Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza






PROIECT DE DIPLOMA PENTRU OBTINEREA CERTIFICATULUI DE COMPETENTE PROFESIONALE SPECIALIZAREA: TEHNICIAN ELECTROTEHNIST Masina sincrona

tehnica mecanica











ALTE DOCUMENTE

CONFECTII METALICI
INDICATII PRACTICE ASUPRA INCARCARII SI BALASTARII NAVEI
Controlere de semnal digital dsPIC30F Cele mai bune solutii in domeniul DSP si MCU
CLASIFICAREA BILANTURILOR ENERGETICE
APARATURA PNEUMATICA SI HIDRAULICA DE ACTIONARE
Identificarea traductoarelor termice
DEFINITII. CLASIFICAREA CALDARILOR
Linii electrice aeriene
Comentati puntea spate dubla motoare la autocamioane
INFLUENTA TEMPERATURII AMBIANTE ASUPRA JONCTIUNII P-N


MINISTERUL EDUCATIEI SI CERCETARII

GRUP SCOLAR DE TRANSPORTURI PLOIESTI

PROIECT

DE

DIPLOMA

PENTRU OBTINEREA CERTIFICATULUI DE

COMPETENTE PROFESIONALE

SPECIALIZAREA: TEHNICIAN ELECTROTEHNIST

Masina sincrona

1) Masina sincrona este o masina electrica rotativa cu infasurarea statorica conectata la o retea de curent alternativ, iar cea rotorica (care face parte din inductor) la una de curent continuu. Turatia masinii sincrone este constanta, egala cu turatia de sincronism n1 , indiferent de regimul de functionare (regim stabilizat) si independent de valoarea sarcinii. De aici si denumirea de masina sincrona.

Turatia de sincronism n1 are expresia cunoscuta de la masina asincrona, adica:

n1 = 60 f1 / p

f1 fiind frecventa retelei la care este conectata infasurarea statorica, iar p - numarul perechilor de poli ai masinii, acelasi in stator si rotor.

Exista masini sincrone, de puteri relativ mici, la care polii rotorici sunt construiti din magneti permanenti.

Masina sincrona este reversibila, regimul de baza fiind insa cel de generator, masina numindu-se in acest caz si alternator. Generatoarele sincrone mari, de tip industrial, se clasifica, dupa tipul masinii primare (a agregatului care le antreneaza), in: turbogeneratoare si hidrogeneratoare.

Turbogeneratoarele sunt antrenate de turbine de abur, gaze sau motoare diesel si functioneaza la viteze mari, n1 = ( 1 500 - 3 000 ) rot/min. Au numar mic de poli, cei rotorici fiind poli incecati (rotorul este monobloc cilindric prevazut cu cresataturi rotorice), adica se asigura un intrefier & constant, iar arborele este orizontal.

Hidrogeneratoarele au ca masina primara o turbina hidraulica, turatia in acest caz fiind de cateva sute de rot/min, iar numarul polilor este mai mare. Au polii rotorici proeminenti (ca si polii statorici ai masinii de curent continuu), intrefierul nemaifiind constant de-a lungul circumferintei interioare a statorului. Arborele este de obicei vertical.

Infasurarea rotorica de curent continuu poate fi alimentata in mai multe moduri:

-         de la un generator de curent continuu avand axul comun cu al masinii

sincrone, denumit excitatrcice proprie;

-         de la un generator de curent continuu antrenat separat de o masina

primara, denumit excitatrice separata

-         de la un grup convertizor static de redresare;

-         de la insesi bornele generatorului sincron (autoalimentare), prin

intermediul unor transformatoare si instalatii de redresare cu diode sau tiristoare.

Puterea sursei necesara excitatiei (alimentarii infasurarii rotorice)

reprezinta in general (1-5) % din puterea masinii sincrone, iar tensiunea (50 -300) volti.

Motoarele sincrone sunt folosite mai ales in actionarile electromecanice unde sunt necesare puteri mari (peste 200 kW) si turatii constante: pompe, compresoare si ventilatoare, actionari principale la laminoarele nereglabile continue etc., precum si la imbunatatirea factorului de putere (compensator sincron).

2) Elementele constructive ale masinii sincrone

 

Ca orice alta masina electrica rotativa, si cea sincrona se compune din doua parti principlae: statorul si rotorul. Rotorul este in general inductor, iar statorul indus (masina sincrona in constructie normala). La puteri mici sau in constructie speciala, rotorul este indus iar statorul - inductor (masina sincrona in constructie speciala). In cele ce urmeaza ca fi studiata masina sincrona in contructie normala.

Statorul masinii sincrone nu difera practic de cel al masinii asincrone, avand aceeasi infasurare.

Rotorul masinii sincrone difera de cel al masinii asincrone si de curent continuu. Infasurarea rotorica (infasurarea de excitaite) este alimentata in curent continuu, prin intermediul a doua perii (ce apartin statorului) ce calca pe doua inele colectoare la care sunt legate capetele infasurarii si care se rotesc odata cu rotorul si infasurarea rotorica.

Dupa forma constructiva a miezului rotoric se disting: rotorul cu poli proeminenti (aparenti) si cel cu poli inecati (plini sau netezi).

In figura 6-74, a este prezentata o sectiune prin masina sincrona cu 6 poli aparenti, iar in figura 6-74, b prin cea cu 2 poli inecati. Pentru simplificare, infasurarea statorica trifazata s-a reprezentat prin cate o bobina, formata dintr-o singura spira, pentru fiecare faza (AX-BY-CZ)

Miezul rotoric cu poli aparenti (fig 6-74, a) este format din cei 242h71c 6 poli N, S cu piese polare (a), fixati de butucul (jugul) rotorului (b) prin buloane sau pene. Pe poli se afla bobinele (c) legate in serie si parcurse de acelasi curent continuu de excitatie , Ie , intr-un astfel de sens incat polaritatea polilor sa alterneze (N, S, N, . ) la periferia rotorului. Alimentarea bobinelor de excitatie se face prin intermediul inelelor colectoare (d1) si (d2), pe care calca periile colectoare (e1) si (e2). Se vede ca la acest tip de rotor intrefierul δ, de-a lungul pasului polar τp, nu este constant, el fiind mic si practic constant sub piesele polare si foarte mare in rest. Forma pieselor polare (a) este altfel realizata incat sa se obtina o repartitie a campului magnetic din intrefier cat mai sinusoidala in spatiu. Liniile campului magnetice produs de infasurarea de excitatie rotorica (notate cu f) se inchid prin: butucul rotorului, polii si piesele polare, intrefier si miezul statoric.

