Alternatorul

Introducere

Cap.1.Noțiuni introductive

Sistemul de alimentare cu energie electrică al automobilului cuprinde două surse de energia: bateria de acumulatoare și alternatorul.

Bateria de acumulatoare este principală sursă de energie atunci când motorul termic este oprit ea cedând acest loc alternatorului o dată cu pornirea motorului termic.

Alternatorul este, în esență, un generator trifazat sincron care are rotorul inductor și statoru indus.

1.1.Alternatorul elemente componente

Că orice mașină electrică alternatorul este format din două componențe de bază: statorul și rotorul – Fig. 1.1

Statorul este partea fixă și este format din carcasă, miezul statoric și înfășurările statorice.

Miezul statoric este fabricat din tole de oțel electrotehnic care sunt izolate între ele cu oxizi ceramici sau lac izolant având formă unui cilindru gol.

Fig. 1.1 Secțiune alternator [1].

În partea dinspre rotor tolele sunt prevăzute cu o serie de decupări denumite crestături. În canalele astfel obținute se montează înfășurarea statorică.

Înfășurarea statorica – Fig. 1.2, este de tip repartizat fiind realizată din sârmă de cupru de cca. 1 mm grosime și este trifazată. Cele trei faze ale înfășurării statorice sunt identice din punct

de vedere constructiv și sunt dispuse simetric cu un decalaj geometric de , unde p este numărul de perechi de poli. Ele pot să fie conectate în triunghi sau în stea.

Rotorul alternatorului – Fig. 1.3, este realizat din două piesele polare simetrice confecționate din oțel cu conținut scăzut de carbon care formează polii de excitație și dau denumirea alternatorului cu „poli în formă de gheară”. În spațiul dintre poli este închisă înfășurarea de excitație. Aceasta este de tip concentrat realizata dintr-un număr mare de spire de cupru emailat dispuse unele peste altele. Alimentarea înfășurării se face prin intermediul unui contact alunecător realizat din inelele colectoare și perii colectoare.

Distanța dintre rotor și stator, măsurată pe direcție radială, se numește întrefier și se opune trecerii liniilor de câmp magnetic (de la rotor la stator). În general are valori sub 1 mm.

Scuturile sunt în număr de două și nu sunt identice ele având rol atât de susținere cât și electric. Conțin lagărele de susținere ale rotorului care sunt, de obicei, rulmenți capsulați care nu necesită întreținere. Ele sunt prevăzute și cu port periile, sau dacă acestea sunt incluse în regulatorul de tensiune, scuturile oferă suport pentru acesta.

1.2.Functionarea alternatorului

Regimul de funcționare că generator este principalul regim pentru mașina sincronă.

Se consideră o mașină sincronă trifazata cu 12 poli(6 perechi) (AX, BY, CZ sunt înfășurările de fază) a cărei înfășurarea de excitație este alimentată în curent continuu de la o baterie de acumulatoare iar rotorul mașinii este antrenat de motorul termic la turația n[rot/min] constantă și viteză unghiulară constantă Ω=πn/60 (fig.1.4), P fiind un punct arbitrar din întrefier.

Înfășurarea de excitație se alimentează cu curent de excitație și produce un câmp magnetic numit câmp magnetic inductor sau câmp magnetic de excitație, care este fix în reperul rotoric (FR) și este un câmp magnetic învârtitor în reperul statoric (FS). În reperul statoric (FS), tensiunea produsă de legea inducție electromagnetice are expresia:

este amplitudinea iar se numește turație de sincronism. Fluxurile magnetice ale câmpului magnetic învârtitor inductor, care înconjoară înfășurările de faza AX, BY, CZ sunt:

Aceste fluxuri magnetice au pulsația =2, este frecvența acestor fluxuri. Tensiunea electromotoare indusă de fluxurile magnetice în înfășurările de faza AX, BY și CZ este:

este valoarea efectivă a tensiunii electromotoare induse în înfășurările de faza ale mașinii sincrone. Tensiunea electromotoare este defazata în timp cu unghiul in urma fluxului magnetic.

Dacă alternatorul este conectat la un consumator prin înfășurările statorice se vor stabili curenți care formează un sistem trifazat și care au expresiile:

Sistemul trifazat de curenți (1.4) produce un câmp magnetic învârtitor în raport cu reperul FS, numit câmp magnetic învârtitor de reacție a cărui viteză unghiulară este:

Din relațiile 1.1 și 1.5. se poate observa că viteza câmpului magnetic de reacție are aceeași valoare ca și viteză unghiulară .

Amplitudinea tensiunii magnetice in reperul FS, produsă de sistemul trifazat are expresia:

In reperul FR expresia tensiunii magnetice(,t) este:

Observatorul din reperul FR, cu tensiunea magnetică(,t) este fixă în spațiu și nu este influențat de timp.

Din compunerea câmpului magnetic inductor și a câmpului magnetic de reacție obținem câmpul magnetic învârtitor care are aceeași viteză unghiulară in raport cu reperul FS.

1.3.Ecuatii de functionare

Se consideră un alternator în regim permanent în care înfășurările de faza ale indusului sunt străbătute de un sistem de curenți trifazat simetric și fiecare fază este însoțită de următoarele fluxuri magnetice: fluxul magnetic inductor , fluxul magnetic de reacție transversal , fluxul magnetic de reacție longitudinal și fluxul magnetic de scapari

Se consideră faza de referință AX (fig.1.5) care este însoțită de fluxurile magnetice:,,,. Se are în vedere curbă închisă care urmărește conductorul înfășurării AX și se va închide pe curba tensiunii la borne, sensul de parcurgere a curbei este același cu sensul curentului.

Pentru această curba se consideră schema echivalentă:

Aplicând a-II-a teorema a lui Kirchhoff obținem:

Trecând în complex simplificat ecuațiile (1.8) obținem:

Înfășurarea de excitație din ecuația de tensiuni de formă: unde ste tensiunea care se aplică la bornele înfășurării de excitație, ste rezistentă înfășurării rotorice iar este curentul care parcurge înfășurarea de excitație.

Viteză unghiulară este constantă, ecuația de mișcare se reduce la egalarea culpurilor: cuplul activ transmis de motorul termic este egal cu suma cuplurilor rezistențe.

Ecuațiile stabilite descriu complet funcționarea alternatorului în regim de generator.

Expresia fluxului magnetic rezultat din întrefier rezultă din:

este curentul de magnetizare corespunzător fluxului magnetic din axa d;

este curentul de magnetizare corespunzător fluxului magnetic din axa q;

este curentul de magnetizare corespunzător fluxului de magnetizare total .

