Monofazate şi bifazate - UTCluj · al motorului monofazat este nul;-motorul se poate roti spre...
Transcript of Monofazate şi bifazate - UTCluj · al motorului monofazat este nul;-motorul se poate roti spre...
Maşini
de inducţie
speciale
Monofazate
şi bifazate
Motoare de inducţie cu o înfăşurare
Sunt construite rar.
Construcţia : -
circuit magnetic clasic,- înfăşurarea statorică ocupă 2/3 din crestăturile statorice,- înfăşurarea rotorică în colivie, deobicei cu bare înclinate.
Funcţionarea: -
înfăşurarea statorică alimentată produce o solenaşie pulsatorie.
- Câmpul statoric este pulsator- Induce t.e.m. şi în înfăşurarea rotorică închisă,- curenţii rotorici determină o solenaţie pulsatorie,
în opziţie cu cel statoric,- cuplul este nul.- Motorul funcţionează ca un transformator monofazat
în scurtcircuit .
FR
FS
ERα
Motoare de inducţie cu o înfăşurare
Trebuie creat un câmp învărtitor1-
mişcarea mecanică a rotorului.
ωS
ωS
Cele doua cupluri determinate sunt egale şi de sensuri opuse.Cuplul rezultat este nul.
În rotor se induce şi o conponentă de t.e.m. de rotaţie, care este în fază cu fluxul.
ERr
FR
FS
FR
FS
ERα
α
T.e.m. rezultantă în rotor determină curentul
rotoric şi solenaţia rotorică defazată faţă de
cea statorică - deci se exercită un cuplu în sensul de mişcare al rotorului.
Câmpul magnetic pulsator este echivalent cu două cîmpuri învărtitoare egale şi care se rotesc în sensuri opuse cu viteze egale.
Maşina este echivalentă cu două maşini cu axele cuplate.
Motoare de inducţie cu o înfăşurare
s
Trap
0 0.5 1 1.5 2-1
-0.5
0
0.5
1
Ti
TdT
-cuplul de pornire Tp
al motorului monofazat este nul;
-motorul se poate roti spre dreapta sau spre stânga cu acelaşi cuplu, regimul de rotor este pentru alunecări 0 < s< 2;
- alunecarea ideală de mers în gol s'o
> 0 deci motorul are o turaţie ideală de mers în gol n'o
< ns;
- nu există regim de frână propriu zis, ci numai regim de generator,pentru s > 2 şi s < 0
( )ε
ε
⋅++
+⋅=
2
12
ss
ssT
Tk
k
k
Cuplul
electromagnetic tipasincron
Motoare de inducţie cu două înfăşurări statorice
cu două înfăşurări statorice identice se execută cu rotor :-
clasic,
cu două înfăşurări nesimetrice se execută:
-nemagnetic sau masiv astfel încât alunecarea critică a rotorului sk > 1. Aceste motoare cu rotor nemagnetic se mai numesc şi servomotoare bifazate.
- cu poli înecaţi sau aparenţi cu a doua înfăşurare în scurtcircuit, numite şi motoare cu poli ecranaţi sau cu spira în scurtcitcuit.
- cu poli înecaţi cu rotor clasic, şi se mai numesc şi motoare monofazate cu fază auxiliară,
2. Folosirea
unei
înfăşurări
suplimentare
Servomotoare de inducţie bifazate
Cerinţe: - moment de inerţie
redus,-
cuplu
de frânare,
-
caracteristici
liniare
Construcţia micromotorului de inducţie cu rotor pahar.
Funcţionarea servomotoarelor de inducţie bifazate.
Caracteristicile
mecanice
ale servomotoarelor
bifazate.
Ti
TdT/Tk
s
0 0.5 1 1.5 2-1
-0.5
0
0.5
1
s
Ti
Td
T/Tk
0 0.5 1 1.5 2-0.5
0
0.5
1
1.5
a b
Modelul
matematic
I2
F1I1
F2
Schema electrică
a maşinii
bifazate
simetrice
αjeFFF 21 +=
dacă k = 1 şi α = π/2
( )
( )α
α
ji
jd
jkeFF
jkeFF
+=
+= −
121
121
1
1
α
α
-
unghiul
dintre
axele
înfăşurărilor
Expresiile
solenaţiilor
directe
şi inverse:
Motor bifazat cu înfăşurări identice
Modelul
matematic
s
Ti
Td
T/Tk
0 0.5 1 1.5 2-0.5
0
0.5
1
1.5 Se constata că:i) Motorul are un cuplu de pornire
cu atât mai mare cu cât câmpul invers este mai mic.