Miezul rotorului cu poli inecati (fig. 6-74, b) este realizat dintr-un bloc cilindric de otel special (Cr-Ni-Mo) de mare rezistenta mecanica. La periferia acestui cilindru, dupa generatoarele acestuia, se frezeaza crestaturi (ancose) in care se aseaza conductoarele infasurarii de excitatie (rotorice). Infasurarea rotorica dein figura 6-74, b, parcursa de Ie determina 2 poli, ea extinzandu-se la periferia rotorului, de obicei, de-a lungul a 2/3 din pasul polar τp restul de 1/3 ramanand libera (zona din mijlocul polilor). Aceasta zona este denumita si dinte mare, comparativ cu dintii mici care separa intre ele doua crestaturi. La acest tip de masina (cu poli inecati) intrefierul poate fi considerat practic constant.

Sa remarcam ca numarul perechilor de poli rotorici este mai mare in cazul polilor proeminenti, decat la rotorul cu poli inecati.

3) Principiul de functionare a generatorului sincron trifazat

Pentru functionarea masinii sincrone ca generator, infasurarea de excitatie (rotorica) cu cele de Ne spire este alimentata de la o sursa de tensiune continua, deci strabatuta de curentul continuu de excitatie Ie , iar rotorul actionat de o masina primara la turatia n1 (rot/min), deci cu viteza unghiulara Ω1 = 2π n1/60. Solenatia de excitatie, pe fiecare pol rotoric, este NeIe/2p si ea determina un camp magnetic cu o variatie alternativa (periodica) de-a lungul circumferintei interioare a statorului. Luand in considerare numai armonica fundamentala (din descompunerea in serie Fourier a functiei periodice), inductia magnetica din intrefier va avea o variatie sinusoidala in spatiu. Acest camp magnetic insa este un camp magnetic invartitor, caci el se roteste odata cu rotorul. Ca urmare, el este sinusoidal in spatiu si, in fiecare punct din intrefier, sinusoidal in timp.

Campul magnetic invartitor rotoric determina printr-o singura spira a unei infasurari statorice un flux magnetic Φ0, cu o variatie sinusoidala in timp, adica: Φ0 (t) = Φ0m sin ωt, unde ω = 1 .

O perioada T, a tensiunii sinusoidale induse in faza statorului, are loc in timpul rotirii rotorului cu 2τp. . La o rotatie completa se parcurg 2p τp. pasi polari. Cum unei perioade T ii corespunde parcurgerea a 2τp. pasi polari, frecventa f1 va fi:

f1=1/T=(2p τp n1/60)/2 τp. = pn1/60

si de aici concluzia ca, la generatorul sincron, frecventa tensiunilor induse in stator (frecventa retelei pe care debiteaza generatorul) se afla intr-un anumit raport cu turatia n1, cu care este actionat rotorul (turatia de sincronism - turatia campului magnetic invartitor).

Statorul avand o infasurare trifazata (ca la masina asincrona), adica trei infasurari monofazate identice ca dimensiuni si numar de spire, dar decalate in spatiu cu 120/p grade, in fiecare faza statorica se va induce cate o tensiune electromotoare. Aceste tensiuni, cu aceeasi valoare efectiva Ue0 dar defazate in timp cu o treime de perioada (adica 2π/3 radiani) una fata de cealalta, constituie un sistem de tensiuni trifazat simetric. Acest sistem se poate scrie:

ue01 = √2 Ue0 sin ωt1

ue02 = √2 Ue0 sin (ωt - 2π/3) = √2Ue0 sin ω (t - T/3)

ue03 = √2 Ue0 sin [ωt - 2 (2π/3)] = √2Ue0 sin ω [t - 2(T/3)]

Cu un asemenea sistem de tensiuni trifazat simetric, masina sincrona, functionanad ca generator, poate alimenta un receptor trifazat sau generator poate debita energie electromagnetica unei retele trifazate de la care se alimenteaza ulterior consumatorii.

4) Diagrama fazoriala a generatorului sincron la functionarea in sarcina

Din punct de vedere magnetic, exista deosebire intre masina sincrona cu poli inecati si cea cu ei aparenti, in sensul ca rotorul cu polii aparenti este anizotrop magnetic,a vand reluctanta magnetica dupa axa longitudinala (axa polilor rotorici care este axa fluxului Φ0) difera de cea dupa axa transversala (axa interpolara ce face 180/2p grade cu cea longitudinala). Aceasta diferentiere este cauzata de faptul ca de-a lungul circumfenitei interioare a statorului, intrefierul δ nu este constant, el fiind mic si practic constant in dreptul polilor rotorici foarte mare pe portiunea dintre acestia (v. fig.6-74,a.). Din aceste motive, la masina sincrona cu poli aparenti, se folosesc relatii intre componente fazoriale ale curentilor, fluxurilor si tensiunilor electromotoare induse, asociate celor doua axe , longitudinala si transversala.

Generatorul cu poli inecati

Daca se noteaza cu X, reactanta corespunzatoare fluxului reactiei de indus (pentru o faza statorica), denumita reactanta ciclica a indusului, atunci se paote scrie Uer = - jXrI. Pentru tensiunea U, de la bornele fazei statorice (6-113), se obtine expresia:

U = Ue - (R+jXd) I = Ue0 + Uer - RI - jXdI = Ue0 - RI -

j(Xr + Xd) I = Ue0 - RI - jXbI, (6-115)

unde Xs = Xr + Xd este denumita reactanta sincrona a fazei statorice.

