Micro Mașini

I. ME heteropolare/ciclice. Proc. de conversie si cupluri utilizate in ME heteropolare:

A. in regim sincron:

1. Mex,

2. Mrel.

B. in regim de alunecare:

1. MAs(ind),

2. MH

II. ME unipolare/homopolare/aciclice , cuplu de tip unipolar, Muni :

- construite pe principiul discului Faraday, sau

- constructie cilindrica

I.A. Procedee de conversie si cupluri utilizate in ME heteropolare in regim sincron

1. Procedeul electromagnetic se bazeaza pe cuplul de interactiune care apare intre doua bobine parcurse de curent, sau intre o bobina parcursa de curent si un magnet permanent ;

cuplul produs se numeste :

- cuplu de excitatie, Mex sau

- cuplu de aliniere a doua campuri, sau

- cuplu de inductivitate mutuala.

Convertorul electromecanic de energie are SEM dublu excitata: atat partea fixa cat si cea mobila creaza un camp magnetic propriu, iar cuplul apare ca interactiune intre cele doua campuri magnetice independente.

Pentru determinarea cuplului electromagnetic produs se aplica teorema fortelor generalizate corespunzator sistemelor liniare (nesaturate), = , exprimand functie de (i, ) si efectuand derivata partiala functie de la i=const. :

(1)

Energia magnetica totala pentru SEM simpla din fig.1, avand circuitul magnetic nesaturat se scrie in functie de curenti si coordonata unghiulara , cu ajutorul inductivitatilor proprii si mutuale, constante :

(2)

unde cu L11h, L22h , s-au notat inductivitatile utile proprii ale bobinelor, respectiv cu L12h inductivitatea lor utila mutuala.

Atunci cand pozitia relativa a celor doua bobine se modifica, datorita simetriei geometrice, (intrefier constant) inductivitatile principale proprii, L11h, L22h, raman neschimbate si numai inductivitatea principala mutuala, L12h, variaza dupa o lege tip cosinus (fig.2), fiind coordonata generalizata, in cazul de fata unghiul dintre axele celor doua bobine:

(3)

Cuplul electromagnetic de excitatie obtine expresia:

(4)

In cazul in care rotorul este format dintr-un magnet permanent de forma cilindrica (fig.1) energia magnetica totala este:

(5)

unde :

,

este fluxul total prin infasurarea (1) creat de magnetul permanent, MP, considerat cu variatie sinusoidala in raport cu ; - densitatea de volum a energiei MP, iar - volumul MP. Cuplul electromagnetic se obtine si in acest caz aplicand aceeasi relatie, (1) a teoremei fortelor generalizate:

(6)

Observatii:

- Cuplul are valoarea maxima pentru unghiul = /2 rad.el. , este zero pentru unghiul = 0 rad.el. si, in intervalul = (0 ) actioneaza in sensul reducerii unghiului la zero (conditia de energie magnetica maxima, la curent constant, respectiv de aliniere a celor doua campuri si de distorsiune minima a liniilor de camp).

- Semnul (-) din expresia cuplului, Mex( ) semnifica orientarea cuplului spre reducerea unghiului de nealiniere, dintre cele doua campuri magnetice. Pastrand semnificatia fizica, se face abstractie de semnul (-) si se reprezinta M( ) cu semn schimbat, astfel incat valorile pozitive ale M( ) din fig.2 corespund cuplului activ de antrenare la functionarea ca motor.

- In cazul alimentarii in curent continuu a celor doua bobine, la o rotatie completa a rotorului, valoarea medie a cuplului este nula.

- Pentru a realiza un convertor electromecanic practic, cu miscare de rotatie continua, este necesara, satisfacerea conditiilor impuse de teorema frecventelor din teoria conversiei electromecanice. Se obtin convertoare de tip sincron cu camp rotitor (polifazate, uzual bi- sau trifazate) sau, mai rar, de tip sincron, cu camp pulsator (monofazate).

- In convertoarele de tip sincron clasice infasurarea indusa, alimentata in curent alternativ produce un camp magnetic rotitor polifazat, cu viteza ("de sincronism"), n1 = f1/p , iar sistemul de excitatie, este o infasurare alimentata in curent continuu, sau poseda MP. Din interactiunea campului rotitor cu cel de excitatie rezulta antrenarea rotorului cu viteza n = n1 si un unghi de sarcina cu valori = (0 )

Asemenea convertoare de tip sincron sunt:

1.- masini sincrone clasice, cu camp magnetic rotitor pe stator si excitatie pe rotor;

2.- m.p.p. cu excitatie

3.- masini de curent continuu (constructie inversata fata de masinile sincrone clasice);

4.- masini cu comutatie statica autocondusa cu excitatie pe rotor (MCEA - Ex), constructie de masina sincrona.

Valoarea cuplului de excitatie maxim se poate exprima in functie de solicitarile electrice si magnetice, Bmed si A. In acesp scop valorea maxima a inductivitatii mutuale se scrie de forma:

(7)

unde: 12max - valoarea maxima a fluxului fascicular util mutual, creat de infasurarea rotorica, "2" in infasurarea statorica, "1"; N1- numarul de spire al infasurarii "1"; Bmed - valoarea medie a inductiei in intrefier; D - diametrul interior al statorului, apropiat de cel al rotorului; l - lungimea activa a masinii, statorului si rotorului.

Se considera, o repartitie uniforma a spirelor la periferia statorului, caracterizata prin patura (panza) de curent , A = N1i1/ D si curentul statoric i1 se exprima functie de A: