare prin marirea numarului de poli pe rotor sau stator, sau prin

folosirea masinilor cu mai multe rotoare si statoare.



O alta solutie, dezvoltata din motorul sincron autoreductor este motorul pas cu

pas reductor.

La suprafata rotorului si a pieselor polare statorice se gasesc o serie de

crestaturi deschise formand un numar de dinti cu acelasi pas pentru stator si rotor.

Dintii rotorului sunt la un moment dat pe aceeasi axa cu dintii polilor 1-1’, dar decalati

cu o treime de pas in urma fata de polii 2-2’ si cu o treime de pas inainte fata de polii

3-3’. La alimentarea succesiva a polilor statorici, rotorul se deplaseaza cu cate o

treime de pas, cautand in fiecare caz sa-si gaseasca o pozitie de reluctanta minima.

Pentru un ciclu complet in care sunt alimentati pe rand toti polii statorici, rotorul se va

deplasa cu un dinte, respectiv cu un unghi de 360/Zr. In cazul general pentru un motor

cu 2ps poli statorici, pasul de deplasare este rsp Zp2

360=γ

.

Daca miscarea directa este liniara se poate utiliza un motor pas cu pas liniar,

realizat dintr-un MP si doi electromagneti EMB si EMA si o suprafata danturata

feromagnetica. Ansamblul este mentinut suspendat cu ajutorul unei perne de aer.



In absenta curentului prin electromagnet, el se aseaza astfel incat reluctanta circuitului

sau magnetic pentru liniile de camp ale magnetului permanent sa fie minima (EMA a).

Alimentarea unui electromagnet este astfel realizata incat sa anuleze campul produs

de MP sub un capat al electromagnetului si sa-l majoreze sub celalalt (a EMB). Daca

in tactul urmator se alimenteaza EMA si se decupleaza EMB (b), se vede ca pentru a

avea reluctanta minima ansamblul se deplaseaza un sfert de pas dentar. La o noua

modificare a alimentarii avem o noua deplasare (c), respectiv la un ciclu avem o

deplasare de un pas.

Utilizand doua astfel de motoare cu directii de deplasare perpendiculare se poate

obtine un sistem cu deplasare pe doua axe.

Schema de principiu a alimentarii motoarelor pas cu pas este prezentata in figura de

mai jos, cele m faze fiind alimentate prin m tranzistoare de putere fiecare functionand un timp

de T/m.



Pentru frecvente reduse de alimentare, curentul are practic forma tensiunii de

puls dreptunghiular, deoarece perioada acestor pulsuri este mult mai mare decat

constanta de timp a infasurarilor(apros10ms) (b). La frecvente mai ridicate perioada de

repetitie a pulsurilor de tensiune devine de acelasi ordin de marime sau chiar mai mica

decat constanta de timp a infasurarii, iar in infasurare incep sa se induca t.e.m. de

rotatie de valoare importanta si ca urmare, curentul nu mai poate atinge valoarea sa

initiala, ceea ce are ca efect o scadere a cuplului electromagnetic produs de masina.

Pentru imbunatatirea performantelot motoarelor pas cu pas se pot utiliza diferite

metode cum ar fi: introducerea de rezistente in serie cu fazele motorului, alimentarea

de la o sursa de curent constant. O alta solutie este utilizarea unei a doua surse de

tensiune mai mare, sursa care sa asigure pentru un timp scurt un puls de tensiune

care sa produca o crestere accelerata a curentului din infasurare.

Motoare sincrone pas cu pas cu 2 infasurari de comanda respectiv cu una



In figura a se poate vedea schematic un astfel de motor, iar in b este prezentata

variatia cuplului cu unghiul dintre axa infasurarii alimentate si axa rotorului.

Caracteristicile unghiulare ale mpp cu MP

M=-kmΨ0I sinθ – reprezinta ecuatia cuplului electromagnetic produs asupra unui MP

sau a unei armaturi cu excitatie electromagnetica, si in care: Ψ0 este fluxul produs de MP sau

infasurarea de excitatie, I curentul din infasurarea de comanda,iar θ unghiul dintre axele celor

doua sisteme.



Cuplul de sarcina limita pentru care motorul poate functiona este dat de relatia:

Ml=Msmaxcos(π/m), unde m- numarul de faze ale masinii. Se poate observa astfel ca

un astfel de motor trebuie sa aiba minim doua faze pentru a demara.

