Masini Electrice 1 Curs 2

8/15/2019 Masini Electrice 1 Curs 2

1/47

2015-2016 Masini electrice 1 - Curs 2 1

MAŞINI ELECTRICE

Curs 2: Noţiuni introductive

1. Elemente de teoria campului necesare in abordarea si tratarea

problemelor asociate masinilor electrice2. Circuite magnetice: elemente generale si metode de analiza3. Elemente constructive in masini electrice

Prof.dr.ing. Claudia MARŢIŞ([email protected])

Departamentul de Maşini şi Acṭionări Electrice Grupul de Sisteme Electromecanice

(www.ems.utcluj.ro)


2/47


r 2

I B

Conductor parcursde curent electric

Bobină (cu N spire)parcursă de curentelectric

L

I N B

Inductia câmpului magnetic:

I

r

L


3/47


Flux magnetic

] Wb [ Ad B S m

Legea fluxului magnetic (Gauss): Fluxulmagnetic ΦmΣ printr-o suprafaţă închisă oarecare

Σ este nul (liniile câmpului magnetic sunt linii închise).

0 Ad B sau 0 m

dA

Ad

Bt S

B Bn


4/47


Fluxul magnetic ce traversează o suprafaţa regulata A (fluxfascicular) este dat de:

)cos(

BA

Bobina este paralelă cu planul A, câmpul magnetic otraversează perpendicular, deci fluxul magnetic ce străbate

bobina este maxim.

bobina1 BA

Bobina este perpendiculară pe planul A,câmpul magnetic este paralel cu planul

bobinei, deci fluxul magnetic ce străbatebobina este 0.

02

cosBA bobina2


5/47


B H

Intensitatea câmpuluimagnetic se defineste ca:

Tub de flux cuprins intresuprafetele A1 si A2

2121

AAAmA l H U

A1

A2


6/47


Pentru miezuri magnetice cu forme neregulate, generalizand, tensiunea magnetica sedefineste ca integrala de linie a vectorului intensitate magnetica in lungul unei curbe Γ

date, intre doua puncte :

2

) ( 1

2 1

A

A

) ( AmA l d H U

A1 A2 :Tub de flux magnetic (o porţiunedintr-un circuit prin care circulă un fluxmagnetic)

A1

A2

Curba

(Γ)


7/47


X X X

X X X

X X X

X X X

Câmp magnetic

de inducṭie B

Forṭa ce se exercită asupra conductorului:

B L I F

F

Producerea unei forţe în câmp magnetic (explicativă pentru funcţionareamaşinilor electrice liniare în regim de motor)

L – lungimeaconductorului situat

în câmp magnetic

Conductor

parcurs de un

curent I

I

X

Regula mȃinii stȃngi dedeterminare a direcției șisensului forței


8/47


a – lungimea laturilor 2 şi 4 ale cadruluib - lungimea laturilor paralele cu liniile de cȃmp

Producerea unui cuplu în câmp magnetic (explicativă pentru funcţionareamaşinilor electrice rotative în regim de motor)

B

Forța ce se exercită asupralaturilor 2 şi 4 ale cadrului:

4 _ latura F

2 _ latura F

Ba I F

2

b Ba I 2

2

b F 2T

Cuplul ce apare ca urmare a

celor două for țe ce se exercităasupra laturilor 2 şi 4 ale

cadrului:


9/47


Generarea unei tensiuni electromotoare induse în prezenţa unui câmpmagnetic variabil (explicativă pentru funcţionarea maşinilor electrice în regim

de generator)

Magnet

permanent

Tensiunea la bornele voltmetrului în funcţie depoziţia spirei în câmp


10/47


Legea inducţiei electromagnetice (Faraday): Tensiunea electrică de-a lungul uneicurbe închise Γ (spira) este egală cu viteza de scădere în timp a fluxului magneticprintr-o suprafaţă S care se sprijină pe curba Γ.