In figura 6-76, a este prezentata diagrama fazoriala a tensiunilor si fluxurilor corespunzatoare undei faze statorice a generatorului in sarcina, construita conform (6-115). Constructia acestei diagrame se face astfel:

- arbitrar, se fixeaza U si fata de aceasta I, cu φ in urma (s-a considerat consumator inductiv)

- la U se aduna RI (in faza cu I) si jXdI (cu π/2 in urma lui I), obtinandu-se Ue

- din Ue se scade Uer = - jXrI(cu π/2 in urma lui I), rezultand Ue0 conform (6-115), ce face unghiul θ cu U. Unghiul θ' dintre Ue0 si Ue, care este si unghiul dintre Φ0 si Φr, e denumit unghi de sarcina sau unghi intern al masinii. Daca se neglijeaza caderile de tensiune ohmica RI si inductiva XdI fata de U, atunci U≈Ue0 si θ = θ'. In aceste conditii , unghiul ψ dintre Ue0 si I are valoarea

ψ = θ + φ. La scrierea relatiilor ce urmeaza se va considera θ drept unghi intern (de sarcina) al masinii sincrone;

- cunoscand pozitia lui Φ0 ( cu π/2 inaintea lui Ue0) si a lui Φr (in faza cu I) se obtine fluxul rezultant Φ = Φ0 + Φr.

In general caderea ohmica RI dintr-o faza statorica este relativ mica fata de U (cca 1%) si se poate neglija fata de U, fara a introduce erori sensibile. Cu aceasta neglijare, din diagrama fazoriala reprezentata in figura 6-76, a, se obtine una simplificata ca cea din figura 6-75, b.

Generatorul sincron cu poli aparenti

Inrefierul δ fiind mic, sub polii de excitatie (deci dupa axa longitudinala) si foarte mare intre acesti poli (dupa axa transversala), rezulta o reluctanta magnetica dupa axa longitudinala mai mica decat cea dupa axa transversala. Din aceste motive, reactanta de reactie longitudinala Xr1 va fi mai mare decat reactanta de reactie transversala Xrt. Corespunzator celor doua axe, fluxul reactiei de indus Φr se descompune (v. fig. 6-75, d) in doua componente:

Φr = Φr1 + Φrt, (6-116)

fiecare inducand cate o tensiune electromotoare in fazele statorice, tensiuni ce se pot scrie:

Uer1 = - jXr1Il si Uert = - jXrtIt, (6-117)

unde, It = I sin ψ si It = I cosφ reprezinta componentele curentului I, dupa ce doua axe (I = Il + It).

Cu aceasta, relatia (6-113) ia forma:

Ue = Ue0 + Uer = Uer + Uerl + Uert = Ue0 - jXrtIl - jXrtIt (6-118)

U = Ue -RI - jXdI = Ue - RI - jXd (I1 + It) = Ue0 - RI - jXlIl- jXtIt,

unde s-au folosit notatiile:

Xt = Xrl + Xd - reactanta sincrona longitudinala;

Xt = Xrt + Xd - reactanta sincrona transversala

Figura 6-77, a reprezinta diagrama fazoriala a tensiunilor, curentilor si fluxurilor (dupa care cele doua axe), pentru generatorul sincron cu poli aparenti (proeminenti).

Se considera cunoscute (din masuratori sau calcule) U, I, φ, R, Xl, Xt si θ constructia diagramei facandu-se astfel:

- arbitrar se fixeaza U si fata de el I, al unghiul φ (s-a considerat sarcina inductiva);

- la unghiul θ, inainte fata de U, se duce axa transversala, dupa care se va gasi si Ue0. , devenind cunoscut si unghiul ψ = θ + φ. Se descompune I in componentele sale (I = Il + It), putandu-se calcula caderile de tensiune.

jXlIl, respectiv jXtIt care sunt decalate cu π/2 inaintea curentilor It, respectiv It;

- adaugand la U caderile de tensiune RI, jXlIl se obtine, conform (6-118) tensiunea electromotoare Ue0, indusa de Φ0 (aceasta cu π/2 inaintea lui Ueo)

- se reprezinta fluzul rezultant:

Φ = Φ0 + Φrt + Φrt

Daca se neglijeaza caderea de tensiune ohmica RI fata de U, obtine diagrama fazoriala simplificata reprezentata in figura 6-77, b.

In mod asemanator, se pot construi si diagramele fazoriale ale generatorului sincron cu poli inecati si aparenti pentru cazul cand generatorul sincron alimenteaza un consumator cu caracter capacitiv (I defazat inaintea lui U cu unghiul φ).

5) Caracteristicile generatorului sincron trifazat

Cele mai importante caracteristici ale unui generator sincron autonom, adica generator ce alimenteaza singur un receptor, sunt: de functionare in gol, in sarcina, de scurtcircuit trifazat, externa si de reglaj.

Caracteristica de mers in gol reprezinta dependenta dintre Ue0 si Ie, la

n = n1 = constant si I = 0 (fig.6-78, a). Tensiunea electromotoare remanenta Ue0r, corespunzatoare lui Ie = 0, datorata fluxului remanent de excitatie reprezinta 5-10 % din cea nominala Ue0n (corespunzatoare lui Ie - Ien).

Caracteristica in sarcina reprezinta U = f (Ie) la n, I si cos φ marimi constante. Prezinta improtanta caracteristica in sarcina U = f (Ie) pentru n = n1,

I = In si cos φ = 1 (sarcina pur inductiva), deoarece aceasta serveste la determinarea reactantei de dispersie Xd a fazei statorice.