Este posibila functionarea cu doua sau chiar o singura faza, daca dantura

statorica este asimetrica si ca urmare caracteristica mecanica este deformata (fig b de

la mot cu 2 infasurari).

De reţinut! Motoare sincrone pas cu pas transforma impulsurile electrice de

tensiune in deplasari unghiulare discrete, astfel ca la primirea unui

impuls, rotorul isi schimba pozitia cu un unghi bine precizat. Ca urmare

ele se comporta ca niste convertoare electromecanice numeric-

analogice.

Au o larga aplicare in sistemele de comanda automata pe baza de

program a ctionarilor masinilor-unelte, a unor mecanisme si dispozitive

din comanda perifericilor calculatoarelor. Aceste masini permit

realizarea unor sisteme automate de tip discret care nu au nevoie de



legaturi inverse, deoarece stabilesc o corespondenta directa riguros

univoca intre informatia primita si deplasarea unghiulara realizata.





9.1 Motoare asincrone liniare








• Familiarizarea cu Motoare asincrone liniare

9.1 Motoare asincrone liniare

Masina liniara provine din cea rotativa prin sectionarea acesteia dupa o raza si

desfasurarea acesteia in plan, putandu-se realiza in principiu masini liniare de toate

tipurile de masini electrice rotative clasice.

Motorul asincron liniar consta dintr-un miez feromagnetic prevazut cu crestaturi

în care se plaseaza infasurarea trifazata, alimentata de la un sistem trifazat de

tensiuni, aceasta fiind inductorul masinii.

In vecinatatea inductorului pe partea cu crestaturile, se plaseaza indusul masinii

care de obicei are o forma simpla, fiind format din doua placi, una de aluminiu sau

cupru prin care se inchid curentii determinati de tensiunile electromotoare induse si o

placa de fier care ajuta la inchiderea fluxului magnetic.

Prin punerea sub tensiune a infasurarii primare in spirele acesteia vor lua

nastere curenti care datorita dispunerii infasurarii primare si faptului ca sistemul de

tensiuni este trifazat echilibrat, vor da nastere unui camp magnetic alunecator similar

campului de la masinile electrice rotative.

Campul magnetic creat de inductor va produce in indus tensiuni electromotoare

care vor da nastere la curenti de forma celor din figura de mai jos:



Din interactiunea campului magnetic B si a curentilor din indus I, rezulta forta de

propulsie f care va deplasa inductorul fata de indus. Componentele laterale ale

curentului din indus determina fortele neutile transversale (efectul transversal) f1 si f2.

Un alt fenomen specific masinilor liniare este efectul longitudinal sau de capat, care

consta in satbilirea curentilor electrici în indus atunci cand placa intra in campul

magnetic al inductorului şi in stingerea lor atunci cand placa iese din camp.

Daca indusul este simetric fata de inductor, atunci fortele f1 si f2 sunt egale si de

sens opus si deci nu apare componenta transversala a fortei rezultante.

De asemenea existenta campului magnetic B in intrefierul motorului da nastere

si la o forta normala de atractie intre inductor si indus. Aceasta forta este micsorata de

componenta de levitatie a fortei curentilor din indus si in unele situatii forta rezultanta

poate fi de levitatie, tinzand sa mareasca intrefierul.

Viteza de deplasare rezulta din relatia omoloaga de la masina rotativa: n1=f1/p

deci 11111 222 fnpRnRv ττπ ===Ω=

1

1

vvvs −

=

si frecventa curentilor rotorici este f2=sf1.

Valoarea alunecarii motorului este cu atat mai mica cu cat materialul indusului

are conductibilitatea mai mare, de asemenea randamentul masinii creste odata cu

scaderea alunecarii.

In figura urmatoare sunt date caracteristicile mecanice ale unui motor liniar

pentru trei tipuri de indusuri:



Caracteristicile de functionare )()(),(cos),( 1 vfrespectivFvfIvfvf ==== ϕη

pentru un motor cu indusul din aluminiu pe fier masiv, avand o viteza de 6m/s la

f1=50Hz, sunt date in figura urmatoare:

Din punct de vedere constructiv indusul motorului liniar poate fi sub forma plana

sau tubulara.



