Download - Indrumar Ms Final

Transcript
  • VASILE DOBREF FLORENIU DELIU SILVIU GHEORGHIU

    NDRUMAR DE LABORATOR DE MAINI ELECTRICE SPECIALE

  • Colecia Inginerie Electric

  • VASILE DOBREF FLORENIU DELIU SILVIU GHEORGHIU

    NDRUMAR DE LABORATOR DE MAINI

    ELECTRICE SPECIALE

    Editura Academiei Navale Mircea cel Btrn

    Constana, 2009

  • Refereni tiinifici: Cam.(r) prof. dr. ing. Dumitru Nanu Prof. dr. ing. Gheorghe Samoilescu

    Corector: Ozana Chakarian Tehnoredactare: Florentina Petri Copert: Gabriela Secu Editura Academiei Navale Mircea cel Btrn Str. Fulgerului nr. 1, 900218, Constana Tel. 0241/626200/1219, fax 0241/643096 Email: [email protected] Copyright 2009 Editura Academiei Navale Mircea cel Btrn Toate drepturile rezervate ISBN 978-973-1870-55-7

    Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei DOBREF, VASILE ndrumar de laborator de maini electrice speciale / Vasile Dobref, Floreniu Deliu, Silviu Gheorghiu. - Constana : Editura Academiei Navale Mircea cel Btrn, 2009 Bibliogr. ISBN 978-973-1870-55-7 I. Deliu, Floreniu II. Gheorghiu, Silviu 621.313

  • 5

    CUPRINS

    Introducere 7 Lucrarea nr. 1- Studiul motorului de curent continuu cu rotor disc i ntrefier axial.

    9

    Lucrarea nr. 2- Studiul motoarelor sincrone pas cu pas.. 13 Lucrarea nr. 3- Studiul motorului asincron bifazat. 18 Lucrarea nr. 4- Studiul selsinelor 28 Lucrarea nr. 5- Studiul transformatoarelor rotative. 40 Lucrarea nr.6- ncercarile motorului monofazat cu repulsie... 52 Lucrarea nr. 7- ncercarea motorului asincron trifazat derivate cu colector cu alimentare rotoric (schrage - richter)

    57

    Lucrarea nr. 8- Studiul motorului asincron liniar 62 Lucrarea nr. 9- ncercrile amplidinei. 67 Lucrarea nr. 10- Studiul amlificatorului magnetic.. 71 Bibliografie 79

  • 7

    INTRODUCERE

    ndrumarul de laborator de Maini electrice speciale se adreseaz

    studenilor de la specializrile Navigaie i transport maritim i

    Electromecanic, dar poate fi folosit pentru lucrri de laborator i de ctre

    ceilali studeni ai Academiei Navale Mircea cel Btrn.

    Lucrrile efectuate de studeni n laboratorul de Maini electrice speciale

    au drept scop nsuirea tehnicii de experimentare i aprofundare a cunotinelor

    teoretice din domeniul mainilor electrice speciale.

    La redactarea ndrumarului s-a pornit de la realitatea c, n condiiile

    actualelor planuri de nvmnt, exist situaia ca anumite probleme s fie

    abordate la laborator nainte de a fi prezentate la curs. Ca urmare, autorii au

    considerat necesar ca fiecare lucrare s cuprind noiuni teoretice necesare

    cunoaterii construciei i funcionrii mainii speciale respective, descrierea

    platformei de laborator i a schemei electrice, probleme de studiat precum i

    modul de realizare a lucrrii de laborator, astfel nct studentului s i se ofere un

    minim de cunotine din domeniul mainilor electrice speciale.

    ndrumarul de laborator de Maini electrice speciale conine zece lucrri

    cuprinznd mainile electrice speciale utilizate cu precdere n domeniul naval.

    Autorii

  • 1

    LUCRAREA Nr. 1 STUDIUL MOTORULUI DE CURENT CONTINUU CU

    ROTOR DISC I INTREFIER AXIAL 1. Chestiuni generale

    Motoarele cu rotor disc sunt maini cu moment de inerie redus. n acest

    scop, nfurarea rotorului este realizata cu circuit imprimat. Din cauza formei sale plate, conductorul imprimat, plasat direct n aer, are condiii de racier sensibil mai bune dect la maina electric clasic, coeficientul de disipare a cldurii fiind mult mrit.

    Se poate ajunge astfel la densiti de curent de 45 A/mm2 la funcionarea n regim continuu i pn la 100 A/mm2 n regim de scurt durat (la bobinajele clasice, pentru ultimul caz, se ajunge cel mult la 15 A/mm2).

    n principiu, un astfel de motor are o construcie extreme de simpl. n cmpul magnetic al unui inductor format din magnei permaneni (2p = 6-8 poli) asezai n acelai plan, se rotete discul cu circuitul imprimat amintit formnd o nfurare ondulat simpl ntr-un singur strat.

    Colectorul poate fi realizat din chiar conductoarele plate ale indusului, pe care calc perii din bronz grafitat. La puteri mai mari, se utilizeaz un colector de tip radial, plasat pe zona central a discului, numrul lamelor de colector fiind de doua ori mai mic dect numrul conductoarelor active (brevet romnesc).

    Deoarece aceste motoare se realizeaz cu magnei permaneni, randamen-tul lor este relativ mare i excitaia nu ridic probleme speciale. Prezentnd un intrefier mare, problemele de comutaie sunt eliminate i chiar efectul desexcitant al reaciei indusului este mai puin pronunat.

    Pe lng aceste avantaje, exist i o serie de dezavantaje legat tot de construcia lor particular. Numrul limitat de conductoare care se pot plasa pe suprafaa discului, viteza relative redus la care pot lucra (2-3000 rot/min), limitata att din considerente mecanice, ct i datorit pierderilor suplimentare prin cureni Foucault indui n conductoarele plate ale mainii fac ca aceste motoare sau nu funcioneze dect la tensiuni relative mici. Mrirea tensiunii se poate obine prin mrirea razei discului rotoric, care duce la creterea momentului de inerie al motorului, deci la mrirea constantei electromecanice de timp.

    2. Descrierea platformei din laborator si a schemei electrice Platforma pentru studiul motorului de curent continuu cu rotor disc se

    compune dintr-o mas suport, pe care sunt montate blocul motor i blocul de alimentare.

  • 2

    Blocul motor conine un ansamblu motor-generator format din dou motoare identice tip SRD-100, conectate printr-un cuplaj electromagnetic. Unul dintre motoare este folosit ca generator i debiteaz pe un rheostat cu sarcina. Cellalt motor are un tahogenerator de curent continuu ncorporate, pentru msurarea turaiei.

    Blocul de alimentare este format dintr-o surs de curent continuu cu tensiune reglabil ntre 0 i 20 V (pentru alimentarea motorului) i o surs de 24 V c. c. (pentru alimentarea cuplajului electromagnetic).

    Conectarea elementelor componente ale platformei se face conform schemei electrice din figura 1.1, n care:

    M motorul de studiat, tip SRD-100, are urmtoarele date: PN = 100W; MN = 31,8 Ncm; UN = 15,5 V; IN = 11 A; I0 = 2,8 A; nN = 3000 rot/min. G generator de c.c. tip SRD-100; RS reostat de sarcina 2 x 2,2 / 20 A;

    TG tahogenerator de c.c. tip TG 5 cu 12

    1000 / minEVK

    rot=

    CM cuplaj electromagnetic; AM, AG ampermetre; VM, VG voltmetre; VTG voltmetru cuplat la bornele TG pentru msurarea turaiei.

    3. Chestiuni de studiat 3.1 La funcionarea n gol a motorului se vor ridica urmtoarele

    caracteritici: a) caracteristica turaiei no = f(U); b) caracteristica curentului de mers n gol Io = f(U);

    3.2 La funcionarea n sarcina se vor ridica urmtoarele caracteristici:

    a) caracteristica mecanica n = f(M) pentru U const. = UN; b) caracteristica curentului absorbit n sarcina I = f(M) pentru U const. = UN.

    4. Mod de lucru 4.1 Pentru ridicarea caracteristicilor de funcionare n gol se procedeaz

    astfel: - se conecteaz motorul la sursa de tensiune continu inseriind n circuit

    ampermetrul AM conform schemei; - se conecteaz voltmetrul VM; - se conecteaz voltmetrul VTG la bornele tahogeneratorului. Indicaiile

    acestui voltmetru se vor converti n valori ale turaiei (no) motorului de curent

  • 3

    continuu. Pentru aceasta, se are n vedere dependena tensiunii de ieire UTG a tahogeneratorului (aceeai cu cea a motorului), conform relaiei:

    UTG = KE no, unde KE este constanta care se poate citi pe plcua indicatoare a tahogeneratorului;

    - se verific dac poziia cursorului sursei este pe 0; - se apas butonul de pornire; - se variaz tensiunea de alimentare a motorului, astfel nct turaia s creasc de la

    zero la 3000 rot/min, din 250rot/min n 250 rot/min; - pentru fiecare valoare a turaiei de alimentare, respectiv a curentului absorbit de

    motor. Datele se trec ntr-un table de forma:

    U [V] UTG [V] no [rot/min] Io [A]

    Dup ce s-au citit valorile corespunztoare lui no = 1000 rot/min, se

    micsoreaz tensiunea pn la zero iar apoi se apas pe butonul de oprire. Cu datele din table se construiesc caracteristicile de mers n gol no = f (U)

    i Io = f (U). 4.2 Pentru ridicarea caracteristicilor de mers n sarcina se procedeaz

    astfel: - se alimenteaz generatorul G de la STC (sursa de tensiune continu); - se alimenteaz cuplajul electromagnetic (CM); - motorul M fiind deconectat de la sursa de alimentare, se apas pe butonul

    de pornire; - se variaz tensiunea de alimentare la bornele G, astfel nct turaia lui s

    varieze de la zero la 3000 rot/min, din 250 rot/min n 250 rot/min. Pentru fiecare valoare a turaiei se citete indicaia voltmetrului VM reprezentnd valoarea tensiunii electromotoare E induse n nfurarea rotorului motorului M. valorile citite ale turaiei i tensiunii electromotoare se trec ntr-un tabel de forma:

    n [rot/min] E [V] I [A]

    - se aduce tensiunea la zero i se oprete instalaia; - se deconecteaz generatorul G de la sursa de tensiune continu i se co-

    necteaz la rezistena de sarcina RS;

  • 4

    - se conecteaz motorul M la sursa de tensiune continu i se stabilete tensiunea la valoarea nominal;

    - se modific valoarea rezistenei RS astfel nct s obinem pentru turaie cteva valori din gama celor cuprinse n tabelul anterior. Pentru fiecare valoare a turaiei se citete indicaia ampermetrului AM, reprezentnd valoarea curentului I absorbit de motor i se trece n tabelul de mai sus.

    - se calculeaz valoarea cuplului util dezvoltat de motor cu relaia:

    ( )030 IInEM = [Nm]

    n relaie, n este exprimat n rot/min, E n voli, I i Io n amperi. Se construiesc caracteristicile de funcionare n = f(M) i I = f(M) pentru U

    const. = UN.

  • 5

    LUCRAREA Nr. 2

    STUDIUL MOTOARELOR SINCRONE PAS CU PAS

    1. Chestiuni generale Motorul asincron pas cu pas, denumit uneori i motor sincron cu

    impulsuri, transform impulsurile electrice de tensiune n deplasri unghiulare discrete. La primirea unui impuls, rotorul motorului i schimb poziia cu un unghi bine precizat, denumit pas. Motoarele pas cu pas i-au gsit o larg utilizare n sistemele de comand automat pe baz de program acionrilor mainilor unelte, n comanda perifericelor calculatoarelor, n tehnica rachetelor.

    Ele ndeplinesc funcia unor elemente decodificatoare, transformnd informaia primit sub forma unor impulsuri electrice n pai de poziie. Motoarele pas cu pas permit realizarea unor sisteme automate de tip discret, care nu au nevoie de legturi inverse (reacii), deoarece stabilesc o coresponden direct riguros univoc ntre informaia primit i deplasarea unghiular realizat.

    n practica, motoarele pas cu pas se construiesc n mai multe variante: cu unul sau mai multe statoare cu nfurri de comand distribuite sau concentrate, cu rotor cu poli apareni fr nfurare de excitaie sau cu rotor cu magnei permaneni.