Caracteristica de scurtcircuit trifazat reprezinta dependenta dintre curentul ce strabate o faza statorica ( I = Isc) si Ie, atunci cand bornele statorice sunt scurtcircuitate (legate direct impreuna, deci U = 0), turatia fiind cea nominala. Prin Isc se intelege curentul de scurtcircuit. Aceasta caracteristica Isc = f (Ie) la U = 0 si n = nn este o dreapta (fig. 6-78, b).

Caracteristica externa reprezinta dependenta U = f (I) la n, Ie si cos φ, marimi constante. Aceasta caracteristica se paote reprezenta in doua ipoteze.

- la funtionare in gol (I = 0), la borne exista tensiunea nominala Un = Ue0, iar in sarcina, mentinand n si Ie constante, tensiunea la borne se modifica, in sensul ca ea creste cu cresterea lui I la sarcini capacitive datorita efectului magnetizant al fluxului reactiei de indus sau scade cu cresterea lui I la sarcini inductive (curbele cu lunie plina din figura 6-78, c)

- la functionarea in sarcina nominala, cand I = Ie, tensiunea la borne este

U = Un, iar la sarcini mai mici (I < In), tensiunea la borne U va creste sau va scadea fata de Un, functie de caracterul sarcinii (cos φ) asa ca in fig. 6-78, c - curbele punctate.

Caracteristica de reglaj reprezinta dependenta Ie = f (I) pentru ca la n si cos φ constante, tensiunea la bornele fazei statorice sa se mentina constanta si egala cu cea nominala. Aceste caracteristici depind de natura consumatorului ele fiind reprezentate in figura 6-78, d. La sarcina inductiva, cand U scade cu cresterea lui I, pentru a mentine U =Un = constanta, trebuie ca odata cu cresterea lui I sa creasca si Ie, pentru a compensa efectul demagnetizant al reactiei de indus. Situatia este inversa la sarcina capacitiva.

6) Randamentul generatorului sincron

Generatorul sincron primeste de la masina sa primara (care actioneaza rotorul), prin intermediul arborelui, puterea mecanica P1 si cedeaza retelei puterea electromagnetica P2 = 3 UI cos φ, rezultand un randament η = P1/P2. Generatoarele sincrone se construiesc asa fel incat la parametric nominali, randamentul sa fie maxim. Randamentul generatoarelor sincrone este cuprins intre (0,72 - 0,95) pentru generatore de puteri (0,3 - 3) MVA si (0,95 - 0,99) in cazul celor de (3,5 - 300) MVA.

Daca din P1 se scad pierderile mecanice pm (prin frecare si ventilatie) pierderile in fier pFe (prin histerezis si curenti Foucault) si pierderile pe = Ie2 Re din infasurarea de excitatie rotorica (considerand excitatoarea pe acelasi arbore cu rotorul generatorului sincron) se obtine puterea electromagnetica interioara P a generatorului sincron, transmisa statorului de catre rotor, prin intermediul campului magnetic invartitor rezultant din intrefier. Aceasta putere P acopera pierderile in cupru din infasurarea statorica PCus = 3 I2R si puterea utila P2 = 3UI cos φ adica P = pcus + P2. Cu acestea se poate scrie:

P1 = P + pm + pFe + pe = P2 + pcus + pm + pFe + pe rezultand pentru randament expresia:

η = P2/P1 = P1 - (pcus + pm + pFe + pe) / P1.

De remarcat ca in rotor nu exista pierderi in fier, datorita faptului ca rotorul are turatia campului invartitor, deci fluxul resultant este fix relative la rotor.

7) Cuplul electromagnetic la generatorul sincron

Acesta corespunde puterii electromagnetice P = pcus + P2. Cum in general pierderile in cupru statoric pcus = 3I2R reprezinta cca 1% din puterea nominala a generatorului, ele se neglijeaza fata de P2, putandu-se scrie:

P = P2 = 3UI cos φ. Folosind diagrama fazoriala simplificata reprezentata in figura 6-77, b, se poate scrie:

P = 3UI cos φ = 3UI cos (Ψ - θ) = 3UI cos Ψ cos θ + 3UI sin Ψ sin θ.

(6-119)

Din aceeasi diagrama mai rezulta:

I cos Ψ = It = U sin θ / Xt si I sin Ψ = It = Ue0 - U cos θ / Xl (6-120)

Inlocuid (6-120) in (6-119) rezulta pentru puterea electromagnetica P expresia:

P = (U Ue0 / Xt) sin θ + 3/2[U2 (Xt - Xt / Xl Xt)] sin 2θ (6-121)

In cazul generatorului sincron cu poli inecati Xl = Xt = Xs si obtinem:

P = (U Ue0 / Xs) sin θ. (6-122)

Unghiul de sarcina nominal θn are valori cuprinse intre 20o si 30o.

Cuplul electromagnetic M se poate exprima in functie de viteza unghiulara Ω si puterea electromagnetic P, sub forma, M = P / Ω rezultand:

M = P / Ω = (3U Ue0 / Ω Xl) sin θ + [3U2 (Xl - Xt) / 2Ω Xl Xt] sin 2θ

(cazul polilor aparenti) (6-123)

M = P / Ω = (3U Ue0 / Ω Xs) sin θ (cazul polilor inecati).

Acesta este cuplul electromagnetic cu care rotorul actioneaza asupra statorului, tinzand sa-l roteasca in sensul turatiei n = n1 . Statorul fiind insa fix, conform principiului actiunii si reactiunii, se exercita asupra rotorului un cuplu egal ca marime si de sens opus, deci M este un cuplu rezistent in cazul generatorului (se opune sensului de rotire).

Dependenta dintre cuplul electromagnetic M si unghiul θ este denumita si caracteristica unghiulara sau interna a generatorului sincron.

8) Principiul de functionare a motorului sincron trifazat

In cazul functionarii ca motor, masina sincrona primeste energie electromagnetica atat de la o retea trifazata, la care sunt conectate fazele statorice, cat si de la o sursa de tensiune continua, cu care se alimenteaza infasurarea de excitatie rotorica, cedand energie mecanica prin intermediul arborelui sau masinii de lucru pe care o antreneaza.