Din (1.10) rezulta:

Curentul de magnetizare este produs de solenația de magnetizare . Este curentul de magnetizare din axa d și reprezintă sistemul trifazat longitudinal de curenți de valoare efectivă care produce în întrefier, în axă d, un câmp magnetic egal cu câmpul magnetic inductor plus câmpul magnetic de reacție longitudinal, iar este curentul de magnetizare din axa q care este chiar . Ecuațiile pot fi scrise și cu convenția de semne de la receptoare, adică regimul de referință este regimul de motor unde să se păstreze sensul de obținere a curbei închise și sensul curentului, însă se va schimba sensul tensiunii la borne. Pentru această convenție de semne ecuațiile (1.9) devin:

1.4.Schema simplificată

Considerăm ecuația curentiilor care rămâne neschimbată și exprimam solenația rezultată obținută prin superpoziția solenațiilor echivalente ale celor două armaturi ( Pentru că reactanțele de magnetizare sunt diferite pe cele două axe (≠) curentul de magnetizare nu mai este în faza cu fluxul de magnetizare . Ecuația curenților se poate scrie sub formă

Curentul de magnetizare al alternatorului se poate reprezenta ca suma fazoriala a curentului de magnetizare , corespunzător mașinii sincrone cu poli înecați și a curentului .

Din ecuația de curenți (1.13), ecuația de tensiuni se poate scrie:

Pe baza ecuației de curenți de la (1.13) și a ecuației de tensiuni de la (1.14) va rezulta schema echivalentă în regim permanent a alternatorului. Spre deosebire de mașină sincronă cu poli înecați la această mai apare o sursă (internă) de curent ().

Ecuația de curenți (1.13) permite construcția diagramei de fazori si (fig.1.8).

Se prelungește segmentul până întâlnește axa imaginară în punctul B și se formează

triunghiurile ODB și ABC, care sunt dreptunghice.

Din relațiile de asemănare rezultă poziționarea punctelor A și B:

S-a luat ca referință tensiunea electromotoare indusă în înfășurarea statorica de câmpul magnetic rezultat. În acest caz curentul de magnetizare este același cu axa imaginară. Pe baza diagramei fazoriale a curenților (fig.1.8) se calculează curentul și componentele sale: componenta activă – proiecția curentului pe axa reala și componenta reactivă – proiecția curentului pe axa imaginară. Cu aceste doua elemente se poate explica impedanța cu elementele sale: si

Ca urmare a acestor relații, schema echivalentă din figura (fig.1.7) se modifica conform (fig.1.9), unde s-a considerat convenția de semne de la generatoare.

De subliniat ca parametrii si depind de unghiul intern si de factorul de anizotropie . Reactanțele si sunt conectate în paralel și pot fi înlocuite cu o reactanța echivalentă care este reactanța de magnetizare :

În cazul 1 magnetizarea are loc după axa longitudinal, în cazul 2 magnetizarea are loc după axa transversală.

Expresia reactanței conduce la o alta schemă echivalentă (fig.1.10):

1.5.Diagrama fazoriala

Se consideră un alternator încărcat cu sarcina rezistiv-inductiva (motorul de la ștergător), adică curentul este defazat in urma tensiunii cu unghiul si planul complex se suprapune peste axele d si q.

Fluxul magnetic inductor se ia ca origine de fază și coincident cu axa polului nord d, iar tensiunea electromotoare indusă de fluxul magnetic este decalată cu in urma fluxului si este orientata dupa axa transversala q (fig.1.11) unde sunt reprezentate toate aceste elemente. Considerăm cunoscută poziționarea sistemului de axe (d,q), respectiv unghiul intern sau unghiul de sarcină . In cadranul III se reprezintă cunretul , care se descompune dupa cele doua axe:

Conform ecuației de tensiuni (1.9) la fazorul se adăugă căderea de tensiune pe rezistenta R, adică fazorul R paralel cu curentul . In continuare se adaugă fazorii , acești fazori reprezintă căderile de tensiune pe reactanțele respective. Poligonul format de acești fazori se închide prin tensiunea electromotoare , tensiunea electromotoare este indusă în înfășurarea statorica de câmpul rezultat. În (fig.1.10) s-au reprezentat și fluxurile magnetice:

În figură (1.12) s-au reprezentat curenții(solenațiile) acestor fluxuri magnetice:

Cum <1 rezulta că unghiul dintre fluxul de magnetizare și fluxul magnetic inductor este mai mic decat unghiul dintre curentul de excitație echivalent și curentul de magnetizare , adica triunghiul fluxurilor magnetice () nu mai este asemenea cu triunghiul curenților (,,).

Se consideră unghiul intern , care este unghiul dintre tensiunea electromotoare și tensiunea electromotoare și în același timp este unghiul dintre fluxurile magnetice si , adică unghiul poate fi interpretat că unghiul spațial dintre axa câmpului magnetic inductor și axa câmpului magnetic rezultat.

Unghiul dintre fazorii si este foarte apropiat ca valoarea de unghiul intern , adică . Diagrama fazoriala a ecuației de tensiuni se poate construi simplu cu impedanțele sincrone si =R+j (fig.1.13) sau folosind ecuația simplificată în care R (fig.1.14).

Dacă sarcina alternatorului este rezistiv-capacitivă (traductor de nivel al combustibilului) atunci curentul se afla în cadranul IV (fig.1.15)

Pentru regimul de motor curentul este defazat față de tensiune cu un unghi ,adică curentul se află in cadranul I, fie in cadranul II (fig.1.16).

Se constată că în regim de motor unghiul intern schimba semnul și cuplul electromagnetic și devine cuplu activ care va produce mișcarea.

În cazul în care nu se cunoaște poziționarea sistemului de axe (d,q) și aceasta este ipoteza realistă, se are în vedere o construcție ajutătoare justificată prin modificarea ecuației de tensiuni,în care dacă eliminăm curentul =- obținem:

Pentru determinarea axei q este necesar ca tensiunea la borne ,curentul din indus , rezistenta R și reactanța sincroana transversală . Se construiește fazorul egal cu segmentul OA, se trasează curentul defazat în urma tensiunii cu unghiul , apoi se trasează fazoru R paralel cu și cu fazorul j egal cu segmentul BC. Punctul C se afla pe axa q și deci așa q trece prin punctele O și C, deoarece fazorul ste orientat în lungul axei q.

În prelungirea segmentului BC se construiește segmentul CF egal cu fazorul, din F se coboară perpendiculară FG și se va obține segmentul OG egal cu tensiunea electromotoare , iar segmentul CG este egal cu fazorul

Aceasta construcție este prezentată în (fig.1.17).

Pe baza diagramei fazoriale din figura se va determina unghiul intern , din punctul C se duce o perpendiculară CD pe direcția tensiunii . Poligonul tensiunilor se proiectează pe direcția tensiunii și pe o direcție perpendiculară se duce dreapta auxiliară BE paralelă cu și se vor obține relațiile cu care o să determinăm unghiul intern.

