Studiul unui Sistem de Acționare Electrică Având Cuplă Electromagnetică Asincronă

Scopul lucrării

Lucrarea permite studiul caracteristicilor de funcţionare ale unei acţionări electrice care utilizează un cuplaj electromagnetic de alunecare, cu poli de excitaţie în formă de gheare şi indus din oţel masiv.

1. Consideraţii teoretice

1.1 Generalităţi

Cuplele electromagnetice cu alunecare (CEA) sunt folosite ca elemente de transmisie a mişcării, prezentând, faţă de transmisiile mecanice, avantajul unei flexibilităţi mai mari în modificarea parametrilor energetici şi de mişcare.

Datorită posibilităţilor şi avantajelor pe care le oferă, CEA sunt utilizate în acţionările maşinilor unelte şi textile, a laminoarelor, în instalaţiile de poziţionare a electrozilor la cuptoarele cu arc, pe nave, etc.

Principalele avantaje care impun utilizarea CEA în SAE sunt: construcţie simplă şi robustă, preţ de cost scăzut, comandă simplă, putere de comandă redusă, lipsa pieselor supuse uzurii, posibilitatea pornirii fără şocuri a maşinilor de lucru cu mase inerţiale mari, a absorbţiei şocurilor de torsiune, reglării vitezei, limitării şi reglării cuplului transmis.

Printre dezavantaje se pot aminti: gabarit relativ mare, instabilitatea caracteristicilor mecanice la variaţia temperaturii, reglarea cu pierderi a turaţiei, constante de timp relativ mari pe durata proceselor tranzitorii.

1.2 Elemente constructive.

Din punct de vedere constructiv, o CEA este formată din două semicuple: una conducătoare, montată pe arborele motorului electric de acţionare (ME) şi alta condusă, montată pe arborele maşinii de lucru (ML).

In construcţie clasică (fig. 2.1), semicupla conducătoare 1, de forma unui pahar din oţel masiv, constituie indusul, iar semicupla condusă având miezul din oţel masiv, aici cu polii 2,3 în formă de gheare şi prevăzută cu o înfăşurare de excitaţie 6, constituie inductorul. Infăşurarea de excitaţie se alimentează în c.c. prin intermediul unor inele 4 şi perii colectoare 5.

1.3 Principiu de funcţionare

Prin alimentarea înfăşurării de excitaţie în c.c, în întrefier apare un flux de excitaţie e (fig. 2.1) cu o distribuţie spaţială transversală alternantă.

Sub acţiunea cuplului mecanic M, furnizat de motorul electric arborelui conducător, indusul se va roti cu viteza  în câmpul magnetic de excitaţie creat de inductor. Acest câmp induce, în miezul metalic al indusului, t.e.m ce dau naştere la curenţi electrici de conducţie care interacţionează cu câmpul de excitaţie e. Apare astfel un cuplu electromagnetic ML, de acelaşi sens cu sensul de rotaţie al indusului, cuplu ce antrenează inductorul la viteza R a maşinii de lucru.

Cuplul electromagnetic transmis prin cuplă este proporţional cu puterea activă disipată în indus,

In regim staţionar de funcţionare, cuplul electromagnetic ML de la ieşirea CEA compensează cuplul rezistent MR opus de maşina de lucru:

ML = MR (2.1)

Frecvenţa de variaţie a mărimilor electromagnetice din indus este proporţională cu viteza relativă dintre indus şi inductor:

(2.2)

unde: - p este numărul de perechi de poli ai cuplei,

şi are aceeaşi alură ca la maşina asincronă, prezentând un maxim Mk pentru o valoare critică sk a alunecării (fig. 2.2). Prin modificarea curentului de excitaţie se pot obtine caracteristici cu diferite grade de rigiditate ce permit reglajul vitezei de ieşire R

Din figura 2.2 se observă că odată cu creşterea curentului de excitaţie cresc rigiditatea caracteristicii mecanice, cuplul critic, şi viteza de ieşire. Forme identice ale caracteristicilor se intilnesc în cazul frânării dinamice a motorului asincron şi al frânei electromagnetice cu disc şi curenţi turbionari.

2. Procedeu experimental

Determinarea caracteristicilor de funcţionare se realizează pe un stand a cărui schemă de principiu este prezentată în figura 2.3 şi care conţine ca elemente principale: un motor asincron de acţionare M1, un cuplaj electromagnetic de alunecare CEA şi un generator de c.c. M2, cu excitaţie separată, care simulează maşina de lucru ML.

2.1. Se identifică elementele componente ale standului şi caracteristicile nominale ale echipamentelor de pe stand, completându-se tabelul 2.1