    Presupunem un motor pas cu pas, care are statorul cu ase poli apareni, cu nfurri de comand concentrate (fig. 2.1).

    a b Bobinele polilor diametrali opui se conecteaz n serie i cele trei circuite

    astfel realizate se alimenteaz la o surs de curent continuu prin intermediul unui comutator mecanic sau electronic.

  • 6

    Rotorul motorului este din doi poli apareni, fr nfurare. La aplicarea unui impuls de curent n bobinele 1.1, rotorul este supus unui cuplu electromagnetic sub aciunea creia se deplaseaz, pn axa lui coincide cu axa polilor 1-1 (fig. 2.1.a).

    Dac se anuleaz curentul n bobinele polilor 1-1 i se alimenteaz bobi-nele 2-2, rotorul realizeaz un pas de 60, axa lui suprapunndu-se acum pete axa polilor 2-2 (fig. 2.1.b).

    Continund n maniera prezentat alimentarea succesiv a bobinelor polare statorice, motorul pas cu pas descris realizeaz 6 pai la o rotaie complet.

    Dac rotorul are patru proeminene polare, atunci pasul realizat este de 30 (fig. 2-2).

    a b n acest fel, motorul la o rotaie complet un numr dublu de pai, adic 12. O mrire a numrului de pai la o rotaie se poate obine, n continuare,

    prin mrirea numrului de poli pe rotor sau prin reunire n aceeai main a mai multor seturi independente de statoare i rotoare, decalate spaial unul fa de altul.

    n cazul folosirii rotoarelor cu magnei permaneni e mrete simitor cuplul de sincronizare a motorului cu impulsurile electrice aplicate statorului.

    Performanele unui motor pas cu pas sunt cu att mai bune cu ct: a) viteza de rspuns este mai mare, adic timpul se realizare a unui pas este

    mai scurt; b) se obin pai mai mici (se poate ajunge la pai de ordinul gradului sau

    fraciunilor de grad); c) are loc amortizarea rapid a oscilaiilor rotorului la realizarea unui pas; d) eroarea de poziie unghiular este mic i nu exist o acumulare a

    erorilor la realizarea succesiv a mai multor pai;

  • 7

    e) numrul de nfurri de comutat este mai mic. Motoarele pas cu pas prezint un dezavantaj important prin lipsa

    autosincronizrii. Rotorul cu poli apareni poate ocupa 2 pr poziii distincte, pr fiind numrul perechilor de poli rotorici. Astfel, referindu-ne la figura 2.1, cnd se alimenteaz bobinele 1-1 rotorul poate ocupa stabil dou poziii una corespunztoare unui unghi de 0, cealalt unui unghi de 180. Din aceast cauz, la prima conectare rotorul va ocupa poziia stabil cea mai apropiat de poziia avut nainte. Pentru ca aceast poziie s corespund cu cea impus de organul emitor, este necesar ca, nainte de punerea n funciune a motorului, s se realizeze o punere la zero simultan a motorului i organului emitor.

    Aa cum s-a artat, motorul pas cu pas transform un ir de impulsuri discrete n deplasri unghiulare discrete. Rspunsul motorului n regim staionar depinde de frecvena impulsurilor; la frecvene reduse deplasarea avnd o variaie n timp funcie de timp, pentru ca pe msur ce frecvena impulsurilor crete, caracteristica s devin mai puin ondulat pn la linia dreapt.

    Evident, aceste performane depind de momentul de inerie total (al motorului plus al sarcinii), liniaritatea n timp a caracteristicii de ieire fiind obinut la frecvene cu att mai reduse, cu ct momentul de inerie este mai mare (cerin contradictorie din punct de vedere al performanelor dinamice).

    Cuplul electromagnetic produs de un motor sincron pas cu pas n regim staionar depinde de numrul de faze simultan alimentate i de valoarea medie a curentului din nfurri. Datorit inductivitilor proprii i mutuale ale nfurrilor, la un ir de impulsuri dreptunghiulare de tensiune, forma curentului depinde de frecvena lor i drept urmare cuplul electromagnetic este cu att mai mic cu ct frecvena este mai ridicat.

    2.Descrierea platformei Motorul pas cu pas tip MPPA 2-0,5 este prevzut cu un dispozitiv de

    msurare a unghiului de deplasare. Motorul pas cu pas MPP1 este prevzut cu un sistem de ncrcare cu un cuplu cunoscut, format dintr-un arc de compresie calibrat. De asemenea, are un dispozitiv de msurare a unghiului de deviaie fa de poziia stabilit, format dintr-o scar gradat i un arc solidar cu axul motorului.

    Blocul de acionare conine comanda n frecven a fazelor motorului MPPA 2-0,5, un generator de semnal programabil i comutatoarele de schimbare a regimului de funcionare a motorului.

    Blocul de acionare pentru o faz a motorului MPP1 conine o surs de 24 V curent continuu.

    Pe masa suport exist i un osciloscop cu dou spoturi pentru vizualizarea curentului i tensiunii aplicate pe o faz a motorului MPPA 2-0,5.

  • 8

    3. Chestiuni de studiat 3.1 Pentru MPP1 se ridic caracteristica cuplului n regim static: - cuplul electromagnetic static produs de motor n funcie de unghiul de

    deviaie M=f() pentru o singur faz alimentat. 3.2 Pentru MPPA2 se ridic caracteristica de traductor digital-analog:

    = f(N) unghiul de deplasare a rotorului funcie de numrul de impulsuri primit. 3.3 Tot pentru MPPA2 se urmresc pe ecranul osciloscopului formele de

    unda ale tensiunii i curentului pe o faz arbitrar aleas.

    4. Mod de lucru 4.1 Pentru ridicarea caracteristicii M=f() a motorului MPP1 se trece

    comutatorul de pe S 24V pe poziia PORNIT. Se deplaseaz axul lui MPP1 prin intermediul unui arc de compresie calibrat, pn cnd este egal cu 2. Se repet msurarea pentru egal cu 4, 6, 8. Datele se trec intr-un tabel de forma:

    [grade] 2 4 6 8 M [gfcm]

    Utiliznd aceste date se traseaz apoi caracteristica M=f(). 4.2 Pentru ridicarea caracteristicii de traductor digital-analog se

    scurtcircuiteaz bornele B1-B6, B2-B7, B3-B8, B4-B9 i B5-B10(vezi figura 2.4.) Se trece comutatorul EXT/INT pe poziia EXT. Comutatorul de alimentare al lui BA se trece pe poziia PORNIT.

    Comutatorul TACT se trece pe poziia 1, iar comutatorul GENERATOR pe poziia de jos.

    Din comutatoarele decadice se fixeaz N=10 pai. Se nvrtete poteniometrul REGLAJ FRECVEN pn la poziia extrem spre stnga. Se reine de pe discul gradat poziia de pornire 0 i se pas butonul START.

    Dup ce motorul s-a oprit, pe discul gradat se citete valoarea unghiului 0; deci = 0 p.

    Se reiau msurrile pentru valoarea lui N egal cu 20; 30; 40; ... 100 pai din 10 n 10 pai.

    Se trec valorile n tabel de forma: N=10 N=20

    p 0 p 0

    N=100

    p 0

  • 9

    Se construiete apoi caracteristica =f(N). 4.3 Pentru vizualizarea curentului i tensiunii pe faz, se scurtcircuiteaz

    perechile de borne II, III, IV, iar ntre bornele I se conecteaz un unt mai mare de 3A (7 10A). se trece comutatorul EXT/INT pe poziia INT. comutatorul REGIM se trece pe poziia CONTINUU. Se rotete poteniometrul REGLAJ FRECVEN spre stnga pn la refuz. Una din sondele osciloscopului se conecteaz ntre borna corespunztoare fazei alese i C. se trece comutatorul de alimentare a lui BA pe poziia PORNIT.

    Pe ecranul osciloscopului se urmrete formele de und ale tensiunii i curentului de faz aleas (I).

  • 10

    LUCRAREA Nr. 3 STUDIUL MOTORULUI ASINCRON BIFAZAT

    1. Chestiuni generale Servomotorul asincron bifazat are statorul realizat din tole de otel

    electrotehnic, cu simetrie cilindrica pe periferia interioar fiind prevazut cu crestaturi, n crestaturi fiind plasate dou nfurri monofazate decalate la 90 electrice. Una dintre nfurri, care este permanent alimentat n curent alternati-ve monofazat, se numete nfurare de excitaie, cea de-a doua fiind denumit nfurare de comand. Rotorul poate fi de tipul cunoscut cu colivie n scurtcircuit sau de tipuri speciale n forma de pahar nemagnetic (aluminiu) sau cilindru gol feromagnetic.

    S presupunem ca nfasurarea de excitaie este alimentat de la o reea monofazat i tensiunea la bornele sale este UB, circuitul nfurrii de comanda fiind interupt.

    n acest caz, nfurarea de excitaie va produce un cmp magnetic alternative (pulsator) cu repartiie sinusoidal n spaiu, cmp care poate fi descompus n dou componente nvrtitoare, care se rotesc cu aceeai viteza n sensuri opuse i cu amplitudini egale cu jumatate din cmpul pulsator:

    ( ) )cos(2

    )cos(2

    coscos, ptBptBptBtB mmm ++== ),(),(),( tBtBtB id += (3.1)

    n acest fel, servomotorul asincron funcionnd n monofazat poate fi

    echivalent cu un motor asincron trifazat cu dou rnduri de nfurri statorice un rnd pentru sensul direct i unul pentru sensul invers (figura 3.1).

  • 11

    Asupra rotorului vor aciona dou cupluri electromagnetice Md i Mi de

    sens contrar (figura 3.2).

    Fig 3.2

    cuplul de pornire va fi nul. Dac printr-un mijloc oarecare se d un impuls

    rotorului, de exemplu n sens direct, motorul pornete i funcioneaz la o viteza funcie de valoarea cuplului rezistent.

    Cmpul direct va avea faa de rotor viteza relativ 1 , iar curenii indui n rotor vor avea frecvena:

    1 2

    M

    0S

    Md

    Ml

  • 12

    1111

    2 222)( Sfppf d === (3.2)

    Cmpul invers introduce n rotor cureni de frecvena:

    ( ) 11

    1112 2222

    )( fSppf i =

    == (3.3)

    unde f1 este frecvena tensiunii de alimentare, iar 1

    11

    ==

    nnnS , este

    alunecarea masinii. Rezulta ca n domeniul 0

  • 13

    se considera caracteristicile mecanice Md = f() si Mi = f() ale unui

    asemenea motor funcionnd n monofazat i Mb = f() pentru cazul motorului bifazat.

    Dac la un moment dat, dispare semnalul de comand, punctual de funcionare al motorului trece instantaneu din A in B pe caracteristica de motor monofazat.

    Corespunztor punctului B, servomotorul va dezvolta un cuplu de frnare i ca urmare maina se oprete.

    n figura 3.4 sunt reprezentate caracteristicile mecanice ale servomotorului asincron bifazat, pentru cazul cnd exista i semnal de comanda.

    Servomotorul asincron bifazat poate fi comandat n trei moduri: a) comanda n amplitudine; b) comanda de faz; c) comanda mixt (n amplitudine i faza).

    n cazul a) se variaz amplitudinea tensiunii de comand, tensiunea de excitaie meninndu-se constant, iar defazajul dintre ele se menine la valoarea l = 90.n cazul comenzii n faza, se variaz faza tensiunii de comand, iar valorile efective ale tensiunii de comand i de excitaie se menin constante. Pentru comanda n faza i amplitudine (mixt), se nseriaz un condensator n circuitul nfurrii de excitaie i se variaz n amplitudinea tensiunii de comand.

    2. Descrierea platformei din laborator i a schemei bloc Platforma se compune dintr-o mas suport, pe care sunt montate: blocul

    motor, blocul de alimentare, traductorul de cuplu i turaie.

  • 14

    Blocul motor are n componenta un servomotor asincron bifazat de tip SA-1 i dispozitivul de ncrcare n sarcin. Servomotorul are tensiunea de excitaie 100V, tensiunea de comand 012.5V, cuplul maxim 75gfcm.