Cap.2.Metode pentru determinarea parametrilor alternatorului

Determinarea parametrilor alternatorului se face în urmă mai multor încercări experimentale dintre care cele mai importante sunt: încercarea de mers în gol, încercarea de mers în scurtcircuit, încercarea de mers în sarcina.

2.1.Incercarea de mers in gol

Se analizează alternatorul în regim de generator sincron trifazat antrenat de motorul termin MT care debitează energie electrică pe un consumator rezistiv de exemplu sistemul de încălzire (fig.2.1). În lipsa sistemelor de reglaj, tensiunea U și frecvența f pot suferi modificări importante din cauza impedanței de sarcină . Prin particularizarea impedantei se obțin regimurile de gol ( si de scurtcircuit ( Aceste regimuri limita sunt importante pentru identificarea modelului matematic al mașini și predeterminarea caracteristicilor de funcționare în sarcina.

Se măsoară la borne tensiunea de mers în gol și curentul de excitație și turația n se menține constantă. Tensiunea este numeric egală cu tensiunea electromotoare indusă în înfășurarea de faza statorica de câmpul magnetic inductor, . Se verifică simetria tensiunilor pe cele trei faze, precum și formă de unde a tensiunilor, aceste verificări fiind prevăzute în standarde.

Caracteristică de mers în gol este dată prin relația:

Această caracteristică se ridică n== și reprezintă caracteristică de magnetizare a mașinii, ), care este o caracteristică neliniară și cu histerzis.

Dacă sistemul magnetic al mașinii prezintă un magnetism remanent, atunci există și o tensiune electromotoare , chiar .

Crescând monoton curentul de excitație se obține ramura ascendenta a caracteristicii de mers în gol, iar la scăderea monotonă a curentului de excitație se obține ramura descendenta. Ramură descendența se plasează deasupra celei ascendente.

Datorită fenomenului de saturație, creșterea tensiunii electromotoare este mai lentă decât creșterea curentului de excitație , fluxul magnetic inductor nu mai este proporțional cu și crește relativ puțin la creșteri importante ale curentului

Se trasează caracteristică de mers în gol până la =(1,15…1,2) . Pentru calcule se consideră curba medie (fig.2.2).

Curentul de excitație necesar obținerii tensiunii nominale, la frecventa nominală, se numește curent de excitație nominal în gol, notat cu

Caracteristică de mers în gol(curba medie) se liniarizează (fig.2.3), adică se aproximează cu o dreaptă care trece prin origine (si punctul , de coordonate().

Factorul de saturatie al caracteristicii de magnetizare se calculeaza pe baza graficului din figura 2.

Ecuatia dreptei si factorul se pot exprima sub forma:

Ecuatia dreptei s-a scris si in unitati relative ( este o valoare oarecare si se formeaza triunghiuri asemenea. Prelungirea portiunii liniare a caracteristicii de mers in gol trece prin punctul L, aceasta dreapta purtand numele de dreapta intrefierului.

La mersul in gol , adica magnetizarea masinii se face exclusiv de curentul de excitatie .

La alternator, la mersul in gol, se obtine caracteristica de magnetizare din axa longitudinala, . Caracteristide magnetizare dupa cele doua axe(; =) se pot obtine exclusiv prin alimentarea indusului realizandu-se, experimental, conditiile unui camp magnetic invartitor orientat dupa axa longitudinala (fig.2.4) si respectiv transversala(fig.2.5).

Panta pentru caracteristica de magnetizare din axa d este , iar pentru caracteristica de magnetizare din axa q este (fig.2.6).

Reactantele saturate pentru cele doua axe sunt si ; unghiurile referitoare la pantele caracteristicilor la pantele caracteristicilor de magnetizare(,) si tensiunea electromotoare din cele doua axe induse si se pot exprima sub forma:

Daca la borne tensiunea este egala cu cea nominala, atunci in unitati realative u=1 si =.

2.2.Incercarea de mers in scurtcircuit

Corespunde scurtcircuitului la bornele alternatorului, adica impedanta Z=0 (fig.2.7 si fig.2.8). Valoarea efectiva a curentului din infasurarea statorica se noteaza cu .

Curentul de scurtcircuit trifazat este in urma cu fata de tensiunea electromotoare , reactia indusului este total demagnetizata, fapt pentru care rezulta si din ecuatia curentilor (fig.2.8):

Deoarece campul magnetic din intrefier se reduce drastic fata de situatia de la mersul in gol, la scurtcircuit alternatorul este nesaturat pe calea campului magnetic util si se poate admite ca este constanta.

La valori peste cele nominale alea curentului intervine la un moment dat saturatia pe caile campului magnetic de dispersie.

Caracteristica de scurtcircuit este data de relatia:

Caracteristica de scurtcircuit reprezinta o dreapta (fig.2.9):

Se poate exprima in unitati fizice sau in unitati realative, sub forma:

unde reprezinta curentul de excitatie care asigura curentul nominal ( prin indusul scurtcircuitat.

Caracteristica de scurtcircuit exprimata in unitati relative este reprezentata de prima bisectoare a cadranului I ().

Din relatia (2.6) rezulta , adica curentul de baza are o semnificatie fizica si anume este egal cu curentul de excitatie la scurtcircuit trifazat simetric nominal (). Din relatiile stabilite anterior vor rezulta:

Se constata ca reactanta sincrona longitudinala exprimata in unitati relative este egala cu raportul dintre curentul de excitatie nominal la scurtcircuit si curentul de excitatie nominal la mersul in gol . In (fig.2.10) se prezinta diagrama fazoriala la scurtcircuit.

Daca pentru un curent de excitatie dat se cunoaste tensiunea electromotoare si curentul de scurtcircuit, atunci se poate determina reactanta sincrona , respectiv reactanta sincrona longitudinala , datele considerandu-se pentru masina nesaturata.

Din probele de mers in gol si de mers in scurtcircuit se poate construi triunghiul de scurtcircuit. In (fig.2.11) s-au reprezentat caracteristica de mers in gol (partea liniara) si de scurtcircuit.

Pentru un curent de scurtcircuit este necesar o tensiune electromotoare indusa de campul magnetic invartitor inductor produs de curentul de excitatie La scurtcircuit, reactia indusului este longitudinala demagnetizata si curentul de excitatie trebuie marit pana la valoarea pentru a obtine curentul .

Curentul reprezinta masura reactiei longitudinale a indusului, corespunzatoare curentului . este curentul de excitatie necesar compensarii reactiei longitudinale a indusului.

Triunghiul ABC se numeste triunghi de scurtcircuit sau triunghiul Poitier si are laturile proportionale cu marimea curentului de scurtcircuit.

Raportul de scurtcircuit RSC este raportul dintre curentul de scurtcircuit la curentul de excitatie , corespunzator tensiunii nominale la mersul in gol si curentul nominal .

