Studiul MEF al motoarelor asincrone de tip grosu în flux 2D

Memoriu Justificativ

Rãspândirea sistemului trifazat a fãcut ca, în acționãrile electrice de curent alternativ, mașinile asincrone sã fie majoritare. O caracteristică a maşinilor asincrone este faptul că viteza de rotaţie este mai mică decât viteza câmpului învârtitor, de unde şi numele de mașini asincrone. Ele pot funcţiona în regim de generator (mai puţin răspândit) sau de motor. Cea mai largă utilizare o au ca motoare electrice (în curent trifazat), fiind preferate faţă de celelalte tipuri de motoare prin construcţia mai simplă (deci şi mai ieftină), extinderea reţelelor de alimentare trifazate şi prin siguranţa în exploatare. Tehnologia motoarelor asincrone este în continuă evoluţie, o dată cu dezvoltarea tehnicii şi miniaturizarea sistemelor, ele ajungând să ia locul motoarelor de curent continuu în unele sisteme care erau, până nu demult, apanajul acestora din urmă. Această ramură a tehnicii este una de viitor, care promite o dezvoltare mare în viitor, în speţă a sistemelor digitale. Folosirea automatelor programabile, precum şi a senzorilor, permite realizarea unor aplicații din ce în ce mai performante de pornire şi reglare a motoarelor asincrone, precum şi posibilitatea modificării parametrilor de funcţionare a acestora. Deci, domeniul motoarelor electrice asincrone este un domeniu în dezvoltare, care promite mult şi care se se folosește mullt în tehnica actuală, în sistemele de mică putere, cât şi în cele de mare putere.

1. Generalități

Denumirea acestei mașini „asincronă“ este întalnită în literatura franceză, în special, unde „o masină asincronă este o masină de curent alternativ la care viteza în sarcină si frecventa retelei la care este conectată nu sunt într-un raport constant”. În literatura de specialitate anglo-saxonă se folosește termenul de mașină „de inducție” (induction machine), definită astfel: „mașină al cărei circuit magnetic este asociat la două sau mai multe circuite electrice, mobile unele în raport cu celelalte și în care energia este transferată de la partea fixă la cea mobilă sau invers, prin inducție electromagnetică“. Mașina asincronă normală cuprinde două armături, una fixă numită stator și alta mobilă, concentrică cu prima, numită rotor. La mașinile în construcție directă, statorul posedă o înfășurare, de cele mai multe ori trifazată, conectată la o rețea si îndeplinește rolul de inductor. Rotorul posedă de asemenea, o înfășurare trifazată sau polifazată (cel mai frecvent din bare scurtcircuitate la capete) și constituie indusul. Înfășurarea inductoare, care produce câmpul magnetic învîrtitor, poate fi si monofazată sau bifazată. Printr-o analogie cu transformatorul, circuitul inductor se mai numește și circuit primar, iar circuitul indus - circuit secundar. De cele mai multe ori se acceptă corespondențele: stator – primar și rotor – secundar, valabile pentru mașinile în construcție directă, iar indicii folosiți pentru distingerea acestor mărimi vor fi 1, respectiv 2. Între cele două părti, aflate în functionare normală în miscare relativă una fată de alta, există un întrefier a cărui mărime (distanța dintre vârfurile dinților celor două armături, luată pe direcție radială) depinde de puterea si de domeniul de utilizare a masinii. La mașinile de putere redusă, de câtiva wati, întrefierul se situează în jur de 0,2 mm, iar la mașinile cu puteri de 1MW, pentru condiții grele de lucru, acesta depășește 2 mm. În general, mărimea întrefierului se adoptă cât mai mică, din considerente mecanice. Mașina asincronă este cea mai raspândită mașină electrică. Ea se întâlnește pe scara largă în acționarile electrice din toate sectoarele industriale și sociale, îndeosebi în regimul de motor trifazat, pentru actionarea mașinilor unelte, a macaralelor electrice, a podurilor rulante, a aparaturii medicale, a aparaturii electrocasnice etc. Prima mașină asincronă a apărut în 1885, fiind realizată de Galileo Ferraris, funcționînd pe principiul câmpului bifazat învârtitor. În principiu, aceasta cuprindea 4 poli aparenți inductori statorici pe care erau plasate 4 bobine alimentate de la un sistem bifazat de curenți. Rotorul era sub forma unui cilindru din Cu. O altă variantă, construită de Nicolae Tesla cuprindea un inductor sub forma a 4 bobine înfășurate pe un tor (în inel), fiecare ocupând câte un sfert din acesta (echidistante). Și în acest caz se alimentau bobinele de la un sistem bifazat de curenți. Rotorul era sub formă cilindrică, din material feromagnetic pe care se plasa o înfăsurare în scurtcircuit, monofazată.