Mașini Electrice

CAPITOLUL 1

NOŢIUNI GENERALE

1.1. Generalităţi

Transformatoarele şi maşinile electrice sunt unele dintre cele mai importante aplicaţii practice ale fenomenelor electromagnetice. Maşinile electrice sunt conver-toare electromecanice ce convertesc energia mecanică în energie electrică sau in-vers energia electrică în energie mecanică, după cum ele funcţionează în regim de generator electric sau de – motor electric, fiind reversibile.

Pe lângă generatoare și motoare, mașinile electrie se pot utiliza și ca conver-toare a unei forme a curentului electric în alta, exemplu curent alternativ în curent continuu sau curent cu frecvența nominală de 50 Hz în curent cu frecvență ridicată ș.a. În unele sisteme electromecanice, mașinile electrice se utilizează ca regula-toare și amplificatoare (sub denumirea de mașini electrice regulatoare și amplifi-catoare electromecanice).

Principiul de funcţionare al maşinilor electrice se bazează pe următoarele două fenomene:

a) fenomenul de inducţie electromagnetică – adică inducţia de t.e.m. în con-ductoarele ce se deplasează în câmpul magnetic staţionar (fix în spațiu și constant în timp) sau în conductoare imobile situate în câmp magnetic nestaţionar, de amplitudine constantă;

b) fenomenul de apariție a forţelor electromagnetice ca urmare a interacțiu-nii dintre câmpul magnetic şi conductoarele parcurse de curent electric.

Mașinile electrice rotative au două armături:

a) inductorul – reprezintă sistemul electromagnetic ce crează câmpul mag-netic inductor (de excitație);

b) indusul – reprezintă sistemul ce conține înfășurarea (înfășurările) în care se induc t.e.m.

În procesul de funcţionare al maşinilor electrice, una din cele două armături este imobilă şi se denumeşte stator, iar cealaltă parte mobilă este numită rotor. Maşinile electrice se pot construi pentru funcţionare în curent continuu sau alternativ.

În grupa maşinilor electrice, obişnuit se includ şi transformatoarele, care în calitate de convertoare electromagnetice staţionare nu reprezintă maşini electrice în adevăratul sens al cuvântului şi nu transformă energia electrică de c.a. într-o altă formă de energie ci modifică numai parametrii ei.

Procesele electromagnetice din transformatoare au la bază tot fenomenul de inducție electromagnetică ca și mașinile electrice. Aceasta permite a se studia transformatorul electric în comun cu mașinile electrice de curent alternativ. Trans-formatoarele conțin următoarele părţi de bază:

a) două (sau mai multe) înfăşurări cuplate magnetic – una este înfăşurarea primară ce primeşte energia electrică de transformat şi a doua (pot fi mai multe decât una), înfăşurarea secundară de la care se obţine energia electrică cu parametrii transformaţi;

b) circuitul magnetic pentru crearea cuplajului magnetic mai puternic dintre înfăşurări.

Spre deosebire de maşinile electrice, transformatoarele electrice au părţile componente imobile cărora le lipseşte mişcarea relativă dintre conductoare şi câm-pul magnetic. Iată de ce pentru funcţionarea lor este necesară crearea câmpului magnetic variabil, adică transformatoarele electrice funcţionează numai în cu-rent alternativ.

Maşinile şi transformatoarele electrice sunt construite şi destinate să lucreze în condiţii date, ce determină regimul lor nominal de lucru. Mărimile ce carac-terizează regimul nominal de lucru, sunt numite nominale și se indică de produ-cător în cataloagele de date și pe tăblița de pe carcasa mașinii electrice.

În unele cazuri, datele complete se prezintă în materiale de reclamă iar pe tă-bliţa indicatoare este trecut tipul mașinii electrice, tensiunea nominală şi puterea nominală a acesteia. Aceşti parametrii garantează funcţionarea mașinii electrice fără avarii numai pentru regimurile şi condiţiile de lucru specificate sau, dacă ele nu sunt clar stabilite, pentru regimul de lucru S1 şi condiţii normale climaterice sau alte condiţii potrivit standardelor. Aceste date nominale se referă la:

- puterea nominală definită în mod diferit conform tipurilor mașinilor electrice, ca de exemplu:

▪ pentru generatoarele de c.c. acesta reprezintă puterea electrică utilă (pute-rea UnIn, la bornele rotorice) exprimată în W sau kW, respectiv puterea maximă pe care ele o dezvoltă fără a se depăși încălzirea maximă admisibilă a diferitele lor părți componente;

▪ pentru generatoarele de c.a. este puterea aparentă de ieşire Sieşire [VA] împreună cu factorul de putere cosφ;

▪ pentru motoare, este puterea mecanică utilă la arbore (MnΩn exprimată în W sau kW), pe care o cedează mecanismului de lucru antrenat, cu respectarea aceleiași condiții (nedepășirea încălzirii admisibile potrivit clasei de izolaţie).

- tensiunea nominală Un [V] este tensiunea dintre borne (dintre faze) la

puterea nominală;

- frecvenţa nominală fn [Hz] a tensiunii;

- curentul nominal In [A];

- condiţiile mediului de lucru, ce standardizează:

▪ înălţimea deasupra nivelului mării (1000 m);

▪ temperatura maximă şi minimă a mediului înconjurător (400C şi –150C, la răcire cu apă – până la 00C) ş.a;

- condiţiile electrice de lucru: tensiunile standard ale reţelei de alimentare, forma şi simetria tensiunilor şi curenţilor;

- caracteristicile termice, referitoare la valorile limită ale încălzirii potrivit clasei de stabilitate termică a izolaţiei, temperatura de răcire a fluidului;

- caracteristicile de lucru: curenţii maximi, momentele maxime şi minime, creşterea de viteză ş.a.

Tăbliţele mașinilor electrice trebuie să conţină următoarele date nominale:

- numărul de faze, gradul de protecţie, clasa de stabilitate termică, regimul de lucru;

- puterea, tensiunea, frecvenţa tensiunii, curentul, turaţia, factorul de putere, tensiunea şi curentul de excitaţie referitoare la regimul nominal;

- parametrii condiţiilor de lucru, dacă ele diferă de cele standard.

Dacă sensul de lucru coincide cu al rotaţiei rotorului, el se indică prin săgeată pe maşină. Indicatorii importanţi ai maşinilor electrice moderne sunt capacităţile lor de stabilitate la vibraţii (armonici ale sistemului tensiunilor de alimentare şi nesimetriile acestora) cum şi limitarea posibilităţii lor de a crea-emite vibraţii, mai înalte decât valorile limită. În acest scop se apelează la componente electro-nice montate în maşina electrică rotativă necesare pentru funcţionare (exemplu: excitatoare rotative).

Maşinile şi transformatoarele electrice sunt elementele de bază ale oricărui sistem energetic sau sistem electromecanic de acţionare. De aceea este necesar a se cunoaşte atât teoria cât şi fenomenele ce au loc în acestea în timpul exploatării lor.