Acest raport RSC se poate exprima in mai multe variante:

Pentru masina nesaturata se obtine:

Tensiunea electromotoare si catetele triunghiului ABC sunt:

2.3.Incercarea de mers in sarcina

Caracteristicile de mers in sarcina se definesc prin relatia:

O importanta particulara prezinta caracteristica in sarcina inductiva (pentru cos=0). Caracteristica de mers in gol reprezinta un caz particular (I=0) de caracteristica in sarcina (fig.2.12).

Caracteristica in sarcina inductiva (cos=0) se plaseaza sub caracteristica de mers in gol , deoarece reactia indusului este longitudinal demagnetizata. Caracteristica in sarcina se poate obtine prin deplasarea triunghiului de scurtcircuit specific curentului I, astfel incat varful C sa ramana pe caracteristica de mers in gol.

Caracteristica in sarcina capacitiva ( pe o portiune importanta este deasupra caracteristicii de mers in gol, ca urmare a efectului magnetizat al reactiei indusului. Indiferent de valoarea unghiului , toate caracteristicile corespunzatoare aceluiasi curent I=ct. trec prin punctul comun A corespunzator scurtcircuitului. Daca sunt cunoscute caracteristica in sarcina inductiva si caracteristica la mersul in gol, determinate experimental, printr-o constructie grafica se determina reactanta Potier si raportul de echivalenta al curentilor.

Se alege un punct de functionare pe portiunea curbata a caracteristicii in sarcina inductiva (fig.2.12) si se traseaza segmentul paralel cu axa absciselor, apoi se traseaza segmentul paralel cu portiunea liniara a caracteristicii de mers in gol. Pentru de pe caracteristica de mers in gol este varful triunghiului de scurtcircuit, si . In acest mod se determina si . Reactanta este mai mare decat reactanta de scapari , de regula =(1,1…1,3).

Pentru si , reactanta longitudinala are valoarea saturata . In general starea de saturatie a masinii si a circuitului magnetic statoric, in special, este determinata de fluxul magnetic rezultat. Pentru determinarea reactantei se face constructia din fig.2.13.

Din G se duce segmentul GH=AB din triunghiul de scurtcircuit . Se obtine tensiunea electromotoare EH indusa de campul magnetic inductor, dreapta OE liniarizand caracteristica de mers in gol si rezulta:

unde este reactanta longitudinala saturata in unitati relative.

Caracteristicile externe ale generatorului sincron se definesc prin relatia:

Aceste caracteristici arata cum variaza tensiunea la borne U in functie de cunretul I debitat la consumator.

Pentru a stabili alura acestor caracteristici se va utiliza diagrama fazoriala a generatorului sincron cu poli incecati, insa rezultatele raman valabile si pentru generatorului sincrone cu poli aparenti.

In ipoteza se considera R0, diagrama fazoriala are forma triunghiului OMN (fig.2.14) in care latura OM este constanta (, iar unghiul α=

Locul geometric al punctului N este arcul de cerc capabil de unghiul α, cercul avand centru . Segmentul OM se vede sub unghiul α. Din aceasta constructie se constata ca la cresterea curentului I, creste segmentului MN( si se micsoreaza segmentul ON=U, rezultand alura caracteristicilor externe pentru sarcina rezistiv-inductiva.

In acest caz campul magnetic de reactie are componenta longitudinala demagnetizata si cum masina functioneaza saturat rezulta ca si componenta transversala produce o miscare a fluxului magnetic rezultat pe pol.

Campul magnetic de reactie demagnetizat are o pondere importanta la modificarea tensiunii la borne, in plus mai existand caderea de tensiune pe rezistenta R si pe reactanta de scapari .

Pentru un factor de putere unitar cos=1 (=0) triunghiul OMN devine dreptunghic iar in aceast caz variatia de tensiune este mai mica, deoarece fluxul magnetic transversal modifica putin fluxul magnetic rezultat.

La sarcina capacitiva segmentul OM se vede sub unghiul α==ct. (fig.2.15) si se constata ca tensiunea U creste odata cu cresterea curentului I pana la punctul cand U= Pe arcul de cerc funtionarea generatorului este instabila si devine stabila pe arcul Componenta longitudinala a campului magnetic de reactie este magnetizata si aceasta explica cresterea tensiunii la borne. Acestei cresteri i se opun caderile de tensiune pe rezistenta R si pe reactanta de scapari .

Daca sarcina capacitiva predomina, atunci are loc cresterea tensiunii la borne.

Pe baza acestor date se traseaza familia caracteristicilor externe (fig.2.16), toate caracteristicile trecand prin punctul nominal.

Diferitele caracteristici externe in functie de factorul de putere sunt valabile pentru diferiti curenti de excitatie, insa curentul de excitatie este constant pentru o caracteristica data. Acest fapt provine din conditia impusa ca la tensiune nominala alternatorul sa debiteze curent nominal pentru un factor de putere.

Se poate insa definii o familie de caracteristici externe ppentru unul si acelasi curent de excitatie, dar factorii de putere sa fie diferiti (fig.2.17). In acest caz, familia de caracteristici pleaca din punctul ( 0) si au aceiasi alura cu a curbelor prezentate in fig.2.16.

Din diagrama fazoriala va rezulta:

Din (2.10) pentru unghi dat, caracteristica externa reprezinta o elipsa cu axele inclinate. In general pentru se obtine forma canonica a elipsei. Pentru valori diferite ale unghiului se obtine familie de elipse care trec toate prin punctele fixe (si (0, si au acelasi centru O (fig.2.17).

Pentru =ct.( si ultima relatie din (2.10) reprezinta caracteristicile externe ale generatorului sincron. Pentru aceasta familie de elipse, tensiunea electromotoare , din fig.2.14 si fig.2.15, este constanta pentru orice unghi de sarcina .

Se defineste caderea de tensiune nominala prin relatia:

Valoarea marimii depinde de reactanta sincrona si poate avea valori mari ( Saturatia magnetica a caracteristicii de mers in gol are un rol important in diminuarea marimii Pentru determinarea analitica a marimii se calculeaza tensiunea electromotoare care asigura la borne si pentru defazajul nominal

Se va scrie o expresie generala corespunzatoare diagramei de tensiuni din fig.2.18 si se va calcula marimile pentru punctul nominal:

Caderea de tensiune nominala de calcul este valabila pentru caracteristica de magnetizare liniarizata iar caderea de tensiune nominala are in vedere caracteristica de magnetizare neliniara si este mai mica (fig.2.18).

Fazorul s-a rabatut pe directia fazorului si s-a obtinut pe ordonata valoarea , careia ii corespunde curentul pe caracteristica de magnetizare liniarizata.

