Mașini sincrone cu magneți permanenți

1.INTRODUCERE

In diverse procese industriale se urmareste ca viteza de rotatie fixa sau reglabila a unui mecanism sau a unor grupuri de mecanismesa nu depinda de diversi factori perturbatori ce pot aparea in exploatare in cuplul de sarcina,variatii ale amplitudinii tensiunii de alimentare. In alte cazuri,pozitia unui servomecanism trebuie precis controlata si,indiferent de marimile perturbatoare,sa fie cea dorita de operator.

In toate aceste aplicatii,aceste cerinte pot fi realizate utilizandu-se traductoare si bucle de reactie externe mai mult sau mai putin complexe,care sa asigure ca orice eroare care apare in sistem sa fie imediat corectata.

O solutie mult mai simpla o reprezinta folosirea unor bucle de reactie interne, parte din insasi principiul de functionare a motorului de antrenare, care sa asigure ca fara corectii externe viteza sau pozitia rotorului sau sa fie cea dorita. Un motor cu astfel de proprietati este tocmai motorul sincron; viteza sa este functie rigida de frecventa de alimentare, iar pozitia rotorului de unghiul electric descris de tensiunea la borne.

Dupa principiul de conversie al energiei,motoarele sincrone se impart in 4 clase:

• motoare sincrone cu excitatie electromagnetica;

• motoare sincrone cu magneti permanenti;

• motoare sincrone cu reluctanta variabila;

• motoare sincrone cu histerezis

Lucrarea de fata abordeaza motoarele sincrone din cea de-a doua categorie si anume motoarele sincrone cu magneti permanenti, motoare care pentru puteri medii si mici reprezinta cea mai buna solutie din pinct de vedere tehnico-economic. La puteri mari si foarte mari,motoarele sincrone cu excitatie electromagnetica sunt de neinlocuit, in timp ce in actionari de putere redusa, dar de momente de inertie importante,motoarele cu histerezis sunt cele mai recomandate.

Motoarele sincrone cu magneti permanenti prezinta avantajul unei simplitati constructive deosebite, al lipsei contactelor alunecatoare - a periilor si inelelor – asigurandu-se astfel o fiabilitate ridicata si posibilitatea de a lucra fara scantei. Aceasta din urma proprietate le face apte de a fi folosite in medii explosive sau corosiva, in industria petrolului, chimiei sau a mineritului.

Utilizarea tot mai larga a convertizoarelor statice de frecventa le face deosebit de utile in actionarea automobilelor electrice, a avansurilor la masini-unelte, a sistemelor automate de pozitionare.

Datorita proprietatii de as mentine viteza neschimbata, indiferent de perturbatiile tensiunii din retea, aceste motoare se utilizeaza in antrenarea grupurilor inertiale ce asigura alimentarea marilor calculatoare electronice, iar datorita silentiozitatii lor in functionare, ele reprezinta cea mai buna solutie in antrenarea ventilatoarelor instalatiilor de conditionare a aerului, a ventilatoarelor calculatoarelor si echipamentelor electronice de putere.

1.1. PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE AL MOTOARELOR SINCRONE CU MAGNETI PERMANENTI

Se considera structura din figura de mai jos, formata dintr-o armature fixa si una mobile. Pe armatura fixa este dispusa o infasurare alimentata cu un curent i , iar armatura mobile este realizata dintr-un magnet permanent N-S. Energia magnetica totala a sistemului este:

W = L i + ψ i cos θ + dv,

L este inductivitatea proprie a bobinei statorice;

ψ este fluxul total util produs de magnetul permanent;

θ este unghiul de pozitie rotoric;

B , H - inductia, respectiv campul din materialul magnetic;

dv – elementul de volum al magnetului.

Cuplul electromagnetic produs de sistem se determina aplicand teorema fortelor generalizate:

M = ( ) = - ψ i sin θ

Cuplul produs de interactiunea dintre campul magnetului permanent si curentul de infasurare se numeste cuplu active si este in sensul reducerii coordonatei generalizate θ.

Pentru motorul cu magneti permanenti, pozitia θ=0 este o pozitie stabile, in sensul ca orice perturbatie ce tinde sa scoata rotorul din aceasta pozitie, duce la aparitia unui cuplu, active sau reactive, ce tinde sa readuca rotorul in pozitie de echilibru. Daca campul magnetic produs de infasurarea de pe armatura statorica este rotator, rezulta ca rotorul masinii trebuie sa urmareasca axa campului statoric, rotirea sa avand loc cu o viteza egala cu viteza de rotatie a campului invartitor.

Este evident ca un asemenea cuplu are o valoare mediate diferita de zero numai daca viteza de rotatie a rotorului este egala cu viteza campului invartitor, ceea ce echivaleaza cu faptul ca pentru a functiona motorul trebuie adus la sincronism cu mijloace externe. Cel mai adesea, aducerea la o viteza apropiata de cea sincrona se face pornind masina in asincron. La puteri foarte mici si momente de inertie reduse, pornirea se poate face direct,utilizand cuplul sincron instantaneu dezvoltat de masina, intr-o alternanta a curentului alternative, rotorul masinii atingand viteza sincrona.

Se determina acum valoarea maxima a cuplului electromagnetic sincron produs de aceste convertoare pe unitatea de volum. In cazul motorului cu magneti permanenti, la o putere medie, se poate considera ca inductia din intrefier este in jur de B = 1 T, iar panza de current A=250 A/cm. Cu aceste date se gaseste:

M = ψ i = w B π l π A = 2π V B A,

V = πD l / 4 – volumul interior al masinii

Cu valorile de mai sus se obtine cuplul specific:

M = = 2π B A= 2π*1*25000 = 1,56*10 Nm/m Masini Sincrone cu Magneti Permanenti