    Blocul de alimentare este compus dintr-un generator de tensiune alternativa sinusoidal cu amplitudine i faza reglabile i un variator de curent alternativ cu triac. Traductorul de cuplu i turaie conine sistemul de msur pentru cuplu i turaie i aparatele corespunztoare. Conectarea sistemelor componente ale platformei se face conform schemei bloc din figura 3.5 n care:

    - SA servomotorul asincron bifazat de studiat; - TCT traductor cuplu i turaie; - BA bloc alimentare; - GAS generator de tensiune alternativ sinusoidal; - VT variator de curent alternativ cu triac; - Vm aparat pentru msurarea cuplului; - Vt aparat pentru msurarea turaiei; - Ve voltmetru electronic pentru tensiunea de excitaie; - Vc voltmetru electromagnetic pentru tensiunea de comand. Pentru ridicarea caracteristicilor mecanice i de reglaj ale servomotorului

    vom utiliza urmatoarele marimi relative:

    1= - raportul dintre viteza de rotaie i viteza de sincronizare;

    cn

    c

    UU= - raportul dintre tensiunea de comand i valoarea ei nominal;

    maxMMm = - raprtul dintre cuplul electromagnetic produs de motor i

    cuplul electromagnetic maxim de pornire. Vom nota cu unghiul de defazaj dintre tensiunea de excitaie Ue i

    tensiunea de comand Uc.

    3. Chestiuni de studiat Se vor ridica la platforma caracteristicile mecanice i de reglaj ale

    servomotorului asincron bifazat n varianta alimentrii de la GAS i n varianta alimentrii de la VT.

    3.1 Alimentarea de la GAS. 3.1.1 Pentru comanda n amplitudine se vor ridica urmtoarele

    caracteristici: a.1) caracteristica de reglaj n gol = f() la = 90 i mers n gol (m = 0); a.2) caracteristica de reglaj la mers n sarcina = f() la = 90 i

    m = constant = 1/3; 2/3;1;

  • 15

    b) caracteristicile mecanice m = f() la = 90 i = constant = 1; 0.75; 0.5; 0.25.

    3.1.2 Pentru comanda n faza se ridic: a.1) caracteristica de reglaj n gol = f() pentru = 1 i mers n gol

    (m = 0); a.2) caracteristica de reglaj la mers n sarcina = f() pentru = 1 i

    m = constant= 1/3; 2/3; 1. b) caracteristicile mecanice m = f() pentru = 1 i = constant = 90;

    75; 60; 45;30;15. 3.1.3. Alimentarea la VT. Se ridic pentru comanda mixt urmatoarele caracteristici: a.1) caracteristica de reglaj n gol = f() pentru m = 0; a.2) caracteristica de reglaj n sarcina = f() pentru m = constant = 1/3;

    2/3; 1. b) cacteristicile mecanice m = f() pentru = constant = 1; 0.75; 0.5; 0.25.

    4. Mod de lucru 4.1 Ridicarea caracteristicilor servomotorului alimentat de la generatorul

    de 4 tensiune alternativa sinusoidal GAS. Se alimenteaz servomotorul SA de la GAS. Pentru caracteristicile 3.1.1 a.1 i 3.1.3 a.1 se verific s fie decuplat

    sistemul de ncarcare. 4.1.1 Pentru a ridica la platforma caracteristicile servomotorului cu

    comanda n amplitudine, din butonul FAZA se stabilete = 90. Se conecteaz n circuit Ve, Ae (0.2A), W (120V, 0.5A) legnd bornele E1,

    E2 ale sistemului de excitaie cu bornele nfurrii de excitaie. Se conecteaz Vc (15V), Ac (1A), Wc (60V, 1A) legnd bornele C1, C2 ale

    sistemului de comand cu bornele nfurrii de comand. Bornele E1, E2, C1, C2 ale platformei sunt n permanena legate cu dispozitivul de determinare a cuplului. Acest dispozitiv se alimenteaz prin cablu cu mufa special cu patru contacte.

    Se trece comutatorul de alimentare general pe poziia ON. Se trece comutatorul EXCITAIE i respectiv COMANDA tot pe poziia ON.

    Din butonul AMPLITUDINE se modific treptat valoarea tensiunii de comand, de la zero la UCN, din 2V n 2V. Pentru fiecare valoare a tensiunii de comand se citete turaia servomotorului pe afisajul numeric al aparatului Vt de msurare a turaiei.

    Mrimile i se obin cunoscnd valorile turaiei de sincronizare n1 = 1200 rot/min i ale tensiunii nominale de comand UCN = 12,5V. rezultatele se trec n tabelul nr.1.

  • 16

    Uc (V) 0 2 4 6 8 10 12 n [rot/min]

    Cu datele din tabel se construiete caracteristica 3.1.1 a.1. Pentru a obine caracteristicile 3.1.1 a.2. se cupleaz dispozitivul de

    ncrcare a servomotorului. Se ncarc axul motorului pn cnd cuplul atinge valoarea 25 gfcm

    (m = 1/3). Din butonul AMPLITUDINE se stabilete tensiunea de comand la

    valoarea nominal. Se citete corespunzator la Vt turaia servomotorului. Se repet msurrile pentru valori ale tensiunii de comand de 10V pn la 0V, din 2V n 2V. Se calculeaz i . Apoi se reiau msurrile pentru cuplul de 50 gfcm (m = 2/3) i 75 gfcm (m = 1).

    Rezultatele msurtorilor se trec n tabele de forma tabelului 2. Tabelul 2. m = ......

    Pentru fiecare valoare constanta a lui m se construiete cte o caracteristic

    de reglaj =f(). Toate cele 4 caracteristici de reglaj (inclusiv cea de la mersul n gol) se vor

    desena n acelai sistem de axe de coordonate, pentru a se compara uor. Pentru a ridica, n aceste condiii (comanda n amplitudine), caracteristicile

    mecanice m = f() la = constant, meninem = 90 i pentru = 1, aducem din butonul AMPLITUDINE valoarea nominal a tensiunii de comand.

    Se variaz ncrcarea la axul motorului de la 0 la 75 gfcm din 15 n 15 gfcm, pentru fiecare valoare a cuplului, citindu-se valoarea turaiei (indicaia lui Vt). se calculeaz m i i se completeaz tabelul 3. Tabelul 3

    M (gfcm) 0 15 30 45 60 75 M n [rot/min]

    Se procedeaz analog pentru = 0.75; 0.5; 0.25. Toate cele patru caracteristici mecanice m = f() rezultate se construiesc n

    aceleai axe de coordonate, pentru comparaie.

  • 17

    4.1.2 Pentru comand n faza, se ridic nti caracteristica de reglaj = f() la mersul n gol (m = 0), deci cu dispozitivul de ncrcare a servomotorului decuplat.

    Se stabilete din butonul AMPLITUDINE tensiunea de comand la valoarea nominal (=1).

    Din butonul FAZA se ia = 0; se citete la Vt turaia corespunzatoare i se calculeaz .

    Se repet msurrile pentru de la 15 la 180 din 15 in 15. Se completeaz tabelul 4: Tabelul 4. m = 0

    n [rot/min]

    Se conecteaz apoi dispozitivul de ncrcare i se stabilete un cuplu de

    25gfcm. Se procedeaz apoi ca mai sus, modificnd ns valoarea lui de la 90 la 0 din 15 in 15.

    Se reiau msurrile pentru valori ale cuplului de 50 gfcm i 75 gfcm. Se traseaz caracteristicile de reglaj = f() la m = constant. Caracteristicile mecanice m = f() se ridic pentru = 1 i = constant =

    90, 75, 60, 45, 30, 15. Din butonul AMPLITUDINE se menine UC = UCN ( = 1). Din butonul FAZA se stabilete = 90. Se variaz ncrcarea la axul

    motorului de la 0 la 75 gfcm din 15 in 15 gfcm; pentru fiecare valoare a cuplului se citete turaia. Se calculeaz m i . Datele se trec ntr-un tabel de forma tabelului 3, specificndu-se deasupra valoarea constant a unghiului .

    Din butonul FAZA se fixeaz valoarea = 75; se procedeaz apoi analog masurnd valoarea turaiei pentru fiecare valoare impus a cuplului de ncrcare.

    Se reiau msurtorile i pentru celelate valori constante ale lui , rezultnd alte caracteristici mecanice.

    4.1.3 Pentru a construi caracteristicile de funcionare ale SA cu comanda

    mixt, se monteaz n serie cu nfurarea de excitaie un condensator cu capacitatea de 1F. Din butonul FAZA se fixeaz = 0.

    Pentru a ridica la mers n gol (m = 0) caracteristica de reglaj = f(), se stabilete din butonul AMPLITUDINE tensiunea de comand la valoarea nominal. Se citesc indicaiile lui Vt si Ve reprezentnd valoarea turaiei servomotorului, respectiv valoarea tensiunii de excitaie. Se repet msurrile pentru valori ale tensiunii de comand de la 10V la 0V, din 2V n 2V. Rezultatele se trec ntr-un tabel de forma tabelului 2.

  • 18

    Se ncarc apoi axul motorului pn ce cuplul atinge valoarea de 25gfcm. Se ridic la fel ca mai sus caracteristica de reglaj; apoi pentru M = 50 gfcm, respectiv 75 gfcm. Se traseaz caracteristicile = f() n aceleai axe de coordonate.

    Pentru caracteristica mecanic, din butonul AMPLITUDINE se stabilete UC = UCN. Se variaz ncrcarea la axul motorului de la 0 la 75 gfcm, din 15 n 15 gfcm. Pentru fiecare valoare a cuplului citindu-se indicaiile lui Vt si Ve. Se calculeaz m i .

    Se reiau msurtorile pentru alte valori constante ale tensiunii de comand corespunzatoare lui = 0.75, 0.5, 0.25 datele se trec n tebele de forma tabelului 5. Tabelul 5. = ......

    Ue (V) m

    Se construiesc apoi cele 4 caracteristici mecanice. 4.2. Se menine condensatorul de 1F inseriat n circuitul nfurrii de

    excitaie. Se alimenteaz servomotorul SA de la variatorul de curent alternativ cu triac VA. Pentru mersul n gol se verific s fie decuplat sistemul de ncarcare.

    Din butonul UNGHI DE CONDUCIE se stabilete unghiul de aprindere al triacului, astfel nct tensiunea de comand s varieze de la zero la valoarea nominal, din 2V n 2V pentru fiecare valoare a tensiunii de comand se citesc indicaiile lui Ve i Vt reprezentnd valorile tensiunii de excitaie i turaie. Se completeaz tabelul 6. Tabelul 6. m = 0; m = .....

    Uc [V] Ue [V] n [rot/min]

    Se ncarc axul motorului pn cnd cuplul atinge valoarea de 25 gfcm.

    Din butonul UNGHI DE CONDUCIE se stabilete unghiul de aprindere al triacului, astfel nct tensiunea de comand sa aib valoarea nominal. Se citesc valorile lui Vt i Ve. se repet msurarea pentru valori ale unghiului de aprindere, astfel nct tensiunea de comand s variaz de la 10V la 0V, din 2V n 2V. se fac aceleai operaii pentru valori ale cuplului de 50 gfcm respectiv 75 gfcm. Datele se trec n tabele de forma tabelului 6 se construiesc prin puncte caracteristicile de reglaj = f().

  • 19

    Pentru caracteristica mecanic, se stabilete din butonul UNGHI DE CONDUCIE unghiul de aprindere al triacului astfel nct tensiunea de comand s aib valoare anominal. Se variaz ncrcarea la axul motorului de la zero la 75 gfcm, din 15 n 15 gfcm; pentru fiecare valoare a cuplului se citesc indicaiile lui Vt si Ve.

    Se procedeaz la fel pentru un unghiuri de aprindere astfel alese ncat tensiunea de comand s fie egal cu 9V; 6V; 3V. Rezultatele se trec n tabelele de forma tabelului 5. Se construiesc apoi prin puncte cele patru caracteristici mecanice rezultate m = f() pentru = constant.

