Maşină electrică asincronă multifuncţională

Inventinov^®. . . o creaţie pentru supraomul liber şi civilizat

Intrare • Inventinov • Cercetare & SF • Inovaţii & Invenţii • Independenţa financiară
Inventatori externi • Contact & Fotografii • Link-uri • Hartă site

Inventatori externi

Înapoi la cuprins Inventatori externi

1.3. Maşină electrică asincronă multifuncţională (soluţie tehnică pentru acţionări electrice)

Soluţia tehnică pentru acţionări electrice se referă la o maşină electrică asincronă multifuncţională, capabilă să execute diverse mişcări, de la rotaţie şi translaţie, la mişcări compuse de tipul celor elicoidale, care este utilizată cu precădere ca motor electric în domeniul acţionărilor electrice, dar şi ca frână electromagnetică sau chiar ca generator electric.
În prezent este cunoscut motorul electric asincron cu câmp magnetic învârtitor care, deşi are o construcţie mai simplă decât cel sincron şi permite reglarea turaţiei, nu poate executa decât mişcări de rotaţie, fapt ce limitează gama de utilizări a acestuia.
În brevetul FR2606225 este prezentată o maşină electrică cu dublu întrefier, alcătuită în principal din stator, rotor şi un ecran cilindric intermediar, pe care sunt dispuse în diverse variante constructive înfăşurările polifazate pentru câmpuri magnetice de tip învârtitor (deşi are o putere masică îmbunătăţită, partea mobilă nu asigură decât mişcări de rotaţie).
Pentru a executa mişcări de translaţie, în tehnica actuală a acţionărilor electrice sunt utilizate maşini asincrone liniare, care la puteri egale au randamentul şi factorul de putere mai mici decât parametrii corespunzători ai maşinilor rotative.
Soluţia tehnică propusă elimină aceste dezavantaje, maşina electrică asincronă multifuncţională fiind prevăzută cu un rotor intermediar de tip cilindru gol cu ambele feţe în scurtcircuit, dispus coaxial între statorul exterior pe care se află înfăşurarea polifazată pentru câmpul magnetic rotitor şi statorul interior pe care se află înfăşurarea polifazată ce asigură un câmp magnetic progresiv de translaţie longitudinală pe direcţia succesiunii fazelor.
Se dă în continuare un exemplu de realizare a soluţiei tehnice, în legătură cu figura 2, care reprezintă o secţiune printr-o maşină electrică asincronă multifuncţională.
Maşina electrică asincronă prototip se compune în principal, dintr-un stator exterior 2, un stator interior 4 şi un rotor intermediar 1, dispuse coaxial.
Statorul exterior 2 şi rotorul 1 sunt de tip cilindru gol, iar statorul interior 4 este de forma unui cilindru plin.
Câmpul magnetic învârtitor este generat de înfăşurarea electrică trifazată 3, dispusă în crestăturile practicate pe faţa interioară a statorului 2, iar câmpul magnetic progresiv de translaţie longitudinală este produs de înfăşurarea trifazată 5, dispusă în crestăturile de pe suprafaţa laterală a statorului 4.
Rotorul intermediar 1 are ambele feţe în scurtcircuit, de tip colivie de veveriţă pentru faţa exterioară, respectiv un ansamblu de inele conductoare paralele şi echidistante pentru faţa interioară.
Înfăşurările trifazate 3 şi 5 (cu rol de circuite electrice) sunt realizate din sârmă de cupru izolată cu lac, iar suporturile feromagnetice 2 şi 4, care constituie circuitele magnetice, precum şi rotorul intermediar 1 sunt realizate din tole de oţel electrotehnic laminate la rece şi izolate cu lac, pentru a micşora pierderile prin efect histerezis şi curenţi turbionari.

Din punctul de vedere structural şi funcţional, maşina asincronă multifuncţională este o combinaţie dintre o maşină electrică asincronă rotativă (subansamblul 1 şi 2) şi o nouă variantă constructivă de maşină asincronă cu acţiune liniară (subansamblul 1 şi 4) cuplate între ele prin intermediul părţii mobile comune.
În regim de motor, maşina asincronă multifuncţională preia puterea electrică de la reţeaua de alimentare, pe care o transformă în putere mecanică prin intermediul forţelor de interacţiune dintre câmpurile magnetice produse de curenţii trifazaţi din înfăşurările statorice şi curenţii induşi în conductoarele rotorului.
Mai departe se prezintă doar structura şi modul de funcţionare pentru subansamblul format din rotorul 1 şi statorul 4, deoarece maşinile electrice asincrone rotative sunt binecunoscute la nivelul tehnicii actuale, din lucrările de specialitate pentru acţionări electrice.
Înfăşurarea trifazată 5 este formată din bobine circulare, dispuse paralel şi echidistant pe statorul 4, în crestăturile practicate pe suprafaţa laterală a acestuia.
Bobinajele pentru fiecare fază a tensiunii de alimentare sunt formate din bobine legate în serie şi înfăşurate alternativ, când într-un sens când în altul.
Capetele de început ale înfăşurărilor de fază sunt legate separat la bornele exterioare A, B şi C, iar capetele de sfârşit sunt legate împreună la borna O de nul.
Alimentarea cu energie electrică de la reţeaua trifazată de curent alternativ se poate face în montaj stea sau în montaj triunghi.
Curenţii electrici din înfăşurarea trifazată 5 produc un câmp magnetic progresiv de translaţie pe direcţie longitudinală, a cărui inducţie magnetică în întrefier se poate aproxima prin relaţia:

B(x,t) ≈ B_msin(ωt - 2πx/d),

în care simbolurile utilizate au următoarele semnificaţii:
B_m = valoarea maximă sau amplitudinea inducţiei