Din punct de vedere a lungimii inductorului fata de indus, masinile liniare pot fi:

cu indus lung si inductor scurt si masini cu indus scurt si inductor lung. Varianta cu

indus scurt si inductor lung se foloseste in actionarile pe distante reduse si nu pune

probleme la captarea curentului, inductorul fiind fix.

Regimul de generator se obtine la v>v1, iar regimul de frana pentru v<0.

Masina sincrona liniara se foloseste ca motor in special la transportul de mare

viteza, la vehiculele magnetice cu suspensie pe perna magnetica sau pe perne de aer.

In transportul de mica viteza, unde motorul liniar are performante mai mici, se

foloseste la actionarea podurilor rulante, a transportoarelor, a usilor glisante, etc.

Regulatorul de inductie

-trifazat ;

-monofazat.

Tensiunea U2 estte rezultatul sumei vectorilor U1 si Us :

U2=U1+Us putand avea valorile extreme U2=U1+Us respectiv U2=U1-Us.



De reţinut! Motorul asincron liniar consta dintr-un miez feromagnetic prevazut cu

crestaturi în care se plaseaza infasurarea trifazata, alimentata de la un

sistem trifazat de tensiuni, aceasta fiind inductorul masinii.





10.1 Selsine









• Familiarizarea cu functionarea selsinelor

10.1 Selsine

Selsinele sunt micromasini speciale, asemanatoare masinilor sincrone sau

asincrone cu inele, care semnalizeaza o eroare de unghi. Au legatura cu masinile

electrice doar prin elementele constructive, caci in sistemele de pozitionare

indeplinesc rolul de comparator si traductor de pozitie.

Din punct de vedere constructiv : -stator

-rotor

Ca regim de functionare, selsinele se pot gasi in urmatorele situatii:

- in regim indicator;

- in regim transformator;

- in regim diferential.

1.In regim indicator, rotorul selsinului receptor – care urmareste rotorul

selsinului emitator - este cuplat cu un aparat indicator, putandu-se urmari astfel

miscarea elementului care ne intereseaza.

Schema de conexiuni a selsinelor in regim indicator.



Ae Ar iA θe θr Be Ce iC Br Cr iB ~u

Cele doua infasurari monofazate rotorice sunt alimentate de la aceeasi retea de curent

alternativ,iar infăşurarile statorice trifazate au legate intre ele fazele omoloage. Daca la un

moment dat unghiul făcut de infaşurarea rotorică a selsinului emiţător, diferă de unghiul făcut

de infăşurarea rotorică a selsinului receptor, atunci tensiunile induse in infăşurările statorice

omoloage sunt diferite , ceea ce duce la apariţia curenţilor între acestea. Curenţii din

înfăşurarea statorică a selsinului receptor (dar şi a celui emiţător) vor interacţiona cu curentul

din infăşurarea rotorică si vor produce un cuplu, care va face ca rotorul sa se rotească până

când curenţii se anulează, moment in care cele două rotoare au aceeasi poziţie faţă de

stator.

Valoarea cuplului care actioneaza asupra rotorului este dependenta de unghiul de

defazaj dintre cele doua rotoare:

M=Mmaxsinθ, unde θ=θe-θr – defazajul.

Explicaţiile de mai sus sunt descrise matematic astfel:

Curentul prin înfăşurarea monofazată a fiecărui selsiniu (ele fiind identice şi alimentate

de la aceeaşi sursă este i=Im * sinωt fluxul produs de aceste înfăşurări este

Ψ=Ψm * sinωt ceea ce va produce la apariţia în înfăşurările trifazate la tensiunile

electromotoare

eAe= -Em * cosωt * cosΘe;

eBe= -Em * cosωt * cos(Θe-2π/3); -tensiunile induse în înfăşurările selsinului



eCe= -Em * cosωt * cos(Θe-4π/3); emiţător.

respectiv eAr= Em * cosωt * cosΘr;

eBr= Em * cosωt * cos(Θr-2π/3); -tensiunile induse în înfăşurările

selsinului

eCr= Em * cosωt * cos(Θr-4π/3); receptor.