  • 20

    LUCRAREA Nr. 4 STUDIUL SELSINELOR

    1. Chestiuni generale

    Selsinele, maini electrice speciale de construcie asemntoare mainilor

    sincrone sau asincrone cu inele, pot funciona n trei regimuri distincte: a) Regimul indicator se utilizeaz n telemasur i teleafisaj. Un astfel de

    sistem, reprezentat n fig 4.1, poate afia la distana, de exemplu, nivelul lichidului dintr-un rezervor n care un plutitor este cuplat mecanic cu arborele selsinului emitor (SE). O linie electric de curent alternativ monofazat (50, 400 sau 500 Hz) alimenteaz nfurrile de excitaie ale selsinului emitor i selsinului receptor (SR). nfurrile de sincronizare ale acestor selsine sunt conectate ntre ele faz cu faz.

    n cazul n care ntre rotoarele celor dou selsine apare un unghi de

    discordan, prin liniile trifazate de legatur ncep s circule cureni i ca urmare, asupra rotorului selsinului receptor va aciona un cuplu electromagnetic, care va produce rotirea s i anularea dezacordului unghiular. Cuplul produs este redus ca valoare, dar suficient pentru a mica un ac indicator n faa unei scale gradate.

    b) Regimul transformator al selsinelor se utilizeaz n cazurile n care mecanismul comandat are un cuplu rezistent mare (cazul real al sistemelor de urmrire). O asemenea schema este prezentat n fig. 4.2. n acest caz, numai

    nfurarea de excitaie a selsinului emitor este alimentat.

  • 21

    La bornele nfurrii monofazate ale selsinului receptor se va obine o tensiune proporional cu sinusul unghiului de dezacord. Aceast tensiune este amplificat i aplicat servomotorului M, care prin reductorul R acioneaz asupra sarcinii, axul selsinului receptor fiind cuplat cu arborele mecanismului comandat. Ca urmare, servomotorul accelereaz, unghiul de dezacord scade i n final tinde la zero. Servomotorul nefiind alimentat se oprete sarcina fiind astfel proporionat la unghiul dorit.

    c) Selsinele n regim diferenial se utilizeaz atunci cnd postul de recepie trebuie s reacioneze nu numai la semnalul de comand emis de postul de comand, ci la un semnal suplimentar de corecie, cele dou semnale adunndu-se sau sczndu-se. O astfel de soluie este prezentat n fig. 4.3, n care ntre selsinul emitator i cel receptor s-a intercalat un selsin diferenial (SD), astfel nct, la bornele selsinului receptor, tensiunea produs este proporional cu sinusul sumei sau diferena dintre unghiul de dezacord i unghiul de corecie.

    2. Principiul de functionare 2.1 Funcionarea n regim indicator. n figura 4.4 s-au considerat dou selsine identice, cu circuit magnetic

    nesturat, pentru care este valabil teorema superpoziiei. Cele dou nfurri monofazate sunt alimentate la reeaua de curent

    alternativ monofazat, iar nfurrile de sinconizare sunt cuplate n opoziie faz cu faz. Presupunem c, la un moment dat, axa nfurrii monofazate rotorice a selsinului emitor (SE) formeaz cu axa unei din nfurrile statorice de sincronizare (luata ca referin) un unghi e impus de postul de comand. n acelai timp, axa fazei de sincronizare AR (legat n opoziie cu faza de referin AE a selsinului emitor) formeaz un unghi r < e. Diferena e r = se numete unghi de dezacord al selsinelor.

  • 22

    Ae

    BeCe

    SE

    e*

    *

    *

    ~U

    *

    Ar

    BrCr

    r*

    **

    SR

    iA

    iB

    iC

    Fig.4.4

    *

    ieU

    nfurrile de excitaie produc un cmp magnetic alternativ, al crui flux,

    ca i la mainile mari, se poate considera c depinde numai de tensiunea de alimentare:

    e = r = o = osin t (4.1) Acest flux va induce simultan n cele trei faze ale nfurrii de

    sincronizare ale selsinului emitor tensiuni electromotoare, a cror valoare depinde de poziia n spaiu a nfurrii respective:

    eAE = - Em cos t cos e; eBE = - Em cos t cos (e - 2/3); (4.2) eCE = - Em cos t cos (e + 2/3), n care Em este amplitudinea t.e.m. induse n faza de referin n cazul n

    care e = 0. Pentru selsinul receptor, cele trei t.e.m. induse sunt: eAR = - Em cos t cos r; eBR = - Em cos t cos (r - 2/3); (4.3) eCR = - Em cos t cos (r + 2/3). Se observ ca cele dou sisteme de t.e.m. induse sunt sisteme trifazate,

    tensiunile electromagnetice fiind sinfazice, dar de amplitudini: Em cos t cos e, Em cos t cos (e - 2/3), Em cos t cos (e + 2/3).

    Ca urmare a faptului ca r < e, nfurrile de sincronizare ale celor dou selsine vor fi strbtute de cureni dai de relaiile (4.4). S-au notat cu Im raportul 2Em/Z, cu Z impedana a dou faze omoloage plus a firului de legatur i cu defazajul introdus de impedana Z.

    iA = Im cos (t - ) sin /2 sin (e - /2);

  • 23

    iB = Im cos (t - ) sin /2 sin (e - /2 - 2/3); (4.4) iC = Im cos (t - ) sin /2 sin (e - /2 + 2/3). Din interaciunea dintre aceti cureni i cmpul magnetic inductor, asupra

    statorului selsinului receptor se va exercita un cuplu electromagnetic, a crui valoare instantanee poate fi dedus pe baza teoremei forelor generalizate:

    tan

    m

    r ij cons t

    Wm = =

    respectiv:

    [ ]( )

    0 0 0

    0

    1 2 2sin cos sin cos sin cos2 3 33 sin cos sin8

    r A r B r Cr r r

    m

    m W t i W t i W t i

    W I t t

    = + + = =

    (4.5)

    Cum statorul este fix, asupra rotorului selsinului receptor se va exercita un cuplu instantaneu egal i de sens contrar, a crui valoare medie este:

    sinsin163

    0 mIWM = , (4.6) M = Mm sin (4.7) Acest cuplu este orientat n sensul creterii unghiului r, pn cnd

    dezacordul dintre cele dou selsine este zero. 2.2 Funcionarea n regim transformator. Spre deosebire de cazul precedent, numai nfurarea monofazat rotorica

    a selsinului emiator (SE) este alimentat n curent alternativ monofazat (vezi fig. 4.5).Valoarea curenilor ce parcurg nfurrile de sincronizare depind numai de poziia relativ i t.e.m. induse n primul selsin:

    iA = Im cos (t - ) cos e iB = Im cos (t - ) cos (e - 2/3) (4.8) iC = Im cos (t - ) cos (e + 4/3), unde Im = Em/Z, Z si avnd aceleai semnificaii ca i n cazul precedent.

    Datorit acestor cureni, n nfurarea rotorica a selsinului receptor se va induce o t.e.m. static:

  • 24

    +

    +=3

    4cos3

    2coscos rCrBrASRr iiidtdLe

    sau:

    ( ) cossin23 = tILe mSRr . (4.9)

    Notnd cu Erm = 3/2 LSR Im , se gasete valoarea instantanee a t.e.m.

    induse: er = - Erm sin (t - ) cos (4.9) Deci, t.e.m. la bornele de ieire ale selsinului receptor este o funcie

    cosinusoidal de unghiul de dezacord, fiind maxim cnd dezacordul este nul i zero cnd = /2.

    Un asemenea traductor este necorespunzator pentru un sistem automat, la care se cere ca semnalul de comand s fie zero, cnd se obine concordana i maxim, cnd eroarea este maxim. Pentru a elimina aceasta deficiena, nfurarea rotoric a selsinului receptor se decaleaz de la nceput cu /2 fa de poziia iniial, astfel nct ntre axa rotorului i axa de referina sa existe unghiul r - /2. n acest caz, t.e.m. indus devine:

    er = - Erm sin (t - ) cos (+ /2) = Erm sin (t ) sin (4.10) 2.3 Funcionarea selsinelor n regim diferenial, se explic pe baza figurii

    4.6

  • 25

    n mod asemntor ca i n celelalte cazuri. Se vede imediat ca pentru

    determinarea curenilor iA, iB, iC se pot folosi relaii asemntoare celor deduse pentru regimul transformator (4.8).

    Aceti cureni, parcurgnd nfurrile statoric ale selsinului diferenial

    (SD), induc tensiuni electromotoare n nfurrile lui rotorice, tensiuni care produc curenii iAd, iBd, iCd, ce se nchid prin nfurrile statorice ale selsinului receptor (SR). Ca urmare, n nfurarea rotoric a selsinului receptor se va induce o tensiune electromotoare:

    er = Erm cos (t - ) sin (e r d) (4.11) Amplitudinea acestei tensiuni depinde de sinusul diferenei dintre unghiul

    de poziie al (SE) i cel al (SR) plus sau minus unghiul de poziie al (SD), semnul fiind dictat de sensul de succesiune al fazelor selsinului diferenial.

    3. Descrierea platformei din laborator i a schemei electrice Platforma pentru studiul selsinelor se compune din: A panou frontal; B blocul de alimentare; C blocul selsinelor. A) Panoul frontal conine comutatoarele de regim, lmpile de semnalizare

    a regimului, bornele de conexiuni i schemele de conexiuni. B) Blocul de alimentare este format dintr-un transformator de separare

    galvanic, un autotransformator monofazat i un transformator monofazat 220/24V.

  • 26

    C) Blocul de selsine este format din: - SE selsin emitor tip SER A3, cu

    tensiunea de excitaie de 110V; - SR selsin receptor tip SER A2, cu tensiunea de excitaie de 110V; - SD selsin diferenial. Cele trei selsine sunt prevzute cu dispozitive pentru msurarea

    unghiurilor de poziie. Conectarea elementelor componente ale platformei se face conform

    schemei electrice de principiu din figura 4.7, n care: ATR autotransformator; K1, K2 comutatoare cu 3 etaje (A,B,C) i 3 poziii (I,T,D); K3 ntreruptor 220V/2A; K4 ntreruptor reea; Ae, Ar, A ampermetre de curent alternativ; Ve, Vr, V voltmetre de curent alternativ.

  • 27

    4. Chestiuni de studiat i modul de lucru Din punct de vedere funcional platforma permite studiul selsinelor n

    regim indicator, transformator i diferenial i obinerea datelor pentru ridicarea caracteristicilor de funcionare.

    4.1 n regim indicator se ridic: a) caracteristici de tensiune: tensiunile induse n nfurrile de

    sincronizare n funcie de e si r; EA, EB, EC = f(e, r); eA = eAE - eAR ; eB = .... b) caracteristicile de curent: curenii ce strbat nfurrile de

    sincronizare n funcie de e i r; IA, IB, IC = f(e, r); c) caracteristicile cuplului electromagnetic al selsinului receptor n

    funcie de unghiul de dezacord Mr = f(); d) caracteristicile de eroare diferena dintre poziia teoretic i cea

    real copiat de SR n funcie de r; r=e - r = f(r) a) Pentru ridicarea caracteristicilor de tensiune se procedeaz astfel: -se conecteaz voltmetrele Ve i Vr (130V) i ampermetrele Ae si Ar (0,5A)

    conform schemei; - se scurtcircuiteaz bornele AA, AB, AC; - comutatoarele K1 i K2 se trec pe poziia I; - ntreruptorul K3 se trece pe poziia ON; - se conecteaz voltmetrele VA, VB, VC (130V) ntre bornele I ale

    comutatoarelor K1 i K2 urmrnd corespondena dintre nfurrile de sincronizare ale SE i SR;

    - se trece ntreruptorul K4 pe ON, ceea ce va realiza alimentarea platformei.

    Se blocheaz rotorul SE la e =0. Se rotete SR de la r = 0 la r = 360, din 20 n 20. Pentru fiecare valoare a lui r se noteaz indicaiile VA, VB, VC corespunzatoare t.e.m. EA, EB, EC. Datele se trec ntr-un tabel de format:

    e = 0

    r 0 20 40 ......... 360 EA [V] EB [V] EC [V]

    Se fixeaz apoi rotorul SE la e=20 i se procedeaz ca mai sus,

    completndu-se tabelul:

  • 28

    e = 20 r 0 20 40........................................360 EA [V] EB [V] EC [V]

    Se continu msurtorile pn la e = 180. Cu datele obinute se traseaz

    caracteristicile: EA; EB; EC = f (e + r). EA este efectiv a diferenei EB si EC pentru eBE - eBR, respectiv eCE eCR. b) Pentru ridicarea caracteristicilor de curent procedm n felul urmtor: - se conecteaz ampermetrele Ae si Ar i voltmetrele Ve i Vr conform

    schemei; - se conecteaz ampermetrele AA, AB, AC (0, 6A); - comutatoarele K i K2 se trec pe poziia I ; - ntreruptorul K3 se trece pe ON; - se scurtcircuiteaza perechile de borne I ale comutatoarelor K1 i K2,

    urmrind corespondena dintre nfurrile de sincronizare ale SE i SR; - se trece K4 pe ON. Se blocheaz apoi rotorul SE la e = 0. Se rotete rotorul SR de la r = 0

    la r = 360 din 20 n 20. Pentru fiecare valoare a lui r se noteaz indicaiile ampermetrelor AA, AB, AC corespunzatoare curenilor IA , IB , IC.