Infasurarile fazelor statorice fiind conectate la o retea trifazata, deci alimentate cu un sistem de tensiuni trifazat simetric, vor fi parcurse de un sistem de curenti trifazat simetric (impedantele fazelor fiind egale ca marimi complexe - receptor echilibrat), creand un camp magnetic invartitor cu turatia n1, in sensul corespunzator sensului de succesiune a fazelor. Acest camp magnetic invartitor statoric, din punctul de vedere al efectului sau asupra rotorului este similar cu campul magnetic al unui magnet permanent, ce are forma statorului (cu acelasi numar de poli ca statorul) si care s-ar roti cu turatia n1, antrenand la aceeasi turatie si campul sau magnetic.

Infasurarea rotorica fiind alimentata de la o sursa de tensiune continua este strabatuta de curentul de excitatie Ie, determinand un numar de poli rotorici egal cu cel din stator. Si rotorul poate fi considerat ca un magnet permanent, cu acelasi numar de poli ca statorul care alterneaza la periferia sa.

In figura 6-79, statorul este reprezentat printr-o coroana fictiva de poli aparenti, egali ca numar cu polii coroanei reale a rotorului. Axele polilor statorici si rotorici, care sunt axele lui θ0 si θ, se intersecteaza intre ele, formand unghiul θ (ungiul de sarcina).

Principiul de functionare al motorului sincron trifazat se bazeaza pe interactiunea electromagnetica dintre stator si rotor, asemanatoare actiunii dintre doi magneti permanenti (sau doi electromagneti), care au tendinta de orientare relativa astfel incat polii magnetici de nume contrar sa se situeze fata in fata, pana la suprapunerea axelor lor de simetrie magnetica (cand θ = 0). Polii magnetici de semn contrar (N - stator si S- rotor, respective S - stator si N- rotor) isi exercita un anumit cuplu mediu, numai daca acestia sunt practice fata in fata (θ < θlimita), ceea ce presupune ca cele doua campuri (statoric si rotoric) se rotesc sincron cu aceeasi turatie de sincronism n1, deci si rotorul. De aici concluzia ca motorul sincron nu are cuplu de pornire, caci la pornire conditia de sincronism nu poate fi indeplinita, turatia n a rotorului fiind mult diferita de cea sincrona. Motorul sincron trebuie adus la turatia de sincronism prin mijloace speciale, cum sunt: folosirea unui motor auxiliar, pornirea in asincron. O metoda speciala de pornire este cea prin variatia frecventei f1 a tensiunii de alimentare, progresiv de la (5-10) Hz pana la 50 Hz.

9) Puterea si cuplul electromagnetic ale motorului sincron

Motorul sincron trifazat absoarbe de la reteaua trifazata de alimentare puterea P1, transimte rotorului prin intermediul campului magnetic invartitor din intrefier puterea electromagnetica P si furnizeaza la arbore puterea mecanica P2. Cu notatiile de la generator, se poate scrie:

P1 = 3 UI cos φ = P + pcu s + pFe s = (P2 + pm) + (pcu s + pFe). (6-125)

Pierderile in cupru din rotor sunt acoperite de excitatoare a carei putere este Pe.

Se poate defini un randament al motorului sincron trifazat sub forma:

η = P2 / P1 + Pe = [P1 - (pm + pcus + pFes)] / P1 + Pe (6-126)

Daca se neglijeaza pierderile din stator (pcus + pFes), fata de P1, atunci din (6-125) rezulta puterea electromagnetica: P ≈ P1 = UI cos φ.

Folosind diagramele simplificate din figurile 6-80, b si 6-80, d si procedand ca in cazul generatorului, se obtine expresia puterii electromagnetice:

P = 3 UI cos φ = 3U (Ue0 / Xs) sin θ (pentru poli inecati),

P = 3 UI cos φ = 3 UI cos (Ψ + θ) = 3U (I cos Ψ cos θ - I sin Ψ sin θ) =

= 3 (U Ue0 / Xl) sin θ + 3/2 U2 (Xl - Xt / Xl Xt) sin 2θ (poli aparenti) (6-127)

si a cuplului electromagnetic:

M = P / Ω1 = 3 (U Ue0 / Ω1 Xs) sin θ (poli inecati)

M = P / Ω1 = 3 (U Ue0 / Ω1 Xl) sin θ + 3/2 U2 (Xl - Xt / Ω1 Xl Xt) sin (poli aparenti). (6-128)

De remarcat ca pentru cuplul electromagnetic al motorului sincron trifazat (care e un cuplu activ) s-au obtinut aceleasi expresii ca si in cazul cuplului rezistent al generatorului sincron - v. (6-123).

Daca se neglijeaza cuplul corespunzator pierderilor mecanice - v. (6-126) - atunci cuplul electromagnetic M poate fi considerat egal cu cuplul la arbore, dezvlotat de motorul sincron.

10) Pornirea motoarelor sincrone

Dupa cum s-a vazut, amsinile sincrone functioneaza (produc cuplu) numai cand rotorul are viteza de sincronism. La pornire, cand motorul are viteza n = 0, cuplul sau este nul. In consecinta, motoarele sincrone nu pot porni singure, ceea ce constituie dezavantajul esential al lor.

Pentru a pune in functiune un motor sincron, rotorul trebuie adus la viteza de sincronism printr-o metoda oarecare, dupa care se conecteaza statorul la retea si se incarca cu o sarcina mecanica.

Exista doua metode de pornire:

        Pornirea cu motor auxiliar. Rotorul este invartit de un motor auxiliar cu

care este cuplat mecanic si adus la turatia de sincronism. Drept motor auxiliar poate fi folosita excitatoarea de curent continuu a motorului sincron, daca este cuplata mecanic cu rotorul. Se regleaza apoi curentul de excitatie pentru a se obtine t.e.m. nominala, si se cupleaza la retea prin sincronizare la fel ca la generatoare.