2.4. Determinarea parametrilor electrici din schemele echivalente ale masinii sincrone

In studiile teoretice intervin parametrii schemelor echivalente din cele doua axe si ca urmare este necesara cunoasterea acestor parametri care pot fi determinati din datele din catalog sau pe cale experimentala. S-au elaborat multe metode de determinare atat a parametrilor electrici ai schemelor echivalente cat si a parametrilor electrici din regimul tranzitoriu.

A.Determinarea parametrilor electrici pe baza datelor de catalog.

Datele de catalog care intervin in determinarea parametrilor electrici sunt: , , , , , , , , , . Se considera ca schema echivalenta din axa longitudinala are reactanta . Relatiile dintre aceste date si parametrii schemei echivalente sunt:

, , , si sunt aceleasi constante in timp exprimate in unitati relative. Pe baza acestor relatii se calculeaza parametrii electrici ai schemelor echivalente din axele d si q:

Constanta de timp nu a fost utilizata, insa cu aceasta marime se poate face o verificare a valorilor calculate.

B.Determinarea experimentala a parametrilor electrici ai schemelor echivalente

Dintre metodele experimentale de determinare a parametrilor electrici din schemele echivalente se va mentiona metoda statica (v=0) care este simplu de realizat.

Pentru schema echivalenta considerata (fig.2.20) se determina rezistenta R, reactanta longitudinala nesaturata , reactanta transversala nesaturata . Aceste marimi se raporteaza la impedanta de baza si se obtin parametrii raportati: r, si .

Se alimenteaza bornele de acces cu o tensiune alternativa monofazata si se pozitioneaza rotorul astfel incat axa longitudinala sa coincida cu campul magnetic produs de infasurarea statorica (fig.2.21.a) si se fac masuratorile, apoi rotorul este pozitionat la electrice fata de pozitia anterioara (fig.2.21.b) si se fac determinarile pentru axa transversala.

Pentru axa longitudinala determinarile se fac atat cu circuitul de excitatie inchis,cat si cu circuitul de excitatie deschis. Din fig.2.21.a rezulta ca unghiul dintre axa magnetica a infasurarii AX si axa longitudinala d este =90, iar curentii si tensiunile pentru stator sunt:

Pentru =90 se calculeaza marimile electrice din axa d si respectiv axa q:

Din relatiile (2.20) rezulta ca prin masurarea marimilor U, I si P se determina parametrii schemei echivalente din axa d. In acest scop se pot face doua determinari experimentale.

Prima determinare experimentala se face cu infasurarea de excitatie deschisa (: se masoara tensiunea U, iar curentul I si puterea absorbita de circuitul P, cu care se determina impedanta complexa , se mai masoara si tensiunea la bornele infasurari de excitatie

A doua determinare experimentala se face cu infasurarea de excitatie scurtcircuitata (: se masoara U, I si P apoi se calculeaza impedanta complexa , se mai masoara si curentul infasurarii de excitatie . Se mai determina experimental rezistenta infasurarii de excitatie , iar din caracteristica de scurtcircuit trifazat se obtine curentul de baza al infasurarii de excitatie (fig.2.22) dupa care se determina impedanta de baza a infasurarii de excitatie ( este cunoscut, iar si sunt masurati, rezultand ).

Pe baza schemei echivalente (fig.2.20) se pot scrie relatiile:

Din relatiile (2.22) se obtin patru ecuatii scalare care permit determinarea a patru parametri din schema echivalenta. In functie de parametrii electrici determinati prin alte metode se stabilesc relatiile de calcul pentru parametrii necunoscuti. Cu marimile si se pot face verificari. Schema pentru determinarea experimentala a parametrilor are doua perechi de borne de acces si permite efectuarea si a altor masuratori.

Pentru axa transversala este posibila o singura incercare experimentala. Unghiul dintre axa magnetica a infasurarii AX si axa longitudinala este =0. Pe baza relatiilor (2.20), pentru se calculeaza marimile din axa d si axa q:

Prin masurarea marimilor U,I si P se determina impedanta complexa si pe baza schemei echivalente (fig.2.21) rezulta:

Daca se cunoaste si , atunci se poate determina . Deoarece incercarile se fac la tensiuni mai mici decat cea nominala rezulta ca circuitul magnetic este nesaturat si in relatiile stabilite se opereaza cu reactante nesaturate si . In schema construita pe baza datelor experimentale si utilizata pentru diferite calcule se introduc reactantele saturate si . Se considera ca influenta saturatiei asupra celorlalte reactante poate fi neglijata.

Cunoscandu-se parametrii electrici ai schemelor echivalente din cele doua axe, cu relatiile (2.17) se pot calcula reactantele si constantele de timp din regim tranzitoriu. Pozitia rotorului se stabileste prin masurarea marimilor din circuitul de excitatie: pentru , tensiunea indusa in infasurarea de excitatie este maxima.

Cap.3.Prezentarea standului propus

3.1.Descrierea standului

Pentru realizarea obiectivelor propuse in cadrul proiectului s-a proiectat urmatorul stand experimental in vederea extragerii parametrilor si validarii modelului propus. Schema bloc a standului dezvoltat este prezentata in figura 3.1.

Cu ajutorul standului realizat se pot realiza urmatoarele incercari:

Incercarea de mers in gol.

Incercarea de mers in scurtcircuit.

Incercarea de mers in sarcina.

3.2.Prezentarea elementelor componente

3.2.1.Alternatorul este un generator trifazat sincron care convertește energia mecanica primita la arbore in energie electrica la bornele infasurari statorice.Parametrii alternatorului folosit sunt: tensiunea de iesire 12V, curentul de iesire 36A. Alternatorul a fost prezentat in detaliu in cap.1 subcapitolul 1.1.

3.2.2.Masina asincrona este cel mai mult folosita in regim de motor simuleaza motorul termic din cadrul automobilului furnizand energia necesara antrenarii rotorului. A fost aleasa pentru ca are o constructie simpla, cu cost redus, siguranta mare in functionare, exploatare simpla si robust. Ca orice convertor electromecanic, masina asincrona are doua armaturi, stator si rotor, realizate din tole de otel electrotehnic, uzual de 0,5 mm grosime, izolate cu email si apoi stranse in pachet.

Statorul este partea imobila si reprezinta inductorul. El cuprinde carcasa, pachetul de tole (miezul) statoric cu infasurarile si scuturile (palierele laterale).

Rotorul este partea mobila si reprezinta indusul. El cuprinde pachetul de tole (miezul) rotoric cu infasurarile, arborele, inelele colectoare (daca rotorul est; bobinat) si ventilatorul (fig.3.2).

La periferia interioara a miezului statoric, respectiv la periferia exterioara a miezului rotoric, se practica crestaturi uniform distribuite, in care se plaseaza infasurari repartizate. Crestaturile statorice au diferite forme, cele mai uzuale fiind prezentate in figura 3.3. Crestaturile rotorice pentru colivii simple sunt prezentate in figura 3.4.