    Se fixeaz apoi rotorul SE la e = 20 i se procedeaz la fel. Msurtorile continu pn la e = 180. Datele se trec n tabelul de forme:

    e = . r 0 20 360 IA [A] IB [A] IC [A]

    Cu rezultatele obinute se traseaz caracteristicile: IA, IB, IC = f (e, r) c) Pentru ridicarea caracteristicii cuplului electromagnetic se realizeaz

    acelai montaj ca la punctul b. Se blocheaz rotorul SE la e = 0. Se urmrete SR. Poziia rotorului SR

    corespunde lui: r = 0, deci = e - r = 0. Se noteaz valoarea cuplul electromagnetic a SR citit pe discul

    corespunztor. n continuare, se ncarc cu un cuplu, prin intermedul unui arc de torsiune, rotorul SR. Pe masur ce cuplul de sarcin va crete, se va mrii i unghiul de dezacord , pn cnd se atinge cuplul de rsturnare i sistemul i pierde stabilitatea.

  • 29

    Pentru valorile r citite pe discul exterior, se vor citi pe cuplul exterior, se vor citi pe discul mobil al selsinului receptor valorile corespunzatoare ale cuplului. Se repet msurtorile din 10 n 10 pn la e = 180.

    Datele obinute se trec ntr-un tabel de forma:

    e r = e - r Mr Ie Ir [] [] [] [Nm] [A] [A]

    Valorile curenilor Ie i Ir se citesc pe ampermetrele Ae i Ar. Cu rezultatele

    obinute se traseaz caracteristica Mr = f (). d) Caracteristica de eroare se ridic astfel: selsinul receptor se menine

    nencrcat (poziia indicatorului de cuplu pe discul mobil va fi pe 0 zero); se rotete totorul SE de la Qe = 0 la 360 din 10 in 10; pentru fiecare valore a lui Qe se noteaz cu precizie Qr.

    Se calculeaz eroarea Qr = Qe Qr, completandu-se tabelul:

    e r r

    Se traseaz caracteristicile r = f (r). 4.2 n regim transformator se ridic: a) caracteristicile de curent: IA = f (e); IB = f (e); IC = f (e). b) caracteristica de tensiune Er = f (), adic variaia t.e.m. induse n

    nfurarea rotoric a selsinului receptor n funcie de unghiul de dezacord. c) caracteristica de eroare r = f (r). Pentru ridicarea acestor caracteristici procedm astfel: - se trec comutatoarele K1 i K2 pe poziia T; - se trece K3 pe poziia OFF - se conecteaz ampermetrele Ae i Ar i voltmetrele Ve, Vr; - se conecteaz ampermetrele AA, AB, AC (0, 2A); - se scurtcircuiteaz perechile de borne T ale comutatorului K1 i K2

    urmrind respectarea corespondenei dintre nfurrile de sincronizare ale (SE) i (SR);

    - se trece ntreruptorul K (de alimentare) pe poziia ON.

  • 30

    n continuare, pentru ridicarea caracteristicilor de la 4.2.a i b, se blocheaz rotorul selsinului receptor (SR) la r = 0.

    Se rotete rotorul (SE) de la e = 0 la e = 360, din 10 n 10 grade. Pentru fiecare valoare a lui e se noteaz indicaiile ampermetrelor AA, AB,

    AC corepunzatoare curenilor IA, IB, IC i indicaiile voltmetrului Vr, corespunzatoare tensiunii Er.

    Se completeaz tabelul de date:

    r e e r = Er IA IB IC [] [] [] [V] [A] [A] [A]

    Se construiesc caracteristicile IA, IB, IC = f(e) si Er = f(). Pentru ridicarea caracteristicii de eroare, se folosete acelai montaj ca la

    4.2.a) i 4.2.b). Se ncearc s se pun n evidena diferena dintre valoarea teoretic a unghiului de dezacordsi cea masurat, pentru care tensiunea de ieire Er este nul (minim). Pentru aceasta se rotete rotorul (SE) de la e = 0 la e = 360, din 10 n 10 grade. Corespunzator fiecrei valori a lui e se noteaz cu precizie unghiul r pentru care Er = 0. Datele se trec n urmtorul tabel:

    e [] r [] r = e r []

    Cu aceste valori se ridic caracteristica r = f(r). 4.3 n regim diferenial se vor ridica experimental: a) caracteristicile de current: IA = f(e); IB = f(e), IC = f(e). b) caracteristica de tensiune, adic variaia t.e.m. de ieire a selsinului

    receptor n funcie de unghiul de poziie al selsinului diferenial: ER = f(d); c) caracteristica de eroare d = f(d), adic diferena dintre poziia

    teoretic sic ea real copiat de (SR) n funcie de d, pentru e = 0. Pentru ridicarea caracteristicilor de curent 4.3.a) se procedeaz astfel: - se trec comutatoarele K1 i K2 pe poziia D; - se trece K3 pe poziia OFF; - se conecteaz ampermetrele AA, AB, AC (0.2A); - se conecteaz ampermetrele Ae si Ar (0.5A) i voltmetrele Ve i Vr; - se conecteaz selsinul diferenial (SD) astfel: nfurrile A, B, C la bornele D ale comutatorului K1, urmrind

    corespondena nfurrilor de sincronizare ale (SE) cu nfurrile statorice ale (SD);

  • 31

    nfurrile A, B, C, la bornele D ale comutatorului K2, urmrind corepondena ntre nfurrile rotorice ale lui (SD) i nfurrile de sincronizare ale lui (SR).

    Se blocheaz rotorul (SD) la d = 0 i rotorul (SR) la r = 0. Se rotete rotorul (SE) de la e = 0 la e = 360, din 10 n 10 grade. Pentru fiecare valoare a lui e se noteaz indicaiile ampermetrelor AA, AB, AC. Valorile se trec n tabelul urmtor: e [] IA [A] IB [A] IC [A]

    Utiliznd aceste date se contruiesc caracteristicile IA, IB, IC = f(e). Pentru ridicarea experimental a caracteristicii de tensiune Er = f(d), se

    utilizeaz acelai montaj ca i la 4.3.a). Se blocheaz rotorul selsinului emitor la e = 0 i rotorul selsinului

    receptor la r = 0. Se rotete rotorul selsinului diferenial (SD) de la d = 0 la d = 360 din

    10 n 10. Pentru fiecare valoare a lui d se noteaz indicaiile voltmetrului Vr. Se reped msurrile pentru rotorul (SE) fixat la e = 45; 90; 180; 270. Datele se trec n tabel de forma:

    e = d [] Er [V]

    Cu rezultatele obinute se traseaz caracterisica Er = f(d). Se blocheaz

    rotorul (SE) la e = 0. Se rotete rotorul (SD) de la d = 0 la d = 360 din 10 n 10. Pentru fiecare valoare a lui d se noteaz cu precizie r. Diferena d = d r reprezint eroarea sistemului. Se completeaz tabelul:

    d [] r [] d []

    Cu rezultatele obinute se traseaz caracteristica d = f(d).

  • 32

    LUCRAREA Nr. 5 STUDIUL TRANSFORMATOARELOR ROTATIVE

    1. Chestiuni generale Transformatoarele rotative, denumite uneori i sincro-rezolvere, sunt

    micromaini de curent alternativ care au cte dou nfurri monofazate pe stator i pe rotor, repartizate n crestturi. Circuitul magnetic este realizat din tole de foarte buna calitate, din materiale cu premeabilitate magnetic ridicat i pierderi sczute. Cele dou nfurri statorice au axele plasate la 90 electrice; capetele nfurrilor sunt scoase la cele 4 borne ale statorului.

    nfurrile rotorice sunt dispuse i ele la 90 electrice, iar capetele lor sunt aduse la 4 inele, legtura cu exteriorul fcndu-se prin 4 perii metalice.

    Ca i selsinele, transformatoarele rotative se pot construi i ntr-o varint fr contacte; la fel ca i selsinele, se construiesc ca maini bipolare.

    Rotorul transformatoarelor rotative este de a da la ieire o tensiune electric proporional cu unghiul sau cu o funcie trigonometric a unghiului de poziie rotoric (sin , cos , K, etc.).

    Transformatoarele rotative se utilizeaz n sisteme automate de urmrire, instalaii electromecanice de calcul, elemente indicatoare. Prin utilizarea lor cu servomotoare i amplificatoare, se pot obine instalaii care efectueaz automat diferite operaii aritmetice, trigonometrice, vectoriale, generatoare de diverse funcii.

    n cele ce urmeaz, vom explica principiul de funcionare al transforma-toarelor rotative sinus-cosinius (TRSC). Presupunem ca n regim staionar, cele dou nfurri ale statorului maini sunt alimentate cu dou tensiuni alternative Uf si Uk, de aceeai frecven:

    uf = Uf 2 sin t; uk = Uk 2 sin t; = 2f (5.1) ntre axa nfurrii statorice f considerate de referin i axa nfurrii

    rotorice a exista unghiul geometric , rotorul fiind fixat n aceast poziie (figura 5.1).

  • 33

    n ipoteza neglijrii saturaiei circuitului magnetic al (TRSC) putem

    calcula tensiunile la bornele nfurrilor rotorice (a) i (b) utiliznd principiul suprapunerilor efectelor. Presupunem iniial funcionarea n gol; alimentm nti numai nfurarea (f) cu tensiunea Uf.

    Inductivitatea mutual dintre nfurrile (f) i (a) este maxim i de valoare M, dac = 0.

    Pentru un unghi oarecare , inductivitatea de cuplaj (f) i (a) va fi M cos , iar cea dintre (f) si (b) va fi M sin .

    Deci, tensiunile la bornele nfurrilor rotorice (a) i (b) cnd este alimentat numai nfurarea statoric (f), vor fi:

    ufa = M fdidt

    cos (5.2)

    ufa = M fdidt

    sin

    Trecem n complex implificat i nlocuim imaginea n complex a

    curentului if cu fI = f

    f

    Z

    U, Zf fiind impedana proprie a nfurrii f.

    faU = fZMj

    fU cos ; fbU = fZMj

    fU sin (5.3)

    Transformatoarele rotative funcioneaz, de obicei, alimentate de tensiuni

    de frecvene mari (peste 400Hz). n aceste condiii se poate neglija rezistena nfurrii f) fa de reactanta i, deci:

  • 34

    fZMj =

    ff LjRMj

    + fL

    M = KT (5.4)

    Relaiile (5.3) devin:

    faU = KT fU cos ; fbU = KT fU sin ; (5.5)

    considernd acum situaia cnd numai nfurarea K este alimentat,

    urmrind acelai raionament, se obine:

    sinKTKa UKU = ; cosKTKb UKU = . (5.6) Presupunem acum cazul real al transformatorului rotativ, cu ambele

    nfurri statorice; aplicnd principiul suprapunerii efectelor, la merul n gol al TRSC, sau n sarcina cu impedana foarte mare, se poate scrie: ( )

    ( )

    cossin

    sincos

    KfTbc

    KfTac

    UUKUUUKU

    +==

    (5.7)

    Deci, transformatorul rotativ stabilete o legtura ntre tensiunile statorice

    i cele rotorice, n care intervine ca semnal suplimentar unghiul de poziie al rotorului. Se observ ca atunci cnd este alimentat o singur nfurare statoric, transformatorul rotativ se comport c un convertor de unghi tensiune de tip sinus sau cosinus.

    n figura 5.2.a) i b) s-a considerat schema de principiu, respective diagrama fazorial a transformatorului rotativ funcionnd n sarcin. Este alimentat numai nfurarea f) tatorica, iar bornele nfurrii rotorice b) sunt legate la impedana de sarcina bsz .

  • 35

    Cnd este cuplat impedana bsz la bornele nfurrii b, curentul ce

    parcurge aceasta nfurare d natere unei solenaii brbrb IWK= , orientat pe axa nfurrii b; aceasta solenaie va avea dou componente dup axele d i q (f i K):

    sinbbd = ; cosbbq =

    Efectul solenaiei de reacie bd este comparat prin creterea curentului

    absorbit de nfurarea f) (la tensiunea constant de alimentare, fluxul pe axe d) trebuie s fie practice constant).