Motorul auxiliar trebuie sa aiba turatie reglabila pentru a se putea aduce rotorul motorului sincron exact la viteza campului invartitor produs de statorul sau. Pentru a nu mari puterea motorului auxiliar, motorul sincron trebuie pornit numai in gol.

        Pornirea in asincron. Barele de amortizare ce se gasesc pe rotor formeaza

colivii, la fel ca la motorul asincron in scurtcircuit. Datorita acestora, motorul sincron prezinta un cuplu electromagnetic asincron, cuplu ce poate fi folosit pentru pornire. Pentru folosirea acestei metode, se leaga mai intai bobinajul de excitatie pe o rezistenta (pentru a se evita aparitia unor tensiuni prea mari intre spirele bobinajului rotoric). Se cupleaza statorul la retea, alimentandu-l eventual cu tensiune redusa (prin bobina de reactanta sau autotransformator). Motorul porneste cu ajutorul cuplului asincron, insa nu poate atinge viteza de sincronism n0 . Cand viteza ajunge la circa 95% din viteza de sincronism se excita rotorul cu curent continuu, ceea ce prduce un cuplu suplimentar, de acelasi sens cu cuplul asincron, care aduce rotorul la sincronism si pornirea este terminata. In functie de momentul cand a fost excitat motorul, cuplul suplimentar poate fi insa de sens opus cuplului asincron in care caz - dupa excitare - viteza motorului scade; in aceasta ipoteza se intrerupe excitatia si se face o noua incercare, pana cand se nimereste o cuplare favorabila, care produce un cuplu suplimentar de acelasi sens cu cuplul asincron. Asemenea porniri se realizeaza prin instalatii speciale de automatizare.

11) Caracteristicile motorului sincron trifazat

Expresiile cuplului electromagnetic (6-128) raman valabile atat timp cat motorul functioneaza in regim stabil (regim stationar sincron), caci la iesirea din sincronism cuplul devine nul. Ca urmare, caracteristica mecanica n = n1 = f (M), la U si f1 marimi constante, se reprezinta printr-o dreapta (fig. 6-81, a) pana la M = Mmax (cand θ = π / 2 la poli inecati, respectiv θ < π / 2 la poli aparenti), fiind o caracteristica mecanica absolut rigida. La depasirea Mmax, motorul iese din sincronism.

Caracteristica unghiulara reprezinta dependenta M = f (θ) la U, f1 si Is marimi canstante. Pentru motorul cu poli inecati se poate scrie:

M = 3 (U Ue0 / Ω1 Xs) sin θ = Mmax sin θ (6-129)

iar pentru cel cu polii aparenti:

M = 3 (U Ue0 / Ω1 Xl) sin θ + 3/2 U2 (Xl -Xt / Ωl Xl Xt) sin 2θ =

= Ms + Mr (6-130)

unde Ms este numit cuplul sincron, iar Mr, cuplul reactiv care nu depinde de Ue0, deci el exista si in lipsa excitatiei rotorice.

Caracteristicile unghiulare date de (6-129) si (6-130) sunt reprezentate in figurile 6-81, b si 6-81, c. Punctul A de functionare este un punct stabil, spre deosebire de B care este nestabil.

La motorul cu poli aparenti valaorea maxima a cuplului rezultant (curba M - fig. 6-81, c) este mai mare decat a celui sincron (curba Ms), in schimb unghiul intern limita, la care are loc Mmax este θ1 < π /2.

O importanta deosebire o reprezinta caracteristicile de functionare ale motorului sincron trifazat, alimentat cu U, f1 si Ie constante, la cuplu variabil. Aceste caracteristici, reprezentate in figura 6-82, sunt: cuplul util la arbore M2, cuplul electromagnetic M, randamentul n = n1 si cos φ, toate in fuctie de puterea utila P2 de la arborele motorului. Cuplul variabil inseamna de fapt puterea la arbore variabila.

Dupa cum s-a vazut (fig. 6-81, a), motorul sincron are proprietatea ca in limitele 0 < M < Mmax se roteste cu o turatie constanta (la frecventa f1 data) egala cu cea de sincronism, adica: n = n1 = 60 f1 / p, de unde rezulta ca o modificare a turatiei motorului sincron se poate obtine numai prin schimbarea numarului perechilor de poli (p) sau prin alimentarea motorului sincron cu o tensiune de frecventa f1 reglabila.

In primul caz, avand in vedere ca atat statorul cat si rotorul sunt bobinate, rezulta necesitatea modificarii simultane a lui p in rotor. Este o metoda complicata, permite numai o modificare in trepte a turatiei, motive pentru care se foloseste foarte rar.

Reglarea turatiei prin modificarea lui f1 (o reglare continua) se aplica din ce in ce mai mult in ultimul timp datorita progreselor deosebite ce se realizeaza in constructia si buna functionare a convertizoarelor statice de frecventa, ce folosesc tiristoarele sau tranzistoarele de putere.

12) Franarea cu motorul sincron

Datorita functionatii masinii sincrone cu turatie riguros constanta (n = n1) nu se poate obtine o franare prin recuparare de nergie, ca in cazul masinii asincrone.

O franare in contracurent se poate realiza, dar ea prezinta unele dezavantaje: socuri mari de curent in reteaua de alimentare la inversarea a doua faze statorice; cuplul de franare destul de mic; necesitatea unei instalatii suplimentare care sa deconecteze motorul de la retea cand se ajunge la n = 0. Din aceste considerente metoda nu se utilezeaza.

Franarea motorului sincron prin alimentarea statorului de la o sursa auxiliara de curent continuu este posibila, dar nu se foloseste deoarece cuplul de franare este mic si necesita sursa auxiliara (care este costisitoare).

