Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de...

37
Regimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Transcript of Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de...

Page 1: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Regimurile masinii de curentcontinuu

Caracteristici de functionare in regim degenerator si motor

Page 2: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

ΨK

ΨE

K

uE

iE

ΨSuA

iA

ΨA

CΨAE

Schema electrică a maşinii de curent continuu

Excitaţie derivaţie

compensarecomutaţie

Excitaţie serie

Page 3: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

( )AASEAE iMiME ⋅±⋅⋅=ω

Ecuaţiile maşinii cu excitaţie mixtăΨE uE

iE

ΨSuA

iA

ΨA

ΨAE

AAA

ESEASS

AASEAEAE

AESEEE

iLiMiLiMiM

iMiL

⋅=⋅±⋅=

⋅±⋅=⋅±⋅=

ΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨΨ

Expresiile fluxurilor

EUiRU pAAA +−⋅−= ∆∆∆∆Ecuatia de tensiune

Expresia t.e.m.

Page 4: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

generator

iA

iE

ΨAE

uAi

Rc

( )

EA

eu

pAAA

EECA

IIInkkE

UIREUIRRU

−=⋅⋅=⋅⋅=

−⋅−=⋅+=

ΦΦΦΦΩΩΩΩΦΦΦΦ

∆∆∆∆

Ecuatia sarcinii:

IRU sA ⋅=

.ct=Ω

Ecuatiile masinii cu excitatie derivatie.

RE

Page 5: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Pierderile în maşini de curent continuu

Apt IUp ⋅∆=2AAA IRp ⋅=

βδ

α BnkpFe ⋅⋅=

Pierderi de trecere au loc în rezistenţa de contact

Pierderi în înfăşurarea rotorului

Pierderi în fierul rotoric datorită variaţiei cu frecvenţă de rotaţie a fluxului

Pierderi în înf. de excitaţie

Pierderi mecanice şi de ventilaţie

Pierderi suplimentare

2EEE IRp ⋅=

2nkpmv ⋅=

as Pp ⋅≅ 005.0

Page 6: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Regimul de generator al masinii de c.c.

P

pFepmv

pspA

pt

Pu = UA•IAPa = Ca· Ω

PE = pE

Bilantul energetic

Regim de generator independent

Regim de generator cuplat la retea

Page 7: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

iE/iE0Er

E/UN

Caracteristica de mers în gol.

( ) 0== IlaifE E

Nu se poate determina la maşina cu excitaţie serie

Er - t.e.m. remanentă

Se determină numaicu excitaţie separată.

.ct=Ω

Regim de generator independent

ΨAE

iA=0 uA

ΨE

iE

uE

RC

Page 8: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

iE/iE0

E

E/UN

I=ct.

Caracteristica de mers în sarcină

( ) .ctIlaifU E ==

Nu se poate determina la maşina cu excitaţie serie

.ct=Ω

Regim de generator independent

RS

ΨAE

iA=ct uA

ΨE

iE

uE

RC

Page 9: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

AdU/UN

I/IN

Dif

Der

Sep

Caracteristica externă

( ) .ctilaIfU E ==

La generatoarele cu excitaţie derivaţie .ctRC =

.ct=Ω

Regim de generator independent

RS

ΨAE

iA uA

ΨE

iE

uE

RC

Page 10: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

0 0.5 1 1.5 20

0.2

0.4

0.6

0.8

1

I/IN

U/UN

Instabil Stabil

Regim de generator independent

ESU

I

AΨAE

ΨA

ΨS

Caracteristica externă a generatorului cu excitatie serie

RS

Page 11: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Der

Sep

Dif

Ad I/IN

IE/iE0

Caracteristica de reglare

( ) .ctUlaIfiE ==Nu se poate determina la maşina cu excitaţie serie

.ct=Ω

Regim de generator independentRS

ΨAE

iA uA=ct

ΨE

iE

uE

RC

Page 12: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Bilanţul energetic

P

pFepmv

pspApt

PmPu = C•Ω

PA = UA·IA

PE = pE

Regimul de motor

Page 13: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

EUIRUIRU

pAAA

EEE

−∆+⋅=⋅=

ΨE

iE

uE

ΨAE

iA uA

nkkE eu ⋅⋅−=⋅⋅−= ΦΦΦΦΩΩΩΩΦΦΦΦ

Expresia t.e.m. induse

Ecuatiile in regim stationar.

IkIpC cAE ⋅⋅=⋅⋅= ΦΦΦΦΨΨΨΨExpresia cuplului

Ecuatia de miscareωω⋅−−= fs kCC

dtdpJ

Page 14: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Caracteristici de funcţionare

Motoare cu excitaţie separată şi derivaţie

Pu/PN

I

ηΩ

T

ΨE

iE

uE

RC

ΨAE

iA uARp

Page 15: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

I/IN

R

Φ

UΩ/ΩN

Caracteristici mecanice

∆Ω−Ω=Φ⋅⋅

−Φ⋅∆−

=Ω '0C

IRCUU p

Motoare cu excitatie separata si derivatie

iA

iE

ΨAE

UA

i

RC

Rp

ΨE

Page 16: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

ESU

I

AΨAE

ΨA

ΨS

( )IME

EUIRRU

sAE

pAS

⋅⋅−=

−+⋅+=

ω

∆∆∆∆

22 IkIMpCsAE ⋅=⋅⋅= ΦΦΦΦ

Ecuaţiile maşinii cu excitaţie serie.