Caracteristica
mecanică iii) Caracteristica mecanică în domeniul de motor este aproape liniară (depinde de construcţia rotorului).
ii) Motorul are cuplu pozitiv în domeniul so < s < 1, deci lucreaza ca motor numai într-un singur sens de rotaţie.
Comanda servomotoarelor de inducţie bifazate.Expresia caracteristicii mecanice cu condiţia s << sk rezultă:
ssT = Tk
k ⋅⋅2
s RU p3 = T k
R
2S
k ω⋅
s T = sRU p3 2 = T md
R
2d
d ⋅⋅ω
s)- .(2T - .sT = T - T = T mimdid
1)] - (s 2k + 1 [kT= T
2
md −⋅⋅ αsin
Cuplul
rezultat
Folosind
notaţia
Cuplul critic
Cuplul direct
αj
i
d ekUU
⋅=
Comanda servomotoarelor de inducţie bifazate. s- 1 = = siT =
TT
srap
mdν
Ω
Ω
να2
1sin2kkTrap
+−⋅=
din care rezultă:i) dacă tensiunile de alimentare sunt în fază α
= 0 motorulare câmp pulsator
şi dezvoltă cuplu negativ
la ν≠0, deci frânează.Nu are cuplu de pornire;
αsin⋅= kTprap
notând
iii) cuplul de pornire
depinde de amplitudinea şi faza tensiunii de comandă;
ii) panta caracteristicii este determinată de raportul tensiunilor;
Expresia cuplului raportat
Comanda servomotoarelor de inducţie bifazate.
0.
5
k = 1
Ue
= ct
α
= 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1ν
Trap
0
0.2
0.4
0.6
0.8
comandă
de amplitudine
450
α
= 0
k = 1
Ue
= ct
0 0.2 0.4 0.6 0.8ν
Trap
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1
comandă
de fază
0.5
k = 1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Trap
ν0
0.2
0.4
0.6
0.8
condensator
comandă
mixtă
Caracteristicile
mecanice
ale servomotorului
bifazat
cu rotor pahar
pentru
diverse procedee
de comandă.
Comanda servomotoarelor de inducţie bifazate.
Caracteristicile de reglare 21sin
2k
Tk rap
+−⋅
=α
ν
B - AUj - = U 2ec ν
ν
Regimul
de generator. Una
din înfăşurări
se alimentează
Construcţia
şi funcţionarea
motoarelor
de inducţie monofazate
cu fază
auxiliară
Schema electrica
a masinii
cu faza
auxiliara
I2F1
I1
F2 Z
Z + ZU = Iaux sc
aux
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
⋅⋅⋅=2maxϕϕ sc
auxprTp tgIIKT
unde: KT
-
este constanta de cuplu a maşinii, ϕ -
este argumentul impedanţei Z .iar
ϕsc -este argumentul impedanţei de scurtcircuit al fazeiprincipale Zscpr
.
Construcţia
şi funcţionarea
motoarelor
de inducţie monofazate
cu fază
auxiliară
Diagrama curenţilor la pornire cu rezistenţă.
ϕp
IprscR
Iauxsc
B
ϕsc
A
0 C
Iauxp
ℜe
-ℑm
Diagrama curenţilor la pornire cu condensator.
ℜe
Iprsc
Iauxsc
A
0
C
Iauxp XC
B
-ℑm
ϕsc
ϕp
Cuplul de pornire este proporţional cu lungimea segmentului AB.