In cazul motorului sincron, se foloseste cu precadere franarea reostatica cand motorului sincron trece intr-un regim de generator, dar fara recuperare de energie. O asemenea franare se obtine prin deconectarea infasurarilor fazelor statorice de la reteaua de alimentare trifazata si conectarea lor la un reostat trifazat (receptor trifazat, echilibrat, pur ohmic), infasurarea rotorica ramanand conectata in continuare la sursa de tensiune continua (la excitatoare). In aceste conditii rotorul continua sa se roteasca datorita inertiei maselor in miscare, rotind totodata si campul magnetic produs de infasurarea rotorica (excitatie). Acest camp magnetic invartitor rotoric induce tensiuni electromotoare in infasurarile statorice, care - la randul lor - determina in reostatul trifazat curenti electrici, motorul devenind generator. Interactiunea dintre acesti currenti (curenti indusi) si campul magnetic rotoric determina un cuplu care se opune sensului de rotire, deci un cuplu de franare, care determina micsorarea turatiei n. Energia cinetica a maselor in miscare se transforma in caldura, prin efectul Joule-Lenz din stator si rezistorul trifazat.

13) Compensatorul sincron

Un regim particular de functionare al motorului sincron trifazat, fara sarcina la arbore (deci mers in gol) il constituie compensatorul sincron. Acesta poate fi receptor sau generator de energie reactiva, dupa cum motorul (in regim de mers in gol) este subexcitat sau supraexcitat.

Compensatoarele sincrone se executa de obicei cu poli aparenti, avand

p = 2 sau 3 perechi de poli si cu puteri cuprinse intre 1 si 75 MVA, la tensiuni de pana la 11 kV. Compensatoarele sincrone functioneaza in general pe barele de 6 sau 10 kV ale statiilor electrice ce alimenteaza receptoarele cu puterea reactiva mai mare, deci la cos φ scazut.

Compensatorul sincron functionand fara sarcina mecanica la arbore are dimensiuni mai reduse decat motorul sincron (la aceeasi putere) si conditiile de pornire mult mai usoare.

Motorul sincron, cu sarcina mecanica la arbore (deci antrenand o masina de lucru), dar supraexcitat, contribuie la imbunatatirea factorului de putere al retelei de la care este alimentat.

14) Motorul sincron pas cu pas

Din numeroasele aplicatii particulare ale masinii sincrone,care necesita realizari de conceptie si constructie speciala (de unde si numele de masini electrice speciale), am ales - ca exemplu - masina sincrona pas cu pas, care are numeroase aplicatii in domeniul constructiei utilajului tehnologic (la masinile-unelte automate cu program, la robotii industriali s.a.).

Masina sincrona pas cu pas este o masina reluctanta magnetica variabila, care are insa bobinajul statoric de tip concentrat (nu uniform repartizat ca la motorul sincron obisnuit), iar invartirea rotorului se face in salturi (pasi). Acest motor se mai numeste si cu impulsuri deoarece la primirea unui plus de tensiune de catre infasurarea statorica, rotorul motorului isi schimba pozitia cu un unghi bine precizat, denumit pas.

Exista foarte multe variante constructive pentru tip special de motor sincron. In principiu orice motor sincron sau asincron, la o alimentare corespunzatoare a infasurarii statorice, poate functiona in regim de pas cu pas.


Pentru explicarea principiului de functionare a motorului sincron pas cu pas, se considera cazul cand statorul S (fig. 6-84) are poli proeminenti, iar rotorul R numai doi dar tot proeminenti, lipsiti de infasurarea de excitatie. Pe fiecare pol statoric este dispusa cate o infasurare de comanda, concentrata (1-2-3-1'--2'--3') alimentare pe rand, de la o sursa de curent continuu, prin intermediul unui comutator mecanic sau elctronic. Bobinele polilor statorici diametral situati sunt conectate in serie (1-1', 2-2' respectiv 3-3'). Cand se alimenteaza infasurari statorice, apare un camp magnetic inductor (un flux magnetic Φ) a carui oricentare (axa m-n) depinde de care bobinaj statoric (1-1' sau 2-2', respectiv

3-3') este alimentat si de sensul curentului continuu prin acesta. Sub actiunea fortelor electromagnetice rotorul tinde sa ocupe o astfel de pozitie incat reluctanta circuitului magnetic sa fie minima, respectiv fluxul maxim.

La alimentarea bobinajelor 1-1' (fig. 6-84, a) rotorul se deplaseaza pana cand axa sa coincide cu axa longitudinala (m-n) a polilor 1-1'. Alimentand simultan si bobinele polilor 2-2', poli vecini cu 1-1', dar de polaritate opusa (fig. 6.84, b), atunci rotorul va ocupa pozitia axei interpolare celor doua perechi de poli (1-1' respectiv 2-2') alimentati. Rotorul a efectuat, in aceste conditii, un ritm pas de 30o .

Intrerupand alimentarea polilor 1-1', rotorul va efectua al doilea pas de 30o, orientandu-se dupa directia axei polilor 2-2' (fig. 6-84, c).

Prin alimentarea in continuare, succesiva, in acelasi mod a bobinajelor polilor urmatori, rotorul motorului executa 12 pasi la o rotatie completa. Numarul de pasi pe o rotatie se poate mari prin cresterea numarului de poli in stator si rotor. In acelasi scop, se realizeaza motoare sincrone pas cu pas ce rezulta prin reunirea intr-o singura masina (cu un singur ax) a mai multor statoare si rotoare, decalate spatial unul fata de celalalt.

Din cele de mai sus rezulta ca motorul pas cu pas se comporta ca un convertor electromecanic numeric-analogic. El si-a gasit o larga aplicare in sistemele de comanda pe baza de program a actionarilor masinilor-unelte, a unor mecanisme si dispozitive din comanda perifericelor calculatoarelor, inregistratoarelor X - Y, in tehnica rachetelor etc.