Ca urmare a diferenţelor tensiunilor electromotore induse pe fazele omoloage a

celor două selsine eA= eAr- eAe=2Emcosωt sin[(Θr-Θe)/2]sin[(Θr+Θe)/2];

eB= eBr- eBe=2Emcosωt sin[(Θr-Θe)/2]sin[(Θr+Θe)/2-2π/3];

eC= eCr- eCe=2Emcosωt sin[(Θr-Θe)/2]sin[(Θr+Θe)/2-4π/3];

vor rezulta curenţii care circulă prin înfăşurările de sincronizare, de forma:

iA= Im * cos(ωt-φ) * sinΘ/2*sin(Θe-Θ/2) ;

iB= Im * cos(ωt-φ) * sinΘ/2*sin(Θe-Θ/2-2π/3) ;

iC= Im * cos(ωt-φ) * sinΘ/2*sin(Θe-Θ/2-4π/3) ;

Aceşti curenţi interacţionează cu fluxul produs de înfăşurarea monofazată

producând cuplul util. Se observă că, curenţii se anulează când unghiul de defazaj Θ,

devine zero.

2.In regim de transformator, rotorul selsinului receptor este ca secundarul

unui transformator de unde se preia un semnal ce este transmis unui amplificator, care

va comanda un servomotor pentru a actiona un element de executie . Rotorul

selsinului receptor este cuplat mecanic cu axul sevomotorului si pe masura ce se

executa miscarea semnalul scade pana cand se va anula complet, moment in care

pozitiile rotoarelor celor doua selsine sunt identice.

Schema bloc a unui sistem de pozitionare unghiulara cu selsine

Θe Θr

PC SE SR A SM R S



Schema de conexiuni in regim de transformator Ae Ar θe θr α Be Ce Br Cr i ~u i=Im * sinωt Ψ=Ψm * sinωt eAe= -Em * cosωt * cosΘe; iA= -Im * cos(ωt-φ) * cosΘe ; eBe= -Em * cosωt * cos(Θe-2π/3); (1) iB=-Im*cos(ωt-φ) cos(Θe-2π/3); (2) eCe= -Em * cosωt * cos(Θe-4π/3); iC=-Im*cos(ωt-φ) * cos(Θe-4π/3); Sistemul de curenti (2) care strabate infasurarile selsinului receptor in sens invers vor

produce urmatoarele campuri magnetice corespunzatoare:

BAr=B * cos(ωt-φ) * cosΘe * cos(α+Θr)

BBr=B * cos(ωt-φ) * cos(Θe-2π/3) * cos(α+Θr-2π/3) (3)

BCr=B * cos(ωt-φ) * cos(Θe-4π/3) * cos(α+Θr-4π/3)

Rezultanta :

Br=3/2 * B * cos(ωt-φ) * cos(α-Θ) unde Θ=Θe-Θr;

Componenta longitudinala a acestui camp este :

A

S



Brd=3/2 * Bcos(ωt-φ) * cosΘ * cosα ,

si aceasta induce un flux fascicular in infasurarea rotorica a selsinului receptor:

Ψd=Ψm * cos(ωt-φ) * cosΘ er= -Er * sin(ωt-φ) * cosΘ.

Datorită faptului că se obţine o tensiune cosinusoidală care nu se anulează

când defazajul Θ devine zero, se modifică unghiul iniţial Θr Θr-π/2

Cativa parametrii care caracterizeaza functionarea selsinelor in regim

transformator:

- (dEr/dΘ)Θ=0 –tensiune specifică de iesire sau tensiune unitară, care

reprezintă panta tangentei în origine a funcţiei Er=f(Θ), Er fiind valoarea efectiva. Cu

cat aceasta tensiune este mai mare cu atat sistemul functioneaza mai precis. (

0.5….1.5 V/grad);

- tensiunea remanenta= tensiune la bornele de iesire a selsinului receptor cand

Θ=0, care pentru selsinele de bună fabricaţie este de 0.2…0.5 V. Această tensiune de

ieşire este o sursă de erori a sistemului, putând provoca intrarea în funcţiune a

amplificatorului de putere, fără ca sistemul să fi primit vreo comandă;

- puterea specifică sau unitară de ieşire, care reprezintă puterea

corespunzătoare unui unghi de dezacord de un grad dintre selsinuri;

- mai intereseaza si caracteristicile: P0=f(Θ), I0=f(Θ), une P0 este puterea

activă, I0 curentul, absorbite de selsinul emiţător din reţea.