Construcţia
şi funcţionarea
motoarelor
de inducţie monofazate
cu fază
auxiliară
Caracteristicile
tipice
ale motoarelor
monofazate
cu condensator.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-0.5
0
0.5
1
1.5
2
1
2
3
Trap
s
1- fără codensator
2-cu condensator de lucru
3-
cu condensator de pornire
Constructia şi functionarea motoarelor monofazate cu poli ecranaţi
Construcţia micromotoarele
cu poli
ecranaţi
bipolare
a b
Constructia şi functionarea motoarelor monofazate cu poli ecranaţi
Construcţia micromotoarele
cu patru
poli
ecranaţi
φ2
Construcţia şi schema micromotorul cu poli ecranaţi
Ie
I1
φ1n
π
τ
bp
δ α
Ie
F2F1I1
φ1e α
α < π/2 Solenaţia F1 = F1n
+ F1e
F1n
determină fluxul Φ1n
F1e
determină fluxul Φ1e
Sunt în fază
Defazat în spaţiu
Compunerea solenaţiilor şi fluxurilor în timp
φe Fe
φ1e
F1e
Eeϕ
β
F1e + Fe
= F2
Compunerea solenaţiilor motorului cu poli ecranaţi
( )) - t( e F = F
t F = Fj
2m
mn
βω
ωα ⋅⋅⋅
⋅⋅
sin
sin
2
11
e )e F + F( 2j1 -
e e F +F( 2j1 = F
tj) + j(2m1m
tj) - j(2m1m
ωβα
ωβα −)
Defazat în timp β < π/2
φ2
F2
Se presupun solenaţii sinusoidale
Solenaţia rezultantă
Folosind:( )
jeet
tjtj
⋅−
=⋅−
2sin
ωω
ω
e )e F + F( 2j1 - e e F +F(
2j1 = F tj) + j(
2m1mtj) - j(
2m1mωβαωβα −)
( )e F + F21j = F )+j(
2m1miαβ
Ca suma a
două
solenaţii
învârtitoare
de amplitudini
diferite, care se rotesc
în
sensuri
opuse
cu viteze
egale.
Compunerea
a două
câmpuri
pulsatorii.
tji
tjd eFeFF ωω −+=Se poate scrie:
( ) e F + F 21j - = F )-j(
2m1mdβαSolenaţia învărtitoare directă
Solenaţia învărtitoare inversă
γ+β
F2
F2
F
γ-β
F1
ℜe
ℑm
( ) e F + F 21j - = F )-j(
2m1mdβγ
( )e F + F21j = F )+j(
2m1miγβ
Compunerea
a două
solenaţii
pulsatorii.
Fi
Fd
FdF i
Schema echivalentă a circuitului magnetic al motoarelor monofazate cu poli ecranaţi
e
p
n
p
bbFFsi
bbF
δδ
φφℜ+
=ℜ
= 212
11
Cuplul
motorulului
monofazat
cu poli
ecranaţi
Solenaţia maşinii conţine armonici de ordinul 3, 5, 7,
cele mai mari fiind cele de ordinul 3.
( ) 2313
3
33 −=
−−=
−= s
nnsn
n
nn
sS
SS
S
S
cuplu T3 de tip asincron care se anulează pentru s3 = 0, respectiv s = 2/3.
Alunecarea rotorului faţă de acest câmp armonică este:
Solenaţia învârtitoare armonică de ordinul trei fiind spaţiala şi eliptică are viteza mai mică de trei ori decât solenaţia învârtitoare fundamentală.
Caracteristica mecanică a motorului cu poli ecranaţi
Cuplul
motorulului
monofazat
cu poli
ecranaţi
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-0.5
0
0.5
1
1.5
T/Tk
s
T3
T1
T
0233 =−= ss
1233 =−= ss
233 −= ss
1=s
32
=s
Cuplul
motorulului
monofazat
cu poli
ecranaţi
0565 =−= ss
Efectul armonicilor de ordinul 5 şi 7 asupra caracteristicilormotorului cu poli ecranaţi
T/Tk
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2-0.5
0
0.5
1
1.5
s
T1
T5
T
T3
T7
∞→= νν ssis 0
11 =→= ssν
560
5
5 =→=
=
ss
ν
760
7
7 =→=
=
ss
ν
Functionarea motoarelor monofazate cu poli
ecranaţi
Caracteristicile
de funcţionare
ale micromotoarelor
cu poli
ecranaţi.
T
x10 A I
cosϕ
η
Nm
0 300 600 900 1200 15000
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
rot/min n
PN
= 40 w U = 220 V
Schema echivalentă
a motorului monofazat cu spira în scurtcircuit
Modelul matematic al motoarelor monofazate cu poli ecranaţi
-
înfăşurarea ecran
;echivalentă cu douăînfăşurări în scurtcircuit,qe şi de.