    Solenaia bq d natere unui flux fascicular de reacie transversal cosbhrrq IKW= , fiind permanena circuitului magnetic. Acest flux induce

    pe cale statica o t.e.m. n nfurarea b:

  • 36

    ( ) 222 coscos brbrbrbs IjxIWKjE == ,

    unde xr este reactana unei nfurri rotorice. T.e.m. rezultanta n

    nfurarea rotorica b va fi:

    20 cossin brfTbsbb IjxUKEUE =+= . Curentul Ib se poate scrie sub forma:

    bsb

    bb ZZ

    EI += , unde bZ este impedanta proprie a nfurrii rotorice. Rezult:

    2max0

    2 cos1sin

    cos1

    sinb

    E

    ZZxj

    UKE b

    bsb

    r

    fTb +=

    ++= , (5.8)

    valoarea care difer mult de ceea de la mersul n gol Ub0. Se poate defini o

    eroare relative de forma:

    2

    2

    max cos1sincos

    bb

    EEEE

    bo

    bbob +=

    = (5.9) Partea real a lui Eb reprezint eroarea de amplitudine, iar partea

    imaginar eroarea de faza. Derivnd relaia (5.9) n raport cu i egalnd derivate cu zero, se

    determin ca eroarea este maxim pentru egal cu 3516; 14444; 21516. Erorile devin inacceptabil de mari n cazul unor impedante mici de sarcin

    i trebuie luate msuri pentru diminuarea lor. Reducerea nseamn, practic eliminarea acestor erori se face prin compensarea sau simetrizarea secundarea (rotoric), respective primar (statorica) a transformatoarelor rotative. n diferite aplicaii este necesar ca tensiunea de ieire a transformatorului rotativ s fie proportional cu un anumit domeniu, chiar cu unghiul de poziie . Se poate arta c, dac tensiunea de ieire a transformatorului este proporional cu

    f() =

    cos1sinC+ , unde c = 0,5 0,58, ea poate fi considerat funcie liniar de

    cu eroare sub 2 % pentru lund valori n domeniul 80 i sub 0,06 % n domeniul 60.

  • 37

    Pentru obinerea acestor tensiuni de ieire, transformatorul rotativ se conecteaz dup o schem ca n figura 5.3, obinndu-se astfel schema transformatorului rotativ liniar.

    nfurarea de excitaie f) este legat n serie cu nfurarea cosinus, ntreg

    circuitul fiind alimentat la reeaua de curent alternativ. nfurarea sinus (b) este conectat pe impedana de sarcin bsz de la bornele creia se ia tensiunea de

    ieire. Deoarece nfurarea K este legat pe o impedan de simetrizare egal cu impedana sistemului de alimentare (foarte mic), fluxul tranversal q poate fi considerat perfect compensat, deci neavnd niciun efect asupra tensiunilor induse. Fluxul longitudinal d va induce n nfurrile f si o t.e.m.:

    ( )cos44,4 rbrsbsdafS WKWKfEEE +=+= , (5.10)

  • 38

    iar n nfurarea sinus:

    sin44,4 rbrdb WKfE = (5.11) Eliminnd din aceste dou relaii fluxul d, se obine:

    cos1sin

    )cos(44,4sin44,4

    Tr

    Tr

    rbrsbs

    Srbrb K

    KUWKWKf

    EWfKE +

    =+= (5.12)

    deci tocmai funcia dorit, dac KTr = C. Erorile transformatoarelor rotative pot fi: erori funcionale de construcie,

    tehnologice i erori definite de condiiile de utilizare. Erorile funcionale pot s apar datorit unei compensri

    necorespunzatoare a reaciei transversale, sau a funcionrii n afara zonei de linearitate a transformatoarelor rotative liniare.

    Erorile de construcie se datoreaz unei reprezentri sinusoidale a nfsurrilor statorice i rotorice i a variaiei reductanei circuitului magnetic cauzat de prezena crestaturilor.

    Erorile tehnologice se datoreaz excentricitii rotorului, asimetriei circuitului magnetic, impreciziei dispunerii nfurrilor n cuadrantura, scurtcircuitelor ntre spiralele nfurrilor sau tolele circuitului magnetic. Efectul acestor erori este echivalent cu inducerea n nfurarea de ieire a unei t.e.m. reziduale, care are dou componente: una n faza cu Eb, iar cealalt n cuadrantura.

    Prima componenta poate fi compensat de ctre t.e.m. pricipala de ieire printr-o deplasare a rotorului cu un unghi , deci pe baza introducerii unei erori acceptate, dar cealalt componenta fiind n cuadrantura nu poate fi simplu compensat. Acesta este motivul pentru care transformatoarele rotative prezint ntotdeauna o tensiune rezidual diferit de zero.

    Erorile definite de condiiile de utilizare se datoreaz modificrilor parametrilor funcionali i mainii: temperatura de lucru (sunt afectate rezistenele), frecvena reelei (se modific reactanele nfurrilor), tensiunea de alimentare (se modific starea de saturaie a miezului).

    Ca urmare, atunci cnd se discut despre clasa de precizie a unui transformator rotativ, ntotdeauna se pun condiiile nominale de funcionare definite de firma constructoare.

    Erorile acestor traductoare se dau sub forma relativ, n procente din tensiunea maxim de ieire pentru transformatoarele rotative sinus cosinus, repectiv funcie de valoarea limita a sectorului liniar pentru tranformatoarele rotative liniare. Tensiunea rezidual se d tot n procente sau n minivoli.

    Una din principalele aplicaii ale transformatoarelor rotative se refer la sistemele automate de poziionare unghiular, n care caz e folosesc dou

  • 39

    transformatoare sinus cosinus, unul emitor, celalalt receptor ntr-o schem identic cu cea prezentat pentru selsine. nfurarea rotoric a1 a transformatorului rotativ emitor TRE este alimentat de la o sursa de c.a. cu tensiunea U0 (figura 5.5).

    nfurrile statorice ale TRE sunt legate n opoziie cu cele omoloage ale

    transformatorului rotativ receptor TRR. De la nfurarea b2 a TRR se obine tensiunea de ieire Ub2. Aceasta se

    aplic la intrarea unui amplificator, care comand un servomotor ce antreneaz sarcina, pentru a o aduce n poziia dorit. Rotorul transformatorului emitor este deviat cu unghiul e, mrimea impus sistemului de poziionare. Rotorul transformatorului receptor este solidar cu arborele de ieire al sistemului, fiind n general deviat cu un unghi r, diferit de e.

    Pentru a deduce expresia tensiunii de ieire, vom neglija n cele ce urmeaz cderile de tensiune provocate de cureni de sincronizare If si Ik ca i reacie magnetic a induilor n cele dou transformatoare.

    Conform sistemului de ecuaii (5.7) aplicat transformatorului emitor:

    ecKT

    ecfT

    UUKUUK

    sin

    cos

    4

    1

    ==

    (5.13)

  • 40

    Aceste tensiuni se aplic nfurrilor statorice ale transformatorului receptor, astfel nct putem scrie: Uf1 = Uf2 si Uk1 = Uk2, tensiunea rotoric calculndu-se pe baza ecuaiei a doua a sistemului (5.7):

    )cossin( 222 rkrfTb UUKU +=

    innd seama de relaiile (5.13), rezult:

    sinsincoscossin 002 UUUU ererob == , (5.14)

    n care = e r este unghiul de dezacord ntre valoarea impus la intrarea sistemului, e i valoarea real r la ieire. Aceasta tensiune este deci funcie de abaterea , anulandu-se cnd = 0, crescnd odat cu , dac < 90, adic are proprietile necesare pentru a fi utilizat ntr-un sistem de poziionare.

    2. Descrierea platformei din laborator i a schemei bloc Platforma pentru studiul transformatoarelor rotative se compune din: pa-

    noul frontal, blocul de alimentare, blocul de transformatoare rotative. Pe panoul frontal sunt montate bornele de conexiuni i rezistoarele de

    sarcin. Blocul de alimentare conine o surs de 36V i 400Hz i o alt de 10V i

    1600Hz. Blocul transformatoarelor rotative este format dintr-un transformator

    rotativ liniar (fr contacte) i dou tranformatoare rotative sinus (rezolvare), toate prevzute cu dispozitive pentru msurarea unghiului de poziie rotoric.

    Conectarea elementelor componente ale platformei se face conform schemei electrice de principiu de la figura 5.6 n care:

    TRL transformator rotativ liniar (alimentare 10 V; 600 Hz); RE rezolvare emitor (tip 21 RB/S, alimentare 10V; 600 Hz); G 400 generator monofazat 36 V; 400 Hz; P1, P2 poteniometer de sarcin (max. 2500); K comutator; B1, B1 butoane; V1, V2 voltmetere.

    3. Chestiuni de studiat 3.1 Pentru transformatorul rotativ liniar se ridic caracteristica u = f(), n

    care: u este raportul dintre tensiunea de ieire Ue i tensiunea de alimentare Ur;

  • 41

    unghiul dintre axa nfurrii rotorice cosinus a TRL i axa nfurrii f de excitaie.

    3.2 Pentru transformatoarele rotative se ridic urmtoarele caracteristici: 3.2.1 caracteristica de mers n gol Eb = f(e), unde Eb este

    tensiunea electromotoare indus la mersul n gol n nfurarea rotoric a rezolverului emitor, iar e unghiul de poziie rotoric al lui RE;

    3.2.2 caracteristica de mers n sarcina Ub = f(e), Ub fiind tensiunea la bornele nfurrii rotorice a lui RE, masurat pe o rezisten de sarcin;

    3.2.3 caracteristica de eroare Eb = f(e), unde Eb este eroarea relativ dat de raportul dintre diferena ntre t.e.m. indus la merul n gol i tensiunea de ieire la mers n sarcina, msurate la acelai e i valoarea maxim a tensiunii de ieire la mers n gol:

    maxb

    bbb E

    UEE

    = 3.3 Pentru sistemul de poziionare cu cele dou rezolvare, se ridic

    carcacteristica de ieire EbR = f(), unde EbR este tensiunea msurat la bornele nfurrii rotorice a RR, iar este dezacordul e r.

    4. Mod de Lucru 4.1 Pentru ridicarea la platforma a caracteristicii 3.1 corespunzatoare TRL

    procedm astfel: Conform notaiilor de pe panoul frontal, legm ntre ele bornele: 1-M1, 2-

    M2; A1-Er1 si A2-Er2. Se conecteaz ntre bornele 3 i 4 ale poteniometrului P1 i voltmetrului

    V1, care va msura tensiunea de ieire Ue. Se trece B1 pe poziia ON; TRL este alimentat la bornele A1, A2 ale generatorului monofazat.

    Se conecteaz voltmetrul V2 la bornele A1 si A2 pentru a msura tensiunea de alimentare Ua. Fixm poteniometrul P1 pe poziia de rezistena maxim Rmax. Se rotete motorul TRL de la = 0 la = 360 din 10 n 10. Pentru fiecare valoare a lui se noteaz indicaiile voltmetrului V1. Se trec datele n tabelul 5.1.

    Tabelul 5.1.

    [grade] Ue [V] u = Ue/U

    n continuare, se reiau msurtorile pentru valori ale sarcinii

    corespunztoare lui Rmax/2 i R = 0 (rotor n scurtcircuit). Se completeaz tabele de forma 5.1.

  • 42

    Cu datele obinute se construiesc pe acelai grafic caracteristicile TRL: u = f() pentru R = 0; Rmax/2 i R = Rmax.

    4.2 Pentru ridicarea caracteristicilor tranformatoarelor rotative sinus se leag ntre ele perechile de borne: S1-E1; S2-E2; C1-E3 i C2-E4.

    Pentru caracteristica de mers n gol, se conecteaz voltmetrul V2 la bornele E5, E6. Se trece B2 pe poziia ON; rezolverul RE de la este astfel alimentat la generatorul bifazat. Se rotete rotorul RE de la = 0 la 360 din 10 n 10. Pentru fiecare valoare a lui e se noteaz indicaiile voltmetrului V2, corespunztoare tensiunii Eb. Rezultatele se trec n tabelul 5.2. Tabelul 5.2

    e [grade] Eb (V)

    Cu datele din tabel se construiete caracteristica de mers n gol Eb = f(e). Pentru ridicarea caracteristicii de mers n sarcina Ub = f(e), se leag borna

    1 a lui P2 cu E5 i borna 2 cu E6; se monteaz voltmetrul V2 ntre bornele 3 i 4 ale lui P2. Se fixeaz P2 pe poziia de rezistena maxim Rmax. Se trece B2 pe ON. Se rotete rotorul RE de la e = 0 la 360 din 10 n 10. Pentru fiecare valoare a lui e se noteaza Ub citit la V2. Se trec datele n tabelul 5.3. Tabelul 5.3

    Se reiau msurtorile pentru Rmax/2, repectiv R = 0. Se trec datele obinute n tabele de forma tabelului 5.3.