3.In regim diferential, intre selsinul emitator si cel receptor se mai interpune

unul care pe langa comanda de la selsinul emitator mai poate primi o comanda din

exterior, el la randul sau transmitand selsinului receptor suma celor doua semnale.

Schema bloc a unui sistem de pozitionare cu selsine diferenţiale

Θc Θe Θr Θr

PC SE SD SR A M R S



Schema de conexiuni a selsinului diferential

Ae AD Ar ΘC Θr Θe Cr Be CE BD Br CD ~U

In practica sunt cazuri care necesita functionarea in paralel a doua sau mai multe

selsine receptoare.

Conditii de buna functionare:

- acelasi tip;

- aceeasi clasa de precizie;

- identic incarcate.

Selsine fara contacte alunecatoare

A



Erori care apar in functionare, de diferite origini:

- electromagnetice;

- mecanice;

- de exploatare.

Electromagnetice: acestea pot fi atat pozitive (rotorul selsinului receptor

ramane in urma celui emitator), cat si negative (invers).

Cauze:

anizotropia proprietatilor magnetice ale otelului electrotehnic utilizat;

rezistente diferite ale infasurarilor;

scurtcircuite locale intre spire.

Mecanice: sunt intotdeauna pozitive si pot fi cauzate de:

- frecarile in paliere si la perii;

- neuniformitatea intrefierului;

- imprecizia echilibrarii rotorului.

Erori de exploatare:

- variatia tensiunii retelei de alimentare;

- variatia frecventei, a temperaturii etc.

Media erorilor maxime pentru cele doua sensuri de deplasare unghiulara se

numeste eroare maxima a selsinului si dicteaza clasa sa de precizie

Clase de precizie I II III

Emitator 0.25% 0.5% 1%



Receptor 0.75% 1.5% 2.5%


Transforma impulsurile electrice de tensiune in deplasari unghiulare discrete, astfel ca

la primirea unui impuls, rotorul isi schimba pozitia cu un unghi bine precizat. Ca urmare ele

se comporta ca niste convertoare electromecanice numeric-analogice.

Au o larga aplicare in sistemele de comanda automata pe baza de program a

ctionarilor masinilor-unelte, a unor mecanisme si dispozitive din comanda perifericilor

calculatoarelor. Aceste masini permit realizarea unor sisteme automate de tip discret care nu

au nevoie de legaturi inverse, deoarece stabilesc o corespondenta directa riguros univoca

intre informatia primita si deplasarea unghiulara realizata.

Constructia si comanda motoarelor pas cu pas

Se construiesc in mai multe variante putand avea unul sau mai multe statoare,

infasurari de comanda distribuite sau concentrate, rotor cu poli aparenti sau magneti

permanenti.Pentru intelegerea principiului de functionare se considera motorul din figura de

mai jos, care are un rotor cu reluctanta variabila cu o pereche de poli, statorul avand trei

perechi de poli aparenti.

Pe fiecare pol se gaseste o infasurare de comanda concentrata, si se alimenteaza

inseriindu-se infasurarile unei perechi de poli( poli opusi) cu tensiune continua. La

trecerea unui curent prin infasurarea 1-1’, rotorul este supus unui cuplu

electromagnetic sub actiunea caruia se deplaseaza pana cand axa sa se suprapune

peste axa polilor statorici.Daca se intrerupa alimentarea fazei 1-1’ si se alimenteaza 2-

2’, rotorul va lua o noua pozitie corespunzatoare axei acestor poli, deplasandu-se cu

un unghi 60

132360

2360

===

rsp pp

γgrade (1). Pentru a micsora unghiul corespunzator

unui pas se creste numarul de poli rotorici, folosindu-se un rotor multipolar.



Asa cum se poate observa din relatia 1, micsorarea unghiului de pas se poate

realiza in continuare prin marirea numarului de poli pe rotor sau stator, sau prin

folosirea masinilor cu mai multe rotoare si statoare.

O alta solutie, dezvoltata din motorul sincron autoreductor este motorul pas cu

pas reductor.

La suprafata rotorului si a pieselor polare statorice se gasesc o serie de

crestaturi deschise formand un numar de dinti cu acelasi pas pentru stator si rotor.

Dintii rotorului sunt la un moment dat pe aceeasi axa cu dintii polilor 1-1’, dar decalati

cu o treime de pas in urma fata de polii 2-2’ si cu o treime de pas inainte fata de polii

3-3’. La alimentarea succesiva a polilor statorici, rotorul se deplaseaza cu cate o

treime de pas, cautand in fiecare caz sa-si gaseasca o pozitie de reluctanta minima.