Norme generale de protectia muncii

Art. 171
(1) Angajatorul are obligatia sa ia toate masurile necesare pentru protejarea vietii si sanatatii salariatilor.
(2) Angajatorul are obligatia sa asigure securitatea si sanatatea salariatilor in toate aspectele legate de munca .
(3) Daca un angajator apeleaza la persoane sau servicii exterioare, aceasta nu il exonereaza de raspundere in acest domeniu.
(4) Obligatiile salariatilor in domeniul securitatii si sanatatii in munca nu pot aduce atingere responsabilitatii angajatorului.
(5) Masurile privind securitatea si sanatatea in munca nu pot sa determine, in nici un caz, obligatii financiare pentru salariati.
Art. 172
(1) Dispozitiile prezentului titlu se completeaza cu dispozitiile legii speciale, ale contractelor colective de munc aplicabile, precum si cu normele si normativele de protectie a muncii.

(2) Normele si normativele de protectie a muncii pot stabili:
a) masuri generale de protectie a muncii pentru prevenirea accidentelor de munca ai a bolilor profesionale, aplicabile tuturor angajatorilor;
b) masuri de protectie a muncii, specifice pentru anumite profesii sau anumite activitati;
c) masuri de protectie specifice, aplicabile anumitor categorii de personal;
d) dispozitii referitoare la organizarea si functionarea unor organisme speciale de asigurare a securitatii si sanatatii in munca .
Art. 173
(1) In cadrul propriilor responsabilitati angajatorul va lua masurile necesare pentru protejarea securitatii si sanatatii salariatilor, inclusiv pentru activitatile de prevenire a riscurilor profesionale, de informare si pregatire, precum si pentru punerea in aplicare a organizarii protectiei muncii si mijloacelor necesare acesteia.
(2) La adoptarea si punerea in aplicare a masurilor prevazute la alin. (1) se va tine seama de urmatoarele principii generale de prevenire:
a) evitarea riscurilor;
b) evaluarea riscurilor care nu pot fi evitate;
c) combaterea riscurilor la surs ;
d) adaptarea muncii la om, in special in ceea ce priveste proiectarea locurilor de munca si alegerea echipamentelor si metodelor de munca si de productie, in vederea atenuarii, cu precadere, a muncii monotone si a muncii repetitive, precum si a reducerii efectelor acestora asupra sanatatii;
e) luarea in considerare a evolutiei tehnicii;
f) inlocuirea a ceea ce este periculos cu ceea ce nu este periculos sau cu ceea ce este mai putin periculos;
g) planificarea prevenirii;
h) adoptarea masurilor de protectie colectiva cu prioritate fata de masurile de protectie individuala ;
i) aducerea la cunostinta salariatilor a instructiunilor corespunzatoare.
Art. 174
(1) Angajatorul raspunde de organizarea activitatii de asigurare a sanatatii si securitatii in munca .
(2) In cuprinsul regulamentelor interne sunt prevazute in mod obligatoriu reguli privind securitatea si sanatatea in munca .
(3) In elaborarea masurilor de securitate si sanatate in munca angajatorul se consulta cu sindicatul sau, dup caz, cu reprezentantii salariatilor, precum si cu comitetul de securitate si sanatate in munca .
Art. 175
Angajatorul are obligatia sa asigure toti salariatii pentru risc de accidente de munca si boli profesionale, in conditiile legii.
Art. 176
(1) Angajatorul are obligatia sa organizeze instruirea angajatilor sai in domeniul securitatii si sanatatii in munca .
(2) Instruirea se realizeaza periodic, prin modalitati specifice stabilite de comun acord de catre angajator, impreuna cu comitetul de securitate si sanatate in munca si cu sindicatul sau, dup caz, cu reprezentantii salariatilor.
(3) Instruirea prevazuta la alin. (2) se realizeaza obligatoriu in cazul noilor angajati, al celor care isi schimba locul de munca sau felul muncii ai al celor care isi reiau activitatea dupa o intrerupere mai mare de 6 luni. In toate aceste cazuri instruirea se efectueaza inainte de inceperea efectiva a activitatii.
(4) Instruirea este obligatorie si in situatia in care intervin modificari ale legislatiei in domeniu.
Art. 177
(1) Locurile de munca trebuie sa fie organizate astfel incat sa garanteze securitatea si sanatatea salariatilor.
(2) Angajatorul trebuie sa organizeze controlul permanent al starii materialelor, utilajelor si substantelor folosite in procesul muncii, in scopul asigurarii sanatatii si securitatii salariatilor.
(3) Angajatorul raspunde pentru asigurarea conditiilor de acordare a primului ajutor in caz de accidente de munca , pentru crearea conditiilor de preintampinare a incendiilor, precum si pentru evacuarea salariatilor in situatii speciale si in caz de pericol iminent.
Art. 178
(1) Pentru asigurarea securitatii si sanatatii in munca institutia abilitata prin lege poate dispune limitarea sau interzicerea fabricarii, comercializarii, importului ori utilizarii cu orice titlu a substantelor si preparatelor periculoase pentru salariati.

(2) Inspectorul de munca poate, cu avizul medicului de medicin a muncii, sa impuna angajatorului sa solicite organismelor competente, contra cost , analize si expertize asupra unor produse, substante sau preparate considerate a fi periculoase, pentru a cunoaste compozitia acestora si efectele pe care le-ar putea produce asupra organismului uman.

Bibliografie:

1.     Andronescu, P1. Bazele electrotehnicii, vol I si II. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1972.

2.     Bichir, N., Raduti, C., Diculescu, A.S. Masini electrice, Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1979

3.     Bala, C. Masini electrice - teorie si incercari, Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1979

4.     Bogoevici, N. Electrotehnica si masurari electrice. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1979

5.     Dordea, R. Masini electrice. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1970

6.     Manea, Fl., Preda, M., Gavrila, M. Electrotehnica si masini electrice, Bucuresti, Editura Didactica Si Pedagogica, 1976.

7.     Manolescu, P., Ionescu Carmen. Masurari electrice si electronice. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1969

8.     Mocanu, C.I. Electrotehnica si utilaj electric in industria metalurgica, vol.2, Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1966


Document Info


Accesari: 5132
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.

 


Copyright Contact (SCRIGROUP Int. 2014 )