Infasurarea statorica trifazata este realizata din trei infasurari monofazate cu aceleasi date constructive (acelasi conductor, acelasi numar de bobine, cu acelasi numar de spire , cu acelasi factor de bobinaj ). Cele trei infasurari au axele magnetice succesive (la periferia interioara a statorului), decalate cu unghiul geometric (p este numarul de perechi de poli ai masinii) si se succed intr-un anumit sens. Fiecare ocupa acelasi numar de crestaturi, sunt conectate intre ele in stea sau in triunghi si sunt alimentate de la o sursa trifazata de tensiuni alternative, prin intermediul unei cutii de borne. La masinile de inductie se utilizeaza pe scara larga infasurari intregi, intr-un strat sau in doua straturi. Infasurarile statorice in doua straturi se executa, de cele mai multe ori, cu pas scurtat pentru diminuarea continutului de armonici.

Infasurarea rotorica se realizeaza in mai multe variante:

Rotorul bobinat este echipat cu o infasurare trifazata similara celei de pe stator, care de regula se conecteaza in stea. Capetele libere ale celor trei infasurari monofazate rotorice sunt conectate, respectiv, la cate un inel realizat din material conductor; cele trei inele sunt izolate unul fata de celalalt si fata de arborele de care sunt fixate. Pe fiecare inel aluneca o perie din grafit. Cele trei perii sunt conectate la o cutie de borne, care permite conectarea infasurarilor rotorului cu echipamente exterioare ce fac posibila modiftcarea parametrilor fazelor rotorului. Infasurarile rotorice se executa de regula in doua straturi, cu pas diametral.

Infasurarea rotorica poate lua forma unei colivii de veverita, constand dintr-un sistem de bare conductoare (cupru sau aluminiu) care umplu crestaturile rotorice. Aceste bare distribute uniform la periferia rotorului sunt scurtcircuitate la arnbele capete cu inele din acelasi material. In cele mai multe cazuri, crestaturile rotorice sunt ovale, deschise spre intrefier printr-un istm de 0,4…0,5 mm. Colivia din aluminiu, pentru masinile mici si mijlocii, se realizeaza prin turnare, barele si inele frontale de scurtcircuitare sunt turnate in acelasi timp, adesea cu realizarea spre exteriorul inelelor a unor aripioare pentra a ajuta la ventilatia masinii. Infasurarea in colivie, pentru masinile mari se executa din cupru, bronz sau alama.

La randul lor, coliviile se prezinta in mai multe variante:

colivii simple, descrise mai sus;

colivii cu bare adanci;

colivii multiple.

Lungimea a intrefierului uniform dintre stator si rotor este de mare importanta (arnbele armaturi fiind de forma cilindrica, intrefierul este uniform). Cu cat intrefierul este mai mic, cu atat cuplajul electromagnetic dintre infasurarile statorului si rotorului este mai eficient; motoarele cu puteri nominale pana la 10 kW au = 0,35…0,5 mm, iar cele in gama 10 – 100 kW au = 0,5…0,8 mm.

Pe placuta indicatoare sunt trecute datele nominale:

[kW] – puterea nominala reprezinta puterea maxima pe care o poate dezvolta motorul in serviciul tip nominal tara ca diferitele parti componente ale masinii sa depaseasca temperatura maxima admisibila. Este puterea utila (pentru motor este puterea mecanica la ax, iar pentru generator este puterea electrica debitata in retea);

[V sau kV] – tensiunea nominala este tensiunea de linie la bornele statorului si determina izolatia infasurarii;

[A sau kA] – curentul nominal este curentul statoric de linie la puterea nominal

[rot/min] – turatia nominala este turatia la puterea nominala;

[Hz] – frecventa tensiunii nominale de alimentare;

[-] – factoral de putere nominal este factoral de putere la sarcina nominala (este valoarea minima conform tolerantelor STAS).

La motoarele cu rotor bobinat apar in plus ca date nominele doua marimi aferente rotorului:

[V ] – tensiunea intre doua inele rotorice cand rotorul este fix , circuitul rotoric deschis §i motorul alimentat la tensiunea nominala;

[A] – curentul rotoric la un inel pentru sarcina nominala.

Placuta indicatoare mai contine: conexiunea infasurarii statorice, serviciul tip de functionare, clasa de izolatie, tipul de protectie, greutatea totala a masinii si anul de fabricatie.

In afara de marimile mentionate, in catalogul editat de fabricant se mai dau: randamentul nominal (randamentul minim garantat la sarcina nominala), cuplul maxim dezvoltat de motor, curentul de pomire si cuplul de pornire se dau in unitati relative iar si se dau numai pentru motorul cu rotorul in scurtcircuit.

Se pot stabili urmatoarele relatii:

unde: -puterea nominala consumata (absorbita) de motor; – pierderile totale la sarcina nominala; -alunecarea nominala; – frecventa nominala a curentilor rotorici; – cuplul nominal; – turatia de sincronism, reprezentand turatia din sirul turatiilor de sincronism care este imediat superioara turatiei nominale.

REGLAREA VITEZEI MOTOARELOR ASINCRONE TRIFAZATE

Motorul asincron este un motor cu caracteristica mecanica dura, adica, la cresterea sarcinii, turatia scade foarte putin, ca si la motorul de curent continuu cu excitatie derivatie. In multe domenii se cer motoare electrice cu posibilitati de modificare a turatiei in limite largi, cu mijloace care sa asigure o reglare a turatiei conform cerintelor si in acelasi timp sa fie economic. Sub aceste aspecte, motoarele asincrone sunt depasite ca performante de motoarele de curent continuu la care variatia curentului de excitatie constituie o metoda de reglare fina, cat si in limite largi, daca motorul a fost proiectat si construit in mod corespunzator si, in plus, are si costuri mici. De asemenea, in prezent, variatoarele statice de tensiune continua pentru alimentarea motoarelor de curent continuu in vederea reglarii turatiei sunt mai ieftine decat convertoarele de frecventa utilizate la reglarea turatiei motoarelor asincrone. Cu toate acestea, motorul asincron este utilizat in actionari reglabile datorita robustetii, a costului redus, a fiabilitatii mari si a costurilor de intretinere reduse.

Expresia turatiei unei masini de inductie este:

Din relatia (3.2) rezulta ca turatia motorului asincron se regleaza prin:

modificarea frecventei tensiunii de alimentare

modificarea numarului de poli 2p;

modificarea alunecarii s.

Reglarea turatiei prin modificarea frecventei tensiunii de alimentare

Pentru o alunecare constanta, turatia motorului asincron variaza liniar cu frecventa tensiunii de alimentare . Modificarea frecventei este posibila numai daca masina se alimenteaza de la instalatii speciale. Variatia frecventei in limite largi se poate obtine cu ajutorul convertoarelor statice (fig.3.5).

