Mașini electrice și acționări

Maşinile electrice (ME) reprezintă nişte convertoare electromecanice şi

electromagnetice de forţă, care transformă în regim de generator (G) energia sau

puterea mecanică în energie sau putere electrică de curent continuu

invers, folosind în ambele cazuri energia sau puterea reactivă Q a câmpului

magnetic, numit şi câmp de excitaţie, pentru a asigura conversiile sau

transferurile de energie menţionate (Fig.1) :

Evident, că aceste transformări nu pot fi efectuate fără anumite pierderi de

pătratul curentului din ele şi cu rezistenţa lor interioară I R ; Fe M P  2 R - pierderile

magnetice sau pierderile în fier, proporţionale cu pătratul fluxului din circuitul

magnetic  şi cu rezistenţa (reluctanţa) magnetică a acestui circuit M R ; M P -

pierderile mecanice în rulmenţi, cuplaje, transmisii, aer, datorate diferitor frecări.

Ţinând cont de faptul , că aceste pierderi nu pot fi evitate, eficacitatea

conversiilor menţionate în ME se apreciază cu ajutorul randamentului  , care

reprezintă raportul dintre puterea utilă U P , egală cu puterea de ieşire, şi puterea

În regim de generator E M   P / P , unde M P reprezintă puterea mecanică a

unei turbine de abur, hidraulice sau a unui motor de antrenare, iar E P - puterea

electrică de la bornele de ieşire ale generatorului. În regim de motor M E   P / P ,

unde P M M  - puterea de ieşire la arborele motorului, egală cu produsul dintre

cuplul dezvoltat de motor şi viteza unghiulară de rotaţie a lui. Această putere pune

în mişcare, de regulă, o maşină de lucru (ML) sau un mecanism industrial –

pompă, ventilator, conveier, strung etc.

Valoarea maximă a randamentului ME este cuprinsă în intervalul

0.75 0.97 max    , unde valorile mici corespund maşinilor de putere mică, iar

valorile mari – maşinilor de putere mare ( P  300kW ). Evident, că totdeauna se

tinde spre obţinerea unui randament cât mai mare. Randamentul motoarelor cu

ardere internă este comparativ . De exemplu, 0.4 max   - pentru motoare Diesel şi

0.3 max   - pentru motoare de benzină. În plus la aceasta, motoarele cu ardere

internă poluează mediul ambiant, sunt mai complicate şi necesită cheltuieli sporite

în exploatare.

Ţinând cont de faptul, că nici puterea reactivă de excitaţie nu poate fi

exclusă, în practică se tinde spre minimizarea ei sau spre creşterea unui parametru

invers, numit factor de putere

valorile nominale ale căruia pentru

diferite maşini sunt cuprinse în

intervalul 9,8-0,93. Însă la micşorarea

sarcinii U P <PN, ambii parametri

energetici se micşorează faţă de

valorile nominale (fig.2)

Părţile principale ale unei maşini electrice rotative sunt următoarele:

statorul – partea fixă şi rotorul – partea mobilă, care se roteşte cu o anumită

viteză şi care este fixat la capete pe nişte rulmenţi. Evident, că pentru a se roti liber,

rotorul nu poate avea un contact mecanic cu statorul, de aceea între aceste părţi

există o porţiune radială de aer, numită întrefier, notat prin

 , care este de dorit să fie cît mai mic (  1  2 mm ) (Fig.3).

Transferul de energie dintre stator şi rotor, sau invers, se

face prin acest întrefier pe cale magnetică, adică cu ajutorul

câmpului magnetic. Liniile acestui câmp se închid prin

stator şi rotor, care servesc totodată ca elemente ale

circuitului magnetic, străbătând, de asemenea, şi întrefierul.

Rezistenţa sau reluctanţa magnetică a acestuia însă este mult

mai mare decât a statorului şi rotorului, de aceea este

necesară o putere magnetică relativ mare şi un cosφ < 1, pentru a forţa trecerea

fluxului magnetic prin întrefier. Acest flux poate creat pe 2 căi.

1) pe cale naturală - cu ajutorul magneţilor permanenţi , confecţionaţi din

materiale magnetice speciale. Însă energia lor este limitată, de aceea poate fi

folosită pentru maşini de putere ( P  20  30kW ). În afară de aceasta magneţii

permanenţi, creează un flux magnetic constant   const.  inv.t

2) pe cale artificială - cu ajutorul electromagneţilor