Pentru a obține o tensiune indusă electromagnetic la bornele unui circuit

electric avem deci nevoie de un flux variabil care să înlănțuie circuitul:

Sursa de flux este fixă în raport cu circuitul, dar fluxul este produs de un

curent variabil

Sursa de flux este mobilă în raport cu circuitul, iar fluxul este produs fie de

un curent constant, fie variabil


11/47


Circuit electric

+

-

i

Rezistor

Elemente de circuit

Rezistoare

Condensatoare

Bobine

Sursa de tem

Rezistente

Capacitati

Inductivitati

Tensiune electromotoare

Parametri

i

Rezistenţă

S

l R

Tensiune

electrică

Schema echivalenta


12/47


Miez magnetic

i

Flux magnetic

N spire Θ=Nisolenaţie

Circuit magnetic

Elemente de circuit

Miez magnetic

Sursa de tensiunemagnetomotoare

Parametri

Reluctanta

Permeanta

Solenatie

Θ

Reluctanţă

Tensiune

magnetică

1

2Φ

Um12


13/47


Legea circuitului magnetic (Ampere): Tensiunea magnetică de-a lungul unei curbe închise Γ este egală cu suma dintre intensitatea curentului de conducţie printr -o suprafaţăS care se sprijină pe curba Γ şi viteza de creştere în timp a fluxului electric prin S (curentde deplasare sau curent herţian).

dt

d Ad D

dt

d Ad J l d H U

eS S

S S

m

Curent de

conductie Curent de

deplasare

Solenatia

J- densitatea de curent


14/47


Materiale feromagnetice: sunt materiale feromagnetice utilizate la realizareacircuitelor magnetice.

Materialele feromagnetice moi sunt materialecare se magnetizează şi se demagnetizează

uşor, având ciclu de histerezis îngust şi câmp coercitiv mic (≈80A/cm)

Materialele feromagnetice dure suntmateriale cu ciclu de histerezis larg, cu

câmp coercitiv mare (≈4000A/cm), care semagnetizează şi se demagnetizează greu

Moi (miezul magnetic al mașinilor electrice)

Dure (magneții permanenți)

Curbele de histerezis care definesc cele două tipuride materiale feromagnetice


15/47


B[T]

H[A/m]

2

3

4 56

1

l N i H

Se consider ă o bobină cu N spire, de lungime l și parcursă de curentul i

Cȃmpul magnetic creat are intensitatea:

Continuȃnd să creștem curentul I,intensitatea cȃmpului magnetic, H,

crește, dar, de la o anumită valoare aintensității magnetice, valoarea

inducției magnetice, B, r ămȃne laaceeași valoare: spunem că circuitul

magnetic a intrat în saturație.

I1 < I2 < I3 < I4 < I5 < I6

H1 < H2 < H3 < H4 < H5 < H6

B1 < B2 < B3 < B4 < B5 < B6

Pentru performanțe cȃt mai bune, seprefer ă funcționarea circuitului

magnetic în zona:

i

l


16/47


Teoremele lui Kirchhoff pentru circuite magnetice

Pentru noduri Pentru ochiuri

01

n

k

fk

n

k

k

n

k

fk mk

11

Circuit magnetic neramificat Circuit magnetic ramificat


17/47


18/47


Aplicatie. Se considera o bobina cu N spire, parcursa de curentul I, montata pe una dinlaturile unui miez magnetic. Cunoscand dimensiunile miezului, conform figurii, si neglijand

curentul de deplasare, sa se calculeze fluxul magnetic ce strabate miezul magnetic.

h LH l d H 22

S

N i Ad J

i

h

L

N

Curba Γ

Φ

h L

N i H

22

m

S

h 2 L2

N i H S BS

Fluxul care parcurge circuitul rezultă:

Se aplica legea circuitului magnetic:

S S S

m Ad J Ad D dt

d Ad J U

Θ

Schema echivalenta:


19/47


20/47


Pentru un circuit magnetic cu întrefier si scapari:

N i l H l H aer aer miez miez

aer miez d k

d

miez _m aer

miez d

miez aer

miez

miez miez miez

miez

miez miez miez

k S k

l

S

l l

B l H

aer _m aer aer

aer aer aer

aer

aer aer aer

S

l l

B l H

aer _m d

miez _m aer

k

Ni

Considerand kd


21/47


Circuite magnetice cu magneti permanenti:

Caracteristica de demagnetizare pentrudiferiti magneti permanenti


22/47


23/47


CIRCUITEELECTRICE

Intensitatea câmpului

Vector caracteristic

Lege de material specifică

Coeficient de material

Legea conservării

Mărime tip debit

Tensiune

Element de circuit

Legea lui Ohm

CIRCUITEMAGNETICE

σ- conductivitate

E

J

E 1

E J

0 J div

S

S d J i

l d E u

Riu

Rezistenţă C S

dl R

μ- permeabilitate

H

B

H B

0 Bdiv

S

S d B

l d H um

mmu

Reluctanţă C

mS

dl


24/47


FLUXURI ŞI INDUCTIVITĂŢI ÎN MAŞINI ELECTRICE

u

fluxulmagnetic

totalfluxul

magneticutil

fluxulmagnetic dedispersie (de

scăpări)

B

Φu

Φσ

Inductivitate proprie a unei bobine: Raportuldintre fluxul magnetic ce înlănţuie spirelebobinei şi curentul care produce acest flux.

LL

i

N

i

N

i

Lu

u

Inductivitateproprie

utilă

Inductivitate dedispersie


25/47


Inductivitate mutuală a bobinei 2 în raport cubobina 1: Raportul dintre fluxul magnetic

produs de curentul ce parcurge bobina 1 şi înlănţuie spirele bobinei 2 şi curentul careproduce acest flux.

1

2

1

2121

i

N

i L u

Studiu individual. Demonstraţi că L21=L12.

Φu

Φσ1 Φσ2

i2

u2

N2

i1

u1

N1


26/47


TENSIUNI LA BORNE

Φu

Φσ1

Φσ2

i2

U2

N2

i1

U1

N1

dt

i Li Ld i R

dt

d i R

dt

d i R u 2 12 1 11

1 1

12 11

1 1

1

1 1 1

Tensiuneeletromotoare indusă

Cădere de tensiunepe rezistenţa proprie

Variația în timp a fluxului

total ce înlățuie bobina 1


27/47


TENSIUNI ELECTROMOTOARE INDUSE

T.e.m. de autoinducţie(Datorată variației curentului

propriu)

dt dLi

dt di L

dt di L

dt i Li Ld

dt d

dt d e 21 1 1 21 2 22 1 21 2 22 21 22 2 2

T.e.m. de inducţie mutuală (Datorată variației curentului din bobina 1)

Bobina 1

Bobină 2

instalată pe unmiez magneticce se poate roti în jurul axei Z

Miezferomagnetic

Întrefier

T.e.m. indusă prin mişcare(Datorată variației

inductivității mutuale cupoziția miezului magnetic 2)

Tensiunea electromotoare indusă în bobina 2:


28/47


Curent bobina 1 (i1) Tensiune indusă în bobina 2 (e2)

; cst L; cst L; 0 viteza

; 0 i

; t si n I i

21 22

2

m ax 1 1

t cos I Le max 1 21 2 t si n I i max 1 1

T.e.m. de inducţiemutuală


29/47


;t2cosm1LL;cstL;rpm3000viteza

;0i

;Ii

02122

2

11

Curent bobina 1 Tensiune indusă în bobina 2

t 2 si n I L2 e 1 0 2 1 1 I i

T.e.m. indusă prin mişcare


30/47


ELEMENTE CONSTRUCTIVE DE BAZĂ ALEMAŞINILOR ELECTRICE

Din punct de vedere cinematic:

La transformator (ambele fixe)

Primar

Secundar

La maşini rotative

Stator

Rotor

Întrefier

La maşini liniare

Parte fixă Parte mobilă (translator)

Întrefier

Stator

Rotor

Întrefier

Parte

fixă

Partemobilă


31/47


Din punct de vedere al rolului funcţional:

Subsistemul magnetic (miezuri magnetice)

Subsistemul electric (înfăşurări)

Subsistemul mecanic şi de ventilaţie (carcasă, lagăre, ventilator)

Miez statoric

Miez rotoric

Înfăşurarestatorică

Înfăşurarerotorică

Ventilator

Lagăr

Carcasă


32/47


33/47


Se realizează din :

material masiv

Fontă sau oţel, atunci când fluxul magnetic care îl străbate este constant

Material feromagnetic dur cu ciclu lat de histerezis pentru maşini electrice cefuncţionează pe baza fenomenului de histerezis

Materiale compozite pentru aplicaţii speciale

tole (tablă electrotehnică), atunci când fluxul magnetic care îl străbate este variabil

Rolul circuitului magnetic:

Concentrarea liniilor de câmp

Susţinerea înfăşurărilor

Transmiterea căldurii Transmiterea cuplului, forţelor


34/47


Fenomenul de histerezis

Aplicarea unei magnetizări variabile întimp asupra unui circuit magnetic

realizat dintr-un material feromagneticmoale determină încălzirea miezului.