Pe stator: înfăşurarea principală;
S
Pe rotor : înfăşurare în colivieechivalentă cu douăînfăşurări în scurtcircuit,D şi Q.
Modelul matematic al motoarelor monofazate cu poli ecranaţi
deqSde
dede dtdiR Ψ⋅−Ψ
+⋅= ω0
qedSqe
qeqe dtd
iR Ψ⋅+Ψ
+⋅= ω0
SqSS
SSS dtdiRu Ψ⋅−Ψ
+⋅= ωEcuaţiile de tensiuni
Sistemul
legat
de câmp
QdSQ
QR dtd
iR Ψ⋅−+Ψ
+⋅= )(0 ωω
DqSD
DR dtdiR Ψ⋅−−Ψ
+⋅= )(0 ωω
Modelul matematic al motoarelor monofazate cu poli ecranaţi
( )SSq ipT ⋅Ψ−⋅=expresia cuplului:
expresiile fluxurilor sunt :
mqDqdeqqmSq
mqqqeqmqeqeqe
mdddedmdedede
mdSSdmSSS
iM
iMiLiLiMiLiL
iMiLiL
⋅=Ψ=Ψ=Ψ=Ψ
⋅+⋅=Ψ+⋅=Ψ⋅+⋅=Ψ+⋅=Ψ
⋅+⋅=Ψ+⋅=Ψ
σσ
σσ
σσ
mdQdqed
mqQRqmQRQ
mdDRdmDRD
iM
iMiLiLiMiLiL
⋅=Ψ=Ψ
⋅+⋅=Ψ+⋅=Ψ⋅+⋅=Ψ+⋅=Ψ
σσ
σσ
Modelul matematic al motoarelor monofazate cu poli ecranaţi
Curenţii de magnetizare sunt
qeQmq
deDSmd
iiiiiii
+=++=
Ecuaţia de mişcare
srv TFdtd
pJT −⋅−= ωω
Cuplaje
electromagnetice
Cuplaje
cu alunecare
Clasificare
Cuplajele electromagnetice sunt constituite din două semicuple de forma variată (disc, cilindru etc.) dintre care
Semicupla conducătoare, este fixată pe arborele motor. Semicuplaconducătoare se roteşte continuu cu viteza unghiulară constantă.
Semicupla condusă , pe arborele mecanismului antrenat. În absenţa semnalului de comandă semicupla condusă se află în repaus.
După modul de realizare a legăturii dintre semicuple avem:cuplaje
cu legătura
mecanică
–
cu fricţiunecuplaje
cu legătura
electromecanică
–
cu pulberecuplaje
cu legătura
electromagnetică
–
cu alunecare.
La apariţia
semnalului
de comandă, între
cele
două
semicuple
se realizeazăo legătura
rigidă
sau
elastică
prin
care este
antrenată şi semicupla
condusă.
Cuplaje
electromagnetice
cu fricţiune
1-Semicupla conducătoare2-
semicupla
condusă3-
bobina4-
arc elicoidal5-
suprafeţele
de friciţiune
Caracteristici:•
valoarea
constantă
a cuplului, a vitezei
de rotaţie
şi a puterii
de excitaţie. •
Viteza
de răspuns
este
relativ
mică• uzura
suprafeţelor
este
mare.
Reglajul
vitezei
de rotaţie
se realizează
prin
comanda
cuplei
prin
impulsuri
.
Cuplajele
electromagnetice
cu pulbere
se utilizează pulberea de fiercarbonil, cu granule de 8-100 μ, în emulsie de ulei într-un raportde 5/1 sau în ameste de praf de grafit, în proporţie de 85-95%.
1.
arborele
conducător,2.
miezul
inductor,3.
înfăşurarea
de excitaţie,4.
caracasa,
fixat
de miezul
inductor,care se sprijină şi pe
arborele
condus. Carcasa
formează
o cameră
închisă
ermetic,
camera fiind
umplută
cu6. amestecul
sau
emulsia
feromagnetică,5. semicupla
condusă
sub forma de disc,7.
arborele
condus.
•
proprietatea
unor
amestecuri
lichide
sau
sub forma de pulberi
de a-şi schimba
starea
fizică
în prezenţa câmpului
magnetic.