Tensiunea si frecventa nu pot fi variate independent una de alta. Intr-adevar, neglijand caderile de tensiune statorice, rezulta:

Fluxul magnetic determina starea de saturatie a miezului magnetic al masinii.

Daca s-ar scadea frecventa la o tensiune de alimentare constanta, atunci ar rezulta o crestere a fluxului magnetic si deci o saturatie puternica a miezului, ca urmare, cresc curentul de magnetizare si pierderile(pierderile in fier si pierderile Joule). Pentru a nu se ajunge la o saturatie excesiva a circuitului magnetic este necesara modificarea simultana a tensiunii si frecventa :

Relatia (1) de mai sus este aproximativa si nu este valabila la frecvente foarte mici, iar relatia (2) este riguroasa si valabila pentru orice frecventa. Relatia (3.5) se adopta la scaderea frecventei sub valoarea nominala. La cresterea frecventei peste valoarea nominala, tensiunea, respectiv tensiunea electromotoare se mareste mai putin decat proportional cu frecventa sau chiar se mentine constanta, pentru a nu depasi nivelul admis de pierderile in fier si pentru a nu solicita suplimentar izolatia, respectiv semiconductoarele din instalatia de alimentare (fig.3.6).

Din expresia cuplului maxim si a relatiei lui Kloss rezulta:

La frecvente mici, sub 10 Hz, apare o diferenta mare intre tensiunea si tensiunea electromotoare iar rezistenta nu mai poate fi neglijata in raport cu reactanta si relatiile (3.5) nu mai sunt valabile. Ca urmare, in instalatiile de reglaj trebuie avute in vedere aceste aspecte prin corectarea calculelor. Din expresia cuplului M (3.5) se constata ca, la alunecari mici, M este proportional cu alunecarea s, iar panta dreptei este proportionala cu frecventa .

Caracteristicile mecanice pentru = constant, au acelasi cuplu maxim la orice frecventa, aspect favorabil, deoarece se mentine capacitatea de suprasarcina indiferent de turatie (fig.3.7)

Pentru = constant, cuplul maxim scade sensibil la frecvente joase (rezistenta nu mai poate fi neglijata), ceea ce reduce gama de reglare a vitezei (fig.3.8).

Aceasta metoda necesita investitii mari in instalatiile de alimentare. In prezent datorita unei game largi de semiconductoare cu performante din ce in ce mai bune si un cost in continua scadere, se pot realiza pe o cale relativ simpla si la un cost acceptabil convertoare statice de frecventa de la care se alimenteaza motoarele asincrone. Aceasta metoda se impune si prin faptul ca are o siguranta in functionare superioara actionarilor cu motoare de curent continu.

3.2.3.Convertizorul de frecvență este un dispozitiv electronic care comandă și controlează viteza de rotație a unui motor de curent alternativ prin reglarea frecvenței și mărimii tensiunii de alimentare a motorului.

Caracteristici tehnice:

In figura (3.9) este prezentata schema de conexiune si modalitatea de conectare valabila pentru toate terminalele.

Instalarea invertorului

Functionarea si punearea in functiune:

1.Mod de control: Modul de control al invertoarelor E2000 este controlul V/F.

2.Compensarea cuplului: Compensarea liniara (F137=0), Compensarea trepta (F137=1), Compensarea multipunct definita de utilizator (F137=2) si Compensarea automata (f137=3).

3.Furnizarea comenzilor de control: Sunt trei moduri pe care un invertor poate primi comenzi precum cele de start, stop: a) tastatura panoului operator, b) control de la un terminal extern, c) control prin modbus.

4.Starile de operare ale invertorului: dupa ce convertizorul este alimentat, el poate avea patru stari de operare: oprit, programare, pornit si alarma.

Starea oprit-daca invertorul este alimentat sau daca invertorul este declarat pentru a se opri, invertorul este in starea oprit pana la primirea unei alte comenzi. In acest moment, indicatorul RUN de pe panou se stinge si afisajul arata starea de dinainte de oprirea alimentarii.

Starea programare-prin intermediul panoului operator invertorul poate fi comutat in starea in care sa fie schimbat valoarea unui parametru. Aceasta starea este de programare.

Starea pornit-invertorul in starea oprit sau alarma poate fi pornit daca ii este data comanda in acest sens. Indicatorul RUN de pe panou se aprinde in cazul unei functionari normale.

Starea alarma-este starea in care invertorul detecteaza o eraore si afiseaza un mesaj de alarma. Mesajele de alarma includ in principal: OC, Oe, OL1, OL2, OH, LU, PF1 si CB, acestea reprezentand „supra-curent”, „supra-tensiune”, „supra-sarcina invertor”, „supra-sarcina motor”, „supra-temperatura”, „sub-tensiune intrare”, „defazaj intrare” si respectiv „defectiune contactor”.

Reglarea frecventei din panoul operator si start/stop din terminalele de control se face conectand invertorul conform Fig.3.11.

Dupa conectarea invertorului se verifica conexiunile, se porneste ventilatia si se alimenteaza invertorul, dupa care apasam tasta „RUN” pentru a accesa meniul de programare. In meniul afisat setam parametrii motorului si parametrii functionali ai invertorului. La inchiderea contaclului OP3 invertorul va functiona inainte. In timpul functionarii, frecventa curenta a invertorului poate fi schimbata pasand tasetele sau . In timpul functionarii, deschideti contactul OP3 si inchideti contactul OP4, iar in acel moment directia de rotatie a motorului se va schimba.

Reglarea frecventei din terminale analogice si start/stop din terminale de control se face conectand invertorul conform Fig.3.12.

Dupa ce se verifica conexiunile, se porneste ventilatia si se alimenteaza invertorul, dupa care apasam tasta „RUN” pentru a accesa meniul de programare. In meniul afisat setam parametrii motorului si parametrii functionali ai invertorului. In apropierea terminalelor de control sunt prezentate doua comutatoare Fig.3.13, la invertoare mai mici de 15Kw. Ele sunt folosite pentru selectarea semnalului analogic, curent(0-20mA) sau tensiune (05V/010V) pentru terminalul AI2.

La invertoare mai marei de 15Kw se foloseste un set de 4 comutatoare SW1 pentru seterea AI1 si AI2.

3.3.Prezentarea incercarilor care se pot face pe stand

Rolul incercarii de mers in gol este de a ne permite sa determinam constanta masinii in regim de generator. Pentru aceasta conectam la bornele alternatorului un voltmetru care ne ajuta sa construim caracteristica -fig.3.15.

Cu ajutorul motnajului astfel realizat s-au efectuat mai multe incercari pentru gama de turatii 1000 rpm – 4000 rpm. Aceste incercari s-au facut atat la urcare cat si la coborare pentru un domniu al domeniului de excitatie 0-3.9A.