Pentru un ciclu complet in care sunt alimentati pe rand toti polii statorici, rotorul se va

deplasa cu un dinte, respectiv cu un unghi de 360/Zr. In cazul general pentru un motor

cu 2ps poli statorici, pasul de deplasare este rsp Zp2

360=γ

.

Daca miscarea directa este liniara se poate utiliza un motor pas cu pas liniar,

realizat dintr-un MP si doi electromagneti EMB si EMA si o suprafata danturata

feromagnetica. Ansamblul este mentinut suspendat cu ajutorul unei perne de aer.

In absenta curentului prin electromagnet, el se aseaza astfel incat reluctanta

circuitului sau magnetic pentru liniile de camp ale magnetului permanent sa fie minima

(EMA a). Alimentarea unui electromagnet este astfel realizata incat sa anuleze campul

produs de MP sub un capat al electromagnetului si sa-l majoreze sub celalalt (a EMB).

Daca in tactul urmator se alimenteaza EMA si se decupleaza EMB (b), se vede ca

pentru a avea reluctanta minima ansamblul se deplaseaza un sfert de pas dentar. La o

noua modificare a alimentarii avem o noua deplasare (c), respectiv la un ciclu avem o

deplasare de un pas.

Utilizand doua astfel de motoare cu directii de deplasare perpendiculare se

poate obtine un sistem cu deplasare pe doua axe.

Schema de principiu a alimentarii motoarelor pas cu pas este prezentata in

figura de mai jos, cele m faze fiind alimentate prin m tranzistoare de putere fiecare

functionand un timp de T/m.

Pentru frecvente reduse de alimentare, curentul are practic forma tensiunii de

puls dreptunghiular, deoarece perioada acestor pulsuri este mult mai mare decat



constanta de timp a infasurarilor(apros10ms) (b). La frecvente mai ridicate perioada de

repetitie a pulsurilor de tensiune devine de acelasi ordin de marime sau chiar mai mica

decat constanta de timp a infasurarii, iar in infasurare incep sa se induca t.e.m. de

rotatie de valoare importanta si ca urmare, curentul nu mai poate atinge valoarea sa

initiala, ceea ce are ca efect o scadere a cuplului electromagnetic produs de masina.

Pentru imbunatatirea performantelot motoarelor pas cu pas se pot utiliza diferite

metode cum ar fi: introducerea de rezistente in serie cu fazele motorului, alimentarea

de la o sursa de curent constant. O alta solutie este utilizarea unei a doua surse de

tensiune mai mare, sursa care sa asigure pentru un timp scurt un puls de tensiune

care sa produca o crestere accelerata a curentului din infasurare.

De reţinut! Conditii de buna functionare in paralel a doua sau mai multe selsine

receptoare:

- acelasi tip;

- aceeasi clasa de precizie;

- identic incarcate.

Motoarele sincrone pas cu pas transforma impulsurile electrice de

tensiune in deplasari unghiulare discrete, astfel ca la primirea unui

impuls, rotorul isi schimba pozitia cu un unghi bine precizat. Ca urmare

ele se comporta ca niste convertoare electromecanice numeric-

analogice





11.1 Transformatoare de curent

11.2 Transformatoare de tensiune








• Familiarizarea cu functionarea si utilizarea Transformatoarelor de masura

11.1 Transformatoare de curent

Puterile pentru care se construiesc transformatoarele de masura sunt de la 5VA

la cateva sute de VA.

Transformatoare de curent

Au infasurarea primara conectata in circuitul al carui curent trebuie masurat, iar

la bornele secundare este conectat un consumator cu impedanta mica - un

ampermetru, sau bobinele de curent a releelor.

Schema de conectare a unui transformator de curent

Pornind de la schema electrica echivalenta, se poate scrie urmatoarea relaţie

conform teoremei a II-a a lui Kirchhoff:

Z1 I1 I2’ Z2’

Z1m Z’



Z1m(I1+I2’)+Z’ I2’+Z2’I2’=0 de unde se obţine curentul

1''21

1'2 I

ZZZZI

m

m

++−=

.