Cuplajele
electromagnetice
cu pulbere
Carcasa este astfel construită încât permite ca, în absenţa semnalului de comandă, pulberea feromagnetică să se adune, sub acţiunea forţei centrifuge, în părţile ei periferice, fără să ajungă la lagăre.
dezavantaje
: • uzarea
rapidă
a rulmenţilor
din cauza
forţelor
axiale
şi• funcţionarea
nestabilă
din cauza
repartiţiei
neuniforme
a pulberiiferomagnetice
şi, in special, prin
aglomerarea
ei
la periferia
discului, ceea
cepoate
provoca
griparea
discului
.
Cuplajele
electromagnetice
cu pulbere
cuplaje cu pulbere de tip cilindric
semicupla
condusă
(1) are forma unui
cilindru
gol, în interiorul
căruia
se învârteşte
semicupla
conducătoare
(2) cu înfăşurare
de comandă
(3).
In absenţa semnalului
de comandă, granulele
feromagnetice
sunt
dispersate
în masa
amestecului
fluid.
granulele
de material se orientează
după
liniile
de câmp, formând
cordoane
de legături
între
suprafeţele
dinspre
întrefier
ale celor
două
semicuple.
Cuplajele
electromagnetice
cu pulbere
Dacă cuplul rezistent nu depăşeşte cuplul maximm, semicupla condusă se roteşte cu aceeaşi viteză ca şi cea conducătoare.
Cuplajele
electromagnetice
cu pulberi
: Avantajesunt
mai
sigure, au o viteza
de răspuns
mai
mare, uzura
redusă şi ramdament
mai
ridicat
în comparaţie
cu cuplajele
cu fricţiune.
Dacă cuplul rezistent depăşeşte cuplul maxim, semicupla condusă se poateroti
cu o viteză
inferioară
semicuplei
conducătoare,
saudacă cuplul rezistent este prea mare, semicupla condusă se poate opri.
Cuplajele
electromagnetice
cu alunecare
cuplaj
cu alunecare
cu poli
aparenţi şi indus
lamelat
cu o înfăşurare
în scurtcircuit.
Inductorul
(1) este
dispus
în interiorul
indusului
(2), ceea
ce
asigură
condiţii de răcire
mai
bune, gabarit
şi greutate
mai
mici.
cuplaj
cu inductor blindat, cu indus
masivheteropolar
Cuplajele
electromagnetice
cu alunecare
Cuplaj
electromagnetic cu alunecarehomopolar
cu indus
masiv.
faţă
de indus
câmpul
homopolar
apare
ca un câmp învârtitor.
Din cauza
variaţiei
mai
mici
a fluxului, utilizarea
materialelor
active la cuplajele
homopolare
este
inferioară
celei
de la cuplaje
heteropolare.
utilizarea
cuplajelor:• de construcţie
heteropolare
pentru
puteri
mici
şi medii,
şi• de construcţie
homopolare
la puteri
mari,
Cuplajele
electromagnetice
cu alunecare
Caracteristicile cuplajului cu alunecare
caacteristicile
mecanice
pentru
diferiţi curenţi de excitaţie.caracteristici
mecanice
rigide
Cuplajele
electromagnetice
cu alunecare
avantaje în comparaţie cu celelelate tipuri de cuplaje :-
construcţie
simplă, - comandă
uşoară, -
putere
de comandă
redusă, -
lipsa
pieselor
supuse
uzurii
şi întreţinerea
simplă
dezavantaje în comparaţie cu celelelte tipuri de cuplaje : -
dimensiuni
şi greutate
considerabil
mai
mari, - inerţie
mare, -
stabilitate
mai
mică
a caracteristicilor
la variaţia
temperaturii,-
perderi
mari.
Cuplajele
electromagnetice
cu alunecare
Cuplajele
electromagentice
cu alunecare
pot fi
utilizate
:în construcţia de maşini unelte, la maşinile de trefilat, la ventilatoare cu debit de aer variabil,la mecanismele de acţionare cu inerţie mare, la ameliorarea proceselor de pornire şi oprire, ca frâne pentru măsurarea cuplurilor
Alimentarea
înfăşurării
de excitaţie
se realizează
prin
două
perii,
care calcă
pe
două
inele
de contact. Se pot executa
şi cuplaje fără
aceste
contacte
alunecătoare.