Mașini cu acționări electrice

1. ELEMENTE GENERALE

1.1 Definiţii. Elemente constructive

Maşina electrică este un sistem de circuite electrice plasate pe miezuri magnetice în general mobile relativ, cuplate între ele magnetic, electric sau atât magnetic cât şi electric.

Maşina electrică transformă energia electrică în energie mecanică (regimul de motor) sau energia mecanică în energie electrică (regimul de generator). Este cunoscut faptul că orice maşină electrică poate funcţiona în ambele regimuri (principiul reversibilităţii stabilit de Lenz în 1834).

Un caz limită de maşină electrică fară corpuri în mişcare este transformatorul electric, utilizat în principal pentru modificarea nivelului tensiunii la frecvenţă de regulă constantă.

Principalele elemente constructive ale maşinilor electrice sunt: statorul care este partea fixă, iar rotorul cea mobilă (figura 1.1). În stator şi rotor sunt plasate înfăşurările sau bobinajele maşinii electrice executate din conductoare de cupru sau aluminiu plasate potrivit în crestături practicate pe periferia miezului feromagnetic.

Trecerea curenţilor prin înfăşurările maşinii determină apariţia de câmpuri magnetice. Partea maşinii care produce câmpul magnetic principal reprezintă inductorul, iar cealaltă parte se numeşte indusul maşinii electrice.

Fig. 1.1. Elemente constructive de bază:

1 – stator; 2 – miez feromagnetic; 3 – înfăşurări;

4 – arbore; 5 – rotor; 6 – întrefier δ.

Întrefierul unei maşini electrice este distanţa dintre stator şi rotor. Acesta se realizează de ordinul mm şi de valori mai mari la maşinile electrice de putere mare. Dacă întrefierul este constant de-a lungul circumferinţei rotorului, maşina electrică este cu poli plini sau poli înecaţi (figura 1.2,a), iar dacă întrefierul nu este constant, maşina electrică este cu poli aparenţi sau proieminenţi (figura 1.2,b).

Fig. 1.2. Secţiune transversală printr-o maşină electrică:

a) cu poli plini; b) cu poli aparenţi.

Axa care trece prin mijlocul polului se numeşte axa câmpului sau axa longitudinală (se notează cu d-d’). Axa transversală sau cea neutră este bisectoarea unghiului format de două axe longitudinale consecutive (notată cu q-q’).

Distanţa dintre două axe longitudinale (sau transversale) masurată pe periferia indusului spre întrefier se numeşte pasul polar şi se notează cu τ.

Notând cu 2p numărul total de poli ai maşinii electrice se poate scrie relaţia:

(1.1)

unde D este diametrul rotorului.

Numărul de axe longitudinale sau transversale este egal cu numărul perechilor de poli – p.

Pe distanţa unui pas polar, repartiţia câmpului magnetic (inducţia magnetică) are o variaţie sinusoidală (figura 1.3) de forma:

(1.2)

Tensiunea electromotoare indusă de câmpul magnetic într-un conductor de lungime l plasat în rotor care se roteşte cu turaţia n este:

(1.3)

Alegând originea timpului când conductorul trece prin axa q, avem şi conform relaţiei (1.1) rezultă .

Înlocuind în (1.3) obţinem sau:

(1.4)

unde viteza unghiulară a rotorului este  = 2n.

Luând pe de forma , cu  = 2f şi ţinând cont de (1.4), rezultă:

(1.5)

adică, frecvenţa tensiunii induse depinde de numărul perechilor de poli şi turaţia rotorului.