    Cu rezultatele din tabele se construiesc caracteristicile Ub = f(e) pentru R = 0, R = Rmax/2, R = Rmax, n aceleai axe de coordonate.

    Pentru ridicarea caracteristicii de eroare se folosesc rezultatele obinute n tabelele 5.2 i 5.3 pentru acelai e. Se calculeaz eroarea relativ Eb = f(e).

    4.3 Pentru ridicarea caracteriticii de ieire a sistemului de poziionare, se

    leag ntre ele perechile de borne: R2-R3; E2-E3; R1-E1; R4-E4; S1- E5; i S2-E6. Se trece B2 pe poziia ON.

    Se aduce rotorul RR pe poziia r = 0. Se rotete rotorul RE de la e = 0 pn la e = 360, din 30 n 30. Pentru fiecare valoare a lui e, se noteaz indicaia voltmetrului V2, corespunzatoare tensiunii EbR. Se trec datele n tabelul 5.4.

    Se repet apoi msurtorile pentru r = 30; 60; 90; 135; 180; 270.

    e [grade] Ub [V]

  • 43

    Tabelul 5.4 r =

    e EbR = e - r

    Cu rezultatele obinute se construiesc graficele caracteristicilor EbR = f().

    M1 M2

    Ex2Ex1 TRL

    A1 A2B1

    S1S2C2C1

    B1

    G400

    G1600

    K

    ~220

    1

    3

    rR1`

    R1 R3

    R5 R6

    R2

    R4

    e

    E1`E1

    E3

    E5

    E6

    V2

    P2

    1

    3

    2

    4

    Fig 5.5

    E2

    E4

    V1

    P1

    2

    4

  • 44

    LUCRAREA Nr.6 INCERCARILE MOTORULUI MONOFAZAT

    CU REPULSIE 1. Notiuni generale Motorul cu repulsie ete un motor asincron monofazat cu colector ale crui

    avantaje faa de motorul asincron monofazat sunt: factor de putere cos mai bun, cuplu mare la pornire, posibilitatea reglrii turaiei n sarcina n mod continuu i n limite lrgi. Motorul cu repulsie de mica putere se prezint n dou variante contructive: motorul cu repulsie la pornire i motorul cu repulsie-inducie. Motorul cu repulsie la pornire, pe care l vom studia, are pe stator o singur nfurare repartizat n crescturi. Rotorul identic cu un rotor de maina de curent continuu este prevzut cu o nfurare nchis legat la lamelele unui colector pe care calc dou perii dispuse diametral i legate n scurtcircuit.

    Periile se pot deplasa cu anumite unghiuri pe colector. Principiul de funcionare a motorului cu repulsie se bazeaz pe tendina spirei n scurtcircuit de a se orienta dup direcia liniilor de cmp magnetic. Cnd periile sunt calate pe axa neutr a motorului ( = 0), dac rotorul este n repaus, n nfsurarea acestuia nu se induce nici o t.e.m. ntr-adevr, ntruct n = 0, tensiunea "electromotoare de rotaie nu se induce i deoarece ntre axele celor dou nfurri (inductoare i induse) exist un unghi = 90 i t.e.m. static va fi nul. Rezult ca tensiunea la bornele indusului este nul i deci curentul prin indus va fi nul. Se spune c aceasta este poziia de mers n gol a motorului cu repulsie, denumire improprie deoarece motorul nu poate s rmn mult timp n aceasta poziie fr s suporte avarii din cauza ncalzirii excesive; n spirele n comutaie (corespunztoare secii-lor legate la lamelele scurt circuitate prin perii) se induc t.e.m. statice care genereaz un curent de scurtcircuit local, foarte periculos. n aceast poziie a periilor, deoarece n nfurarea rotorului nu circul niciun curent, asupra lui nu se exercit niciun cuplu, deci motorul nu poate porni. Dac periile sunt calate n axa polilor inductori ( = 90) cnd rotorul este n repaus (n = o), t.e.m. de rotaie este nul. nfurarea indusului este strbtut de fluxul inductor to ta l , deoarece axele nfurrilor coincid cu cele dou ci de curent determinate de perii se comport ca dou nfurri secundare, legate n paralel, i apoi n scurtcircuit, nfurarea primar fiind indutorul. Astfel, nfurarea indusului este parcurs de un curent de scurtcircuit generat de o t.e.m. statica. ntre cmpul magnetic inductor i cmpul magnetic al curentului determinat de t.e.m. statica e exercit o for de repulsie a crei direcie trece prin axa de rotaie a rotorului i deci nu poate determina cuplu util. Rotorul este calat i motorul se comport ca un transformator n scurtcircuit. Din acest motiv, situaia studiat se numete poziie n scurtcircuit.

  • 45

    ~

    Fig. 6.1.

    Motorul nu poate rmne mult timp n aceast poziie fr s se deterioreze din cauza nclzirii excesive. Cnd periile sunt calate la un unghi oarecare (0

  • 46

    unde este defazajul ntre fluxul inductor i curentul indus. Valoarea instantanee a curentului indus este:

    tIi sin2= (6.4) Valoarea momentan a cuplului electromagnetic M dezvoltat de maina, se

    poate calcula ca i la maina de curent continuu cu relaia:

    iNnap

    IiU

    mn

    er ==

    21 (6.5)

    n care produsul Uer i reprezint puterea electromagnetic, viteza

    unghiular rotoric iar valoarea instantanee a fluxului util data de relaia (6.3). nlocuind n (6.5) valorile instantanee ale fluxului util i curentul rotoric date de relaiile (6.3) i (6.4) obinem:

    cos)sin(sin2 = ttIapNm (6.6)

    Aceast relaie ne arat c funcia care reprezint cuplul este periodic i are, ca i puterea n curent alternativ, pulsaia 2. Ca orice main de curent alternativ, cuplul rezultant reprezint media valorilor instantanee a cuplurilor n timpul unei perioade, adic:

    == T IapNdtmTM 0 coscos221 (6.7)

    Pornirea motorului cu repulsie se face aeznd periile n poziia = 0

    adic n poziia de gol, care servind la pornirea motorului se mai numete i poziie de pornire i deplasndu-se apoi spre stnga sau spre dreapta, dup sensul de rotaie pe care dorim s-l aib motorul. Cuplul crete ncet i cnd devine egal cu cel rezistent motorul pornete n sens invers decalrii periilor. Turaia motorului poate fi modificat prin variaia poziiei periilor pe colector, determinat de unghiul . Periile neavnd o poziie fix pe colector, aceste motoare nu pot fi prevzute cu poli auxiliari. De aceea, comutaia lor este, n general, proast, ameliorandu-se numai n apropiere de sincronism cnd t.e.m. static se anuleaz.

    2. Chestiuni de studiat 2.1 Se va ncrca motorul la sarcina nominal (turaia i cuplul nominal)

    pentru ambele sensuri de rotaie i se vor compara rezultatele.

  • 47

    2.2 Se vor ridica pentru diferite valori ale cuplului util (M2 = constant) caracteristicile de funcionare:

    )(,cos,,,, 21 PfPIn =

    2.3 Se vor deduce caracteristicile mecanice n = f(M) ale motorului pentru

    anumite valori ale decalajului periilor ( = constant) i caracteristicile de reglaj n = f () la cuplu de sarcin constant.

    3. Modul de lucru 3.1 Se execut montajul din figura 6.2. 3.2 Se scurtcircuiteaz la pornire ampermetrul i voltmetrul. Se aduc

    periile n poziia de pornire ( = 0), se alimenteaz motorul la tensiunea nominal i decalnd treptat periile, se pornete motorul n sensul dorit.

    K1

    A W

    V

    K2

    ~220

    M~

    F

    Fig. 6.2 *

    *

    *

    Se va ncarca treptat motorul pn la sarcina i turaia nominal,

    notandu-se tensiunea cu U, curentul absorbit I, puterea absorbita P1, decalajul periilor , cuplul util M2, turaia n. Se readuc periile n pozitia de zero, se ateapt oprirea motorului, dup care se pornete motorul decalnd periile n sens contrar, facndu-se aceleai critici. Se vor compara rezultatele trecute n tabelul 6.1.

  • 48

    Tabel 6.1 Sens dreapta Sens stnga U [V] I [V] P1 [W] [grade] M2 [Nm] n [rot/min]

    Se va repeta ncercarea pentru M2 = 0.75, M pornindu-se d la n = 1.1n n , apoi pentru M2 = 0.5 pornindu-se de la n = 1.15 n n .

    3.4 Din datele de la punctul 3.3 se vor deduce i trasa caracteristicile mecanice n = f(M) pentru diferite valori constante ale decalajului i n = f() pentru diferite valori contante ale cuplului.

    3.3 Determinarea caracteristicilor de funcionare ale motorului n funcie de puterea util pentru cu-plul nominal Mn se face pornindu-se de la decalajul maxim corespunztor sar-cinii i turaiei nominale spre deca-laje corespunztoare turaiilor mai mici. Pentru fiecare decalaj al perii-lor se vor citi simultan curentul, tensiunea, puterea i turaia moto-rului.

  • 49

    LUCRAREA Nr. 7 NCERCAREA MOTORULUI ASINCRON TRIFAZAT

    DERIVATE CU COLECTOR CU ALIMENTARE ROTORIC (SCHRAGE - RICHTER)

    1. Notiuni teoretice: La motorul Schrage-Richter rotorul constituie primarul (inductorul)

    mainii, iar statorul-secundarul (indusul). Rotorul dispune de dou nfurri: o nfurare trifazat de curent alternativ cu inele i o nfurare de tipul celor de curent continuu, cu legturi la colector. nfurarea primar de curent alternativ, ale crei faze sunt notate n figura 7.1

    U1 V1 W1

    Z

    W

    c2

    c1

    a1 a2

    U X

    b1

    b2Y

    V

    S

    n

    R K

    R`

    0

    R``

    S`S``

    Fig. 7.1.

    cu R, R, R se leag cu ajutorul inelelor colectoare al periilor respective i

    al bornelor U1, V1, W1 la reeaua de distribuie de tensiune constant U1 i frec-vena constant f1. Aceast nfurare constituie nfurarea inductoare a mainii.

    Inductoarele de tip curent continuu, inclusiv colectorul, reprezentat simplificat prin linie groas n figura 7.1 este notat cu K. Ea este o nfurare indus care servete pentru a produce o t.e.m. suplimentar Uek necesar reglajului turaiei i eventual ameliorrii factorului de putere.

  • 50

    nfurarea secundar a motorului este o nfurare trifazat ale crei faze S, S, S au nceputurile U, V, W legate la sistemul de perii a1-b1-c1, iar sfriturile X-Y-Z la sistemul de perii a2-b2-c2 de pe colectorul nfurrii K. Prin urmare, cele dou sisteme de perii leag electric nfurarea K cu nfurarea trifazat a statorului. Sistemul de perii a1-b1-c1 i a2-b2-c2 sunt montate pe dou coliere cu port-perii care pot fi deplasate n sens invers cu rotorul unei acionari mecanice, astfel nct unghiul 2 dintre periile a1-a2; bl-b2 i cl-c2 s poat fi variat ntre 0 i o anumit valoare maxim. Prin alimentarea rotorului de la retea ia natere un cmp nvartitor de flux care induce n nfurarea secundar t.e.m. Ue2s = SUe2 de frecvena f2 = Sf1, n care S este alunecarea mainii. Acelai cmp nvrtitor induce n nfurarea K, ntre perii t.e.m. Uek, a crei marime depinde de decalajul dintre perii i a crei frecvena este tot f2 = Sf1; aceasta t.e.m. este transmis electric secundarului. Pentru reglajul turaiei se decaleaz periile a1-a2; b1-b2; c1-c2, cu unghiuri egale faa de axele fixe ale nfurrii statorice (figura 7-2a).