Astfel eroarea de curent este data de raportul:

( ) ( )1001

2''21

2''21

21

21

1

1'2

−

+++++

+=

−=

XXXRRR

XRIIIf

mm

mmi

% , iar eroarea de unghi

( ) ( )( ) ( ).''

211''

211

''21

''21

XXXXRRRR

XXRRRXtg

mmmm

mmii

+++++

+−+=≈ δδ

Aceste erori depind atat de frecventa prin reactante cat si de sarcina

transformatorului prin impedanta acesteia. Aceste abateri au valori cu atat mai mici cu

cat impedantele Z2’ si Z’ sunt mai mici si cu cat R1m si X1m sunt mai mari.

Mijlocul cel mai utilizat pentru compensarea erorii de curent este acela de a

realiza infasurarea secundara cu una sau mai multe spire mai putin decat corespunde

raportul nominal. In afara de aceasta metoda sunt si altele in care se cauta marirea

impedantei Z1m sau reducerea impedantei Z2’ odata cu cresterea curentului I1. In raport

cu valoarea erorii de curent, transformatoarele pot avea urmatoarele clase de precizie:

0.2;0.5;1;3;10. Aceste numere reprezinta eroarea in procente din curentul nominal.

Eroarea de unghi se da in grade sexagesimale si este de 10,40 si 80 de minute

pentru primele trei clase, pentru celelalte nu se limiteaza.

Aceste transformatoare se construiesc pentru curenti secundari de 1 si 5A si

tensiuni de lucru de la 0,5 pana la 400 kV. Pana la 3kV se construiesc ca

transformatoare uscate, iar pentru tensiuni mai mari, ca transformatoare in ulei.

Aceste transformatoare lucreaza intr-un regim apropiat de cel in scurtcircuit,

solicitarea magnetica a miezului fiind cu valori intre 0,05…0,2T. Daca un transformator

de curent ramane in gol, atunci are loc o magnetizare puternica a circuitului magnetic

de catre curentul primar, ceea ce duce la o crestere mare a tensiunii secundare

putandu-se astfel avaria transformatorul si accidenta personalul. De asemenea

datorita acestui flux mare, circuitul magnetic se incalzeste puternic. Transformatoarele

obisnuite au un dispozitiv de scurtcircuitare, cu care se scurtcircuiteaza mai intai

barele secundare, numai apoi se deconecteaza aparatul de masura.

Ca o regula generala pentru protectia personalului care lucreaza cu aceste

transformatoare, totdeauna secundarul va fi legat la pamant.



11.2 Transformatoare de tensiune

Infasurarea primara este conectata la tensiunea care trebuie masurata, iar la

bornele secundare este conectat un voltmetru sau circuitele de tensiune ale releelor.

Sarcina unui transformator de tensiune are practic numai rezistenta electrica,

inductivitatea fiind neglijabila.

Pornind de la schema si ecuatiile generale ale transformatorului se obtine

tensiunea secundara raportata la primar

( ) 1''211

''2 U

ZZCZZU

++−=

unde m

m

ZZZC1

111

+=

Eroarea de unghi este fu=%100

1

1'2

UUU −

Clasele transformatoarelor de tensiune sunt 0,2;0,5;1;3, aceste cifre

reprezentand erorile in procente pentru clasa respectiva. Erorile de unghi sunt de

10,20 si 40 minutesexagesimale. De obicei aceste transformatoare au o inductie

magnetica in jug de 0,7..0,8 T, se recomanda ca pierderile in fier sa fie cat mai mici,

circuitul magnetic se realizeaza din tole de foarte buna calitate.Pentru tensiuni de

pana la 1kV se executa uscate, pentru tensiuni mai mari se executa cu infasurari

ingropate in diferite rasini sau in ulei

De reţinut! Transformatoare de curent au infasurarea primara conectata in

circuitul al carui curent trebuie masurat, iar la bornele secundare este

conectat un consumator cu impedanta mica - un ampermetru, sau

bobinele de curent a releelor.

Transformatoare de tensiune au infasurarea primara conectata la

tensiunea care trebuie masurata, iar la bornele secundare este conectat

un voltmetru sau circuitele de tensiune ale releelor. Sarcina unui

transformator de tensiune are practic numai rezistenta electrica,

inductivitatea fiind neglijabila.

Convertoare electromecanice

Documents

Transcript of Convertoare electromecanice