Reglarea turatiei s-a facut cu ajutorul cu ajutorul convertizorului de frecventa C care stabileste viteza masinii asincrone, aceasta fiind apoi aplificata cu raportul de antrenare 3:1.

Rolul incercarii de mers in scurtcircuit este de a determina diodele redresoare pentru a suporta curentul de scurtcircuit la turatia data. Pentru aceasta se conecteaza impreuna bornele infasurarii statorice-figura 3.16.

Incercarea de scurtcircuit s-a facut pornind de la turatia de antrenare de 2500 rpm si reducand-o pana la valoarea de 1200 rpm. Pentru toate aceste incercari curentul de excitatie s-a pastrat constant la valoarea de 1.15A.

Rolul incercarii de mers in sarcina este de a stabili parametrii de functionare a masinii in vederea alegerii strategiei optime de control. Pentru aceasta conectam la bornele infasurari statorice o sarcina variabila.

Incercarea de mers in sarcina s-a facut la doua turati diferite =1500 rpm, =2500 rpm, curentul de excitatie fiind ales in asa fel incat inainte de introducerea sarcinii la bornele alternatorului sa avem tensiunea de iesire de 20V.

Cap.4.Determinarea parametrilor alternatorului

Determinarea parametrilor alternatorului s-a facut pornind de la schema simplificata a acestuia. Astfel pe baza incercarilor efectuate pe stand s-au determinat constanta masinii in regim de generator, valoarea rezistentelor infasurarilor statorice si inductivitatile acestora.

4.1.Trasarea caracteristicii de mers in gol

Cu ajutorul standului realizat si prezentat in figura 3.15 s-au facut mai multe incercari de mers in gol, acestea fiind prezentate in tabelele 4.1-4.6.

Tabelul 4.1. =1000 rot/min

Incercarea de mers in gol s-a facut atat pentru urcare cat si pentru coborare pastrandu-se valoarea curentului de excitatie, dar in tabel s-a trecut doar valoarea medie. Carcteristica de mers in gol cu aceste valori este prezentata in figura 4.1.

Tabelul 4.2. 1500 rot/min

Tabelul 4.3. =2000 rot/min

Tabelul 4.4. =2500 rot/min

Tabelul 4.5. =3000 rot/min

Tabelul 4.6. =4000 rot/min

Pentru fiecare incercare am calculat constanta masinii care s-a prezentat in urmatorul tabel.

Tabelul 4.7. Valoarea constantei masinii

Valoarea constantei masinii pe care o vom folosi in cadrul simularii este valoarea medie a coloanei k din 4.7. si este K= 0.082645.

4.2.Trasarea caracteristicii de scurtcircuit

Cu ajutorul standului realizat si prezentat in figura 3.16 s-au facut mai multe incercari de mers in scurtcircuit, acestea fiind prezentate in tabelul 4.8.

Tabelul 4.8. Incercarea de scurtcircuit

Folosind ecuatia 1.9 obtinem expresia inductantei bobinei L:

Tinand cont de tabelul 4.8 si ecuatia 4.1 am obtinut valoarea inductivitati bobine L=25.5mH. Valoarea rezistentei R este de 0.7 si a fost masurata direct pentru temperatura de 70 a alternatorului.

4.3.Trasarea caracteristicii de mers in sarcina

Pentru validarea experimentala a modelului dezvoltat s-a realizat caracteristica de mers in sarcina din figura 3.17, datele obtinute fiind prezentate in tabelul 4.9 si 4.10.

Tabelul 4.9. =1500 rot/min

Tabelul 4.10. =2500 rot/min

Cap.5.Modelarea alternatorului.

5.1.Prezentare Matlab

5.2.Modelarea unei singure faze

Pornind de schema echivalenta a alternatorului prezentata in figura 1.6 s-a realizat urmatorul model in Matlab:

Modelarea fazei s-a facut pentru mersul in gol cu turatia de 1000 rpm, curentul de excitatie 0.2A. Pe baza acestor valori s-a folosit constanta masinii ca fiind K=0.082645 de unde rezulta valoarea sursei de tensiune electromotoare =20.8V.

Sursa de tensiune electromotore din cadrul modelului foloseste pe langa tensiune de mers in gol determinate anterior si frecventa de 104Hz corespunzatoarea turatiei de sincronism si faza initiala 0.

Infasurarea statorica a fost modelata folosind rezistenta R=0.7 si L=25.5mH determinate anterior. Modelul a fost completat cu o rezistenta de sarcina de valoarea foarte mare(10M) pentru a putea efectua masuratorile necesare. Rezultatele obtinute sunt prezentate in figura urmatoare si sunt in concordanta cu valorile experimentale determinate.

5.3.Modelarea modelului pentru toate cele 3 faze

Extinzand modelul unei singure faza pentru toate cele 3 faze ale alternatorului s-a obtinut modelul complet prezentat in figura :

Modelarea celor trei faze s-a facut pentru mersul in gol cu turatia de 1500 rpm, curentul de excitatie 0.4A. Pe baza acestor valori s-a folosit constanta masinii ca fiind K=0.082645 de unde rezulta valoarea sursei de tensiune electromotoare =49.8V.

Sursele de tensiune electromotore din cadrul modelului folosesc pe langa tensiune de mers in gol determinate anterior si frecventa de 156Hz corespunzatoarea turatiei de sincronism si fazele initiale de 0, 120, 240.

Infasurarile statorice au fost modelate folosind rezistenta R=0.7 si L=25.5mH determinate anterior. Modelul a fost completat cu o rezistenta de sarcina de valoarea foarte mare(10M) pentru a putea efectua masuratorile necesare si cu o punte redresoare cu 6 diode pentru a creste eficienta sistemului. Rezultatele obtinute sunt prezentate in figura urmatoare si sunt in concordanta cu valorile experimentale determinate.

Se poate observa ca in primele 0.01 secunde exista o portiune de regim tranzitoriu datorita modului de comutatie al surselor, dar aceasta este amortizata rapid si sistemul trece in regim normal de functionare.

5.4.Validarea modelului pentru mersul in sarcina

Validarea modelului determinat anterior s-a facut pentru regimul de mers in sarcina. Rezistenta de sarcina folosita are valoarea de 20 si ea corespunde situatiei practice in care la bornele alternatorului s-au conectat 2 lampi de 24V si 75W. Schema complete este prezentata in figura :

Modelarea pentru mersul in sarcina s-a facut pentru turatia de 1500 rpm, curentul de excitatie 2.84A. Pe baza acestor valori s-a folosit constanta masinii ca fiind K=0.082645 de unde rezulta valoarea sursei de tensiune electromotoare =352.18V.

Modelul dezvoltat anterior a fost completat cu o rezistenta de sarcina de 20 corespunzatoare celor 2 lampi.Rezultatele obtinute sunt prezentate in figura urmatoare si sunt in concordanta cu valorile experimentale determinate.

Concluzii:

Bibliografie