    Cu creterea unghiului turaia va scdea deoarece t.e.m. Ue2s si Uek sunt

    opuse n circuitul a1 UIa2a1. Presupunnd cuplul de sarcin constant i neglijnd la alunecare normal, reactanta de scpri a rotorului n raport cu rezistena acestuia, curentul prin rotor, nainte de a decala periile va avea valoarea:

    2

    2

    22

    22

    22 r

    U

    xr

    UI se

    s

    se +

    = Cnd decalm periile a1-a2 cu unghiuri egale cu faa de axa 00

    (fig. 7-2a) apare t.e.m. suplimentar Uek, care se va scdea din U2s. Din cauza ineriei maselor n rotaie, turaia rmne nc aceeai dar curentul rotoric i odat

  • 51

    cu el cuplul electromagnetic al motorului scad. Deoarece cuplul de sarcin a rmas constant, apare la arborele motorului un cuplu dinamic negativ:

    02)( 20 2 (figura 7-2c). n felul acesta Uek va fi defazat n avans cu unghiul fa de t.e.m. Ue2S.

    n construcia diagramei s-au neglijat scderile de tensiune n stator i s-au notat cu indicele secund (ex. I2, ) mrimile obinute n urma decalrii pereilor cu unghiuri inegale (1>2) fa de axa 00. Se observ c: >, deci "coscos > adica s-a obinut o ameliorare a factorului de putere. Motorul Schrage-Richter din laborator are ambele coliere cu port-perii acionate dintr-un singur punct, astfel nct deplasarea perechilor de perii pe colector fa de axele nfurrilor statorice se poate face numai cu unghiurile egale: 321 == . Pornirea motorului se face numai prin simpla decalare a pereilor, deci fr reostat de pornire. n momentul pornirii = 90 i t.e.m. suplimentar Uek este n opoziie de faza cu Ue2S, deci curentul de pornire va fi redus. n acelai timp, cuplul de pornire este mai mare, ntruct prin deplasarea periilor pe colector, la pornire, cu unghiul maxim, a crescut rezistena circuitului indus.

    2. Chestiuni de studiat: 2.1 Se va porni motorul derivaie cu colector (Schrage-Richter).

  • 52

    2.2 La funcionarea n gol a motorului se vor ridica caracteristicile: n = f(); I0 = f().

    2.3 Se va pune motorul s funcionze n sarcina i se vor ridica caracteristicile:

    a) n, cos = f(I); n = f(M) pentru = constant b) n = f() pentru I = constant 3. Modul de lucru 3.1 Se va executa montajul din figura 7.3. 3.2 Se rotete maneta care acioneaz cele dou coliere portperii spre

    stnga pn la opritor. Aceasta este poziia de pornire. Se cupleaz motorul la reeaua de alimentare. Se va urmri c sensul de rotaie al ventilatorului s fie cel indicat de sgeat.

    3.3 Se variaz turaia motorului pn la turaia maxima nscris pe

    plcuele indicatoare. Se citesc valorile curentului de mers n gol, ale turaiei i ale unghiului . Valorile se trec n tabelul 7.1.

    Tabelul 7.1.

    [grade] n [rot/min] I0 [A]

  • 53

    3.4 Se ncarc motorul cu ajutorul frnei hidraulice. Turaia poate fi reglat la orice sarcin ntre valorile admisibile indicate pe placua mainii, varind decalajul al periilor. Datele se vor trece n tabelul 7.2. Aliura aproximativ curbelor de la 2.2. i 2.3. este n figurile 7.4, 7.5 i 7.6.

    Tabelul 7.2.

    U1 [V] I [A] P1 [W] n [rot/min] M [Nm] cos

    0

    n

    max

    1

    =0

    Fig. 7.6.

  • 54

    LUCRAREA Nr. 8 STUDIUL MOTORULUI ASINCRON LINIAR

    1. Consideratii teoretice Prin maini asincrone liniare nelegem maini electrice ce bazate pe

    principiul mainii asincrone, n care armturile sunt desfurate n plan, armtura mobil efectund o micare de translaie n paralel cu armatura imobil. Din punct de vedere al construciei pot fi utilizate urmtoarele tipuri de motoare liniare:

    - cu inductorul lung i indusul scurt (n general pentru aplicaii care nu cer dect deplasri mici, dar acceleraii importante);

    - cu inductorul scurt i indusul lung (pentru micri de mare amplitudine). n fiecare din aceste cazuri se pot utilize indusuri i inductoare de diferite

    tipuri dup spaial disponibil i micarea de realizat. n principiu, teoria mainilor asincrone rotative se aplic i n cazul mainilor asincrone liniare, cu deosebire c, n loc de cmpuri magnetice nvrtitoare, de data aceasta cmpurile magnetice sunt progresive sau alunectoare n sensul succesiunilor fazelor.

    Viteza de deplasare a unui cmp progresiv sau alunector, depinde de numrul p de perechi de poli i mainii de frecvena f1 a tensiunii de alimentare. Deoarece ntr-o perioad T a tensiunii cmpului magnetic parcurge n ntrefier o distan egal cu dublu pasului polar , rezult ca viteza de sincronism v0 este:

    11

    0 22 f

    plf

    Tv

    ==== unde = 2f1 este pulsaia tensiunii de alimentare, iar l = lugimea

    inductorului. Prin deplasarea cmpului magnetic fa de inductor sau armture (denumirea de rotor la acest motor numai are sens), n barele acesteia se induc tensiuni electromotoare care produc cureni. La motorul liniar se renun de regula la barele scurtcircuitate ale indusului, curenii de inducie turbionari au sediul ntr-o plas conductoare de aluminiu, cupru sau oel. Interaciunea dintre cmpul magnetic i curenii de indus d natere la fore electomagnetice care au ca rezultant o for de propulsie ce pune n micare armture, dac inductorul este fix sau inductorul dac indusul este fix. Viteza V a armturii este obligatoriu mai mica dect viteza de sincronism pentru ca n cazul cnd ar fi egal cu aceasta, nu s-ar induce tensiuni, nu ar exita cureni n armture i deci nu s-ar exercita fore electromagnetice. Alunecarea motorului liniar se definete prin

    raportul:0VVV

    s o= .

  • 55

    Regimurile de funcionare ale motorului asincron liniar sunt acelai ca i ale motorului rotativ, n funcie de valorile alunecrii.

    Fenomenele fizice din motorul asincron liniar fiind asemntoare cu cele din maina asincron convenional, este firesc ca ecuaiile de funcionare, schemele echivalente i diagramele fazoriale s aib forme analoage cu cele ale motorului asincron rotativ. Totui, datorit unor deosebiri constructive, cum ar fi dimensiunile limitate ale inductorului, apar unele efecte specifice motorului liniar care complic calculul i proiectarea i nrutesc performanele acestuia. Efectul longitudinal sau de capt const n stabilirea curenilor n indus la intrarea plcii n cmpul magnetic al inductorului i strngerea lor la ieirea din cmp. Efectul transversal sau de margine const n faptul ca n indus, sub marginile inductorului, curenii au componente longitudinale care nu contribuie la producerea forei, ci deformeaz repartiia induciei magnetice n ntrefier n plan transversal.

    Ambele efecte sunt negative, cauznd pierderi suplimentare de energie. Pentru diminuarea efectului de capt se impune utilizarea unor nfurri

    speciale, care creaz ns dificulti tehnologice i se impun restricii asupra lungimii minime a motorului i numrului de poli primari, ca i asupra frecvenei de lucru.

    Caracteristica mecanic a motorului asincron liniar reprezint curba forei de traciune n funcie de vitez.

    n funcie de tipul indusului i de natura metalului ales, se pot obine diferite forme ale caracteristicii mecanice, ncepnd de la caracteristica foarte cztoare a motorului cu indus magnetic izotrop i sfrind cu aceea a motorului cu secundarul n scara (colivie), avnd aceeai aliura ca i la motorul asincron clasic (curba 3 din figura 8.1).

  • 56

    n figura 8.2 se poate vedea c, pentru o anumit for de traciune, viteza

    de funcionare va fi mai mic n cazul indusului magnetic masiv (curba 1). Alunecarea depasete frecvent 5 %, iar variaia cu sarcin este foarte important.

    Din punct de vedere al caracteristicii mecanice cazul indusului fr fier este similar celui cu indusul mixt (curba 2). Variaia grosimii plcii conductoare i a naturii acesteia permite modificarea pantei caracteristicii F = f(v). La motorul liniar randamentul i factorul de putere vor fi ntotdeauna mai mici la puteri egale, fa de acele ale unui motor asincron rotativ. Factorul de putere este direct legat de alegerea tipului de indus i de ntrefier. n execuia cu indus din fier masiv sau din tole magnetice cu nfurri n scara, ntrefierul este ntotdeauna mai mare decat n cazul motoarelor rotative cu puteri echivalente.

    Creterea ntrefierului conduce la modificarea geometriei crestturilor inductorului, care trebuie s fie mai mari. Aceti doi factori au o influen negativ asupra factorului de putere. n execuia cu indus mixt, ntrefierul este egal cu distana dintre inductor i indus, la care se adaug grosimea stratului conductor. La acest tip de execuie factorul de putere este mai mic dect n cazul precedent, iar n cazul indusului conductor electric valoarea factorului de putere este i mai mic. Randamentul variaz n funcie de modul de realizare a indusului. n raport cu motorul rotativ, randamentul va fi inferior datorit pierderilor de la extremiti i va varia n funcie de numrul de poli. Un numr mare de poli va permite reducerea unor pierderi suplimentare cu cteva procente, dar aceasta se face cu preul utilizrii unei mari cantiti de materiale, ceea ce atrage dup sine o cretere a gabaritului i preului.

    Motorul liniar are ns I o serie de avantaje importante printre care cel legat de posibilitatea obinerii directe a micrii de translaie, a producerii unei puteri mecanice fr organe de transmisie l face util n traciunea electrice.

    Mainile sincrone liniare de mica putere se utilizeaz n ultima vreme n acionarea mainilor unelte, n realizarea de pompe electromagnetice, n tehnica reactoarelor nucleare, n dispozitive periferice ale calculatoarelor, etc.

    2. Chestuni de studiat 2.1 Se va studia construcia motorului liniar din laborator. 2.2 Se va executa pornirea motorului liniar monofazat, explicandu-se rolul

    condensatorului din circuitul fazei auxiliare. 2.3 Se vor ridica caracteristicile de funcionare ale motorului: I1, P1, cos1,

    , s = f(P2) i caracteristica mecanic F = f(v), toate la tensiune de alimentare U = Un = constant.

  • 57

    3. Modul de lucru 3.1 Se face studiul construciei motorului liniar, urmrindu-se etapele

    expuse n lucrarea general 4.2 de la capitolul I. 3.2 Se execut montajul din figura 8.2.

    Se nchide ntreruptorul K1 i se mrete tensiunea aplicat motorului din

    autotransformatorul reglabil AT, pn la valoarea nominal. Se nchide K2 i se studiaz pornirea motorului n gol. Cnd motorul a ajuns la turaia nominal, se deschide K2 i cu aceasta pornirea este terminat.

    3.3 Se ncarc treptat motorul, cu ajutorul frnei mecanice pn la puterea nominal. Pentru fiecare valoare a sarcinii se fac citirile aparatelor de msur dup ce, prin adugare de greuti pe platane s-a realizat ca braul oscilant s rmn n repaus. Determinarea turaiei discului rotoric de diametru D se face cu ajutorul stroboscopului. Rezultatele obinute se trec ntr-un tabel de forma tabelului 8.1.

    Tabelul 8.1 U[V] I[A] P1[W] F[N] n [rot/min] V[m/s] 5% Cos1 P2 [W] %

  • 58

    Se vor utiliza urmtoarele relaii de calcul:

    aD

    V n61= - n care D este diametrul discului, n metrii;

    nFla

    P62

    2= - n care F este fora activ de antrenare egal cu fora

    rezistena G(N);

    UIP1

    1cos = - n care P1 este puterea absorbit de motor din reea.

    1000VVV

    s o= [%]

  • 59

    LUCRAREA NR. 9 NCERCRILE AMPLIDINEI

    1. Consideratii teoretice Amplidina este o main electric amplificatoare construit ca o main

    normal de curent continuu, cu deosebire ca pentru doi poli inductori are patru perii la colector, dintre care dou sunt legate n scurtcircuit (fig. 9.1). Regimul de funcionare es