( )IfMsAE =

motor

ΩΩΩΩΩΩΩΩ ΦΦΦΦ ⋅⋅=⋅⋅⋅−= IkIMpE AE

Tensiunea electromotoare

Cuplul electromagnetic

Page 17: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

0 0.5 1 1.50

0.5

1

1.5

2

2.5

3

I/IN RU

Ω/ΩN

AEAE

p

MpR

IMpUU

⋅−

⋅⋅∆−

ESU

I

AΨAE

ΨA

ΨS

Rp

Motorul cu excitatie serie

Page 18: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Maşina cu excitaţie mixtă. (motor)

Aditional.

ΨE uE

iE

ΨSuA

iA

ΨA

ΨAE

ΨE uE

iE

ΨSuA

iA

ΨA

ΨAE

Diferential

( )AASEAE iMiME ⋅±⋅⋅=ω

Expresia t.e.m.

( ) AAASEAE iiMiMpC ⋅⋅±⋅⋅=

Expresia cuplului

( ) EUIRRU pAS −+⋅+= ∆∆∆∆

Ecuatia de tensiune

Page 19: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

( ) ( )IMIMpIR

IMIMpUU

ASEAEASEAE

p

⋅+⋅⋅⋅

−⋅+⋅⋅

∆−=Ω

0 0.5 1 1.5 20

0.5

1

1.5Ω/ΩN Dif

DerAd1

Ad

I/IN

Motorul cu excitaţie mixtă

Adiţional.

ΨE UE

iE

RC

ΨSUA

iA

ΨA

ΨAE

Rp

Page 20: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Masina de curent continuu

Probleme

Page 21: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Problema 1Rotorul unei masini de curent continuu. se roteste cu viteza n = 1450 r/min si are:

Z = 24 crestaturidiametrul D = 0,42 m,lunginea L = 0,22 m siun colector cu K = 48 lamele la care se leaga infasurarea buclatamultipla de ordinul m = 2 realizata cu N = 384 conductoarepentru 2p = 4 poli.Talpa polului are o deschidere relativa αi=0,7 si asigurain intrefier δ’ = 1,12 mminductia magnetica B = 0,75 Tela un curent de excitatie iE = 2 A.

pasul polar

viteza unghiulara de rotatie

srn /843,1516014502

602 =⋅=⋅=Ω

ππ

mpD 33,0

442,0

2=⋅=⋅= ππτ

Page 22: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Problema 1

numarul cailor de curent al infasurarii buclate cu m = 2

822222 =⋅⋅=⋅⋅=⋅ mpaconstanta masinii

πππ96

42

2384

2=⋅=⋅=

apNku

fluxul fascicular al masinii

mWbBLii 1,3875,022,033,07,0 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= σταφ

t.e.m. de rotatie

VkE u 8,1763

145101,3896 3 =⋅⋅=⋅⋅= − ππ

φ ΩΩΩΩ

Page 23: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Problema 1

unghiul electric dintre doua lamele vecine

α = =p 36048

150

frecventa tensiunii -frecventa de rotatie

Hznpf 33,4860

14502 =⋅=⋅=

perioada comutatiei

msnKnpK

pp

TK 862,01450486060

2602 =

⋅=

⋅=

⋅⋅⋅⋅⋅=

Ω⋅=

ππα

frecventa de comutatie

fT

HzKK

= = =1 100 862

11603

,

Page 24: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Problema 1

pulsatia tensiunii∆

E tg tg

E

= = =

=

2 2 0

43 45 0 0043

0 43%

α ' ,

,inductivitatea de cuplaj stator-rotor

HICME

uAE 582,0

2101,3896 3

=⋅⋅=⋅=

πφ

inductanta proprie a infasurarii rotorice

mH

WpL ipA

95,81373,033,0

12,110

8238410422

3'12

327

22

0

=⋅

⋅⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅=

−π

ατδ

µ

Page 25: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Problema 2

Un motor de curent continuu cu excitatie separata, compensat, avind:puterea nominala PN = 4 kW:tensiunea nominala UN = 220 V;curentul nominal IN = 22 A;turatia nominala nN = 1500 rot/min:rezistenta circuitului rotoric RA = 0,82 Ω;constanta de timp a circuitului rotoric TA= 19,42 ms;momentul de inertie J = 0,232 Ws3

dezvolta cuplul electromagnetic C = 20 Nm.