Curenţi turbionari

i

Φ

Curenţi turbionari

Se datorează efectului legii lui Faraday,de inducţie a unei tensiuni

electromotoare în miezul magneticrealizat din material magnetic cu o

anumită valoare a rezistivităţii electrice.

i

Φ

Curenţi turbionarimai mici

Hc - cȃmp coercitiv

Brem - inducție

remanentă


35/47


Jug

magnetic

Pol

magnetic

Talpa

polara

Jug

magnetic

Dinte

Crestatura

Miez magnetic cu poli aparenti Miez magnetic cu poli inecati

Fixarea polilor aparenti Tipuri de crestaturi


36/47

.].[2

2 geomrad

p p

][2

crestaturi p

N cr

Pas polar : distanţ a măsurată în întrefier sau unghiul dintre axele a doi poli consecutivi(de polaritate opusă).

][2 m p

D

τ Exprimat în unităţi de lungime

Exprimat în radiani geometrici

Exprimat în radiani(grade)electrici

Exprimat în număr de crestături

.]/..[)180( 0 el gradeel rad

N

S

N

τ = π τ = π


37/47

8.06.0

tp

i

b

Factor de acoperire al polului: Raportul

dintre lăţimea tălpii polare btp şi pasulpolar τ

Pas dentar : distanţ a sau unghiuldintre axele a două crestături

vecine (a doi dinţi vecini).

cr

d N

D

.2 rad N cr

d

.].[2

el rad N

pcr

d

Axa neutră : bisectoarea unghiului formatde două axe polare vecine.


38/47


Subsistemul electric

Rolul sistemului electric:

Crearea câmpului magnetic

Sediul t.e.m.induse – transformarea energiei

Legătura electrică cu exteriorul (sursa) şi între părţile componente

Elementele sistemului electric:

Borne

Inele de contact, colector, perii

Înfăşurări

Se realizează din cupru sau aluminiu, din conductoare, sau turnat.

Conductor (rotund sau profilat) Turnat


39/47


40/47


41/47


Fluxul de energie în sisteme de conversie electromecanică

Pierderi

dt i u W k

j

j j el

1

Energieelectrică Energieintermediară Energie

mecanică

Regim de generator

n

m

m m mec dx F W

1

Energieelectrică

Energieintermediară

Energiemecanică

n

m

m m mec dx F W 1

Regim de motor

dt i u W k

j

j j el

1Pierderi

Bilanţul energetic

caloric mag mec el dW dW dW dW

Variaţia energieiintermediare

Pierderile subformă de căldură


42/47


Pierderi în circuitul

magnetic

Prinhisterezis

Prin curenţiturbionari

Pierderi în

circuitul electric

Prin efect Joule

Pierderi mecanice

Prin frecare

Pierderi

Pierderi prin efect Joule: apariţia acestora are la bază efectul termic (denumit și efect Joule-Lenz), reprezentat de disiparea căldurii în conductoarele înfăşurărilor parcurse de curent electric.

Legea transformării de energie în conductori(Legea Joule-Lenz)

J E p J


43/47


Randamentul in masini electrice

Motor Generator

P1 – puterea de intrare

P2 – puterea de iesire


44/47


45/47


46/47


Reprezentare cinematicăFAZOR ROTITOR

t si n y t y max

ymax

α

Axa de referinţă

y m a x

s i n ( ω t + α )

x

y

O

ω

Reprezentarea geometrică a mărimilorsinusoidale – FAZORI ROTITORI(reprezentare cinematică)

Reprezentare polarăFAZOR FIX

Y

Axa origine

de fază O

α


47/47

Reprezentarea în complex

t j m m ax e y y t si n y t y

y j dt

y d t cos y

dt

dy m ax

y j

1 dt y t cos y

1 dt t y max

y

Axa reală O

+jdt

y d

dt y

2

ωt+α

2

Derivata:

Integrala:

Mărimea sinusoidală:

Date post:	05-Jul-2018
Category:	Documents
Upload:	grigore-prepelia
View:	279 times
Download:	2 times

Masini Electrice 1 Curs 2

Documents