Page 26: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Calculul bilantului energetic la sarcina nominala

constanta de flux

VsIRUk AAAu 285,1

301500

82,022220 =⋅

⋅−=⋅−= πφΩΩΩΩ

pierderi - nominale

puterea absorbita

WIUP AAa 484022220 =⋅=⋅=

WPPp Na 84040004840 =−=−=∑

WIRp NAbN 3972282,0 22 =⋅=⋅=In infasurari

WIUp Npt 44222 =⋅=⋅∆=de trecere

Page 27: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Calculul bilantului energetic la cuplul C=20 Nm

mecanice si in fier

Wppppp tbNFem 399441840 =−=−−=+ ∑Curentul de sarcina

pierderi in rotor

ACMIA 56,15

285,120 ===

φ

WIRp AAb 6,19856,1582,0 22 =⋅=⋅=

de trecereWIUp Apt 3156,152 =⋅=⋅∆=

pierderi totale

Wp 6,6286,19831399 =++=∑

Page 28: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Calculul bilantului energetic la cuplul C=20 Nm

Puterea absorbita

Viteza unghiulara de rotatie

randamentul

Puterea utila

WIUP AAa 2,342356,15220 =⋅=⋅=

WpPP au 6,27946,6282,3423 =−=−= ∑

η = = =PPu

a

2794 63423 2

0 816,,

,

( )sr

kMR

kU

u

A

u/27,161

285,12082,0

285,1220

22 =⋅−=⋅

−=φφ

ΩΩΩΩ

Page 29: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Problema 3La un motor de curent continuu cu excitatie separata s-au masurat la mersul ingol :

Tensiunea UA = 440 V;curentul IA0 = 2,2 A;Turatia n0 = 2485 rot/min.rezistenta circuitului rotoric RA = 1,48 Ω;caderea de tensiune la perii ∆Up = 2 V;pierderile mecanice pm = 1,2 pFe

curentul de sarcina IA = 33 A .Puterea absorbita de motor la mers in gol

pierderi in circuitul rotoric: pierderi in infasurari

WIUP AAa 9682,244000 =⋅=⋅=

WIRp AAb 2.72,248,1 2200 =⋅=⋅=

Page 30: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Determinarea pierderilor din datele de mers in gol

Fem pp ⋅= 2,1

pierderi de trecere

deoarece

rezulta separat pierderile

pierderi mecanice si in fier

WIUp Apt 4,42,220 =⋅=⋅∆=

WppPpp tbaFem 4.9564.42.7968000 =−−=−−=+

WpFe 7,4342,114,956 =

+=

Wpp mm 7,5217,4342,12,1 =⋅=⋅=

Page 31: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Caracteristica mecanica

VsIRUk AAAu 503,1

302485

48,133440 =⋅

⋅−=⋅−=⋅ πφΩΩΩΩ

IkIR

kUU

uu

p ⋅−=⋅−

−=⋅⋅

−⋅

−= 985,042,291

503,13348,1

503,12440

ΦΦΦΦΦΦΦΦ∆∆∆∆

ΩΩΩΩ

constanta de flux

Caracteristica mecanica

pierderile∑ ⋅+⋅++= 248,127,5217,434 IIp

randamentul

III

IIIIUpIU

⋅−−=⋅

⋅−⋅−−⋅=⋅

−⋅= ∑ 003363,01736,29954,0

44048,124,956440 2

η

Page 32: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Caracteristici de functionare

0 10 20 30 40 500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4Ω/300

P/15 [kW]

I [A]

Ω

Σp

η

Pa

Pu

Page 33: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Problema 4

Un motor serie de curent continuu avand:2p = 4 poli ,tensiunea UN = 220 V;

rezistenta RA + RE = (0,8+0,4) Ω arecaracteristica de mers in gol ridicata in regim de generator la turatian = 1500 rot/min

282420161284iE [A]2582392171851449850E [V]

inductivitatea de cuplaj pentru 20 A

HIEpM

EAE 069,0

206015002217 =

⋅⋅=

⋅Ω= π

Page 34: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Problema 4

caracteristica de mers in gol, pe baza datelor din tabela , si variatiainductivitatii de cuplaj.

0 5 10 15 20 25 300

50

100

150

2.MAE [mH]200

E [V]

250

300

IA [A]

Page 35: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Problema 4

VIRUE N 196202,1220 =⋅−=⋅−=

- t.e.m. a motorului in cazul alimentarii cu tensiunea UN la un curent IA = 20 A

min/8,13542

60

/87,14120069,0

202,1220

rotn

sradIpMIRUEAE

A

=Ω⋅=

=⋅⋅−=

⋅⋅−=Ω

π

- viteza unghiulara sau turatia masinii in acest caz IA = IE

- cuplul electromagnetic

NmIIpMC AEAE 6,272020069,0 =⋅⋅=⋅⋅=

Page 36: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Tabelul cu rezultatele calculelor

186.4191.2196.0200.8205.6210.4215.2E [V]

C [Nm]

Ω [r/s]

pMAE[mH]

iE [A]

1.27

676.07

79.6

4

4.99

337.24

78.0

8

11.00

224.27

76.4

12

18.84

170.49

73.6

16

27.62

141.87

69.1

20

36.51

125.66

63.4

24

45.99

113.48

58.7

28

Page 37: Masina de curent continuu - utcluj.roRegimurile masinii de curent continuu Caracteristici de functionare in regim de generator si motor

Caracteristicile mecanice

rad/sΩΩΩΩ

Nm0 10 20 30 40 50

C0

50

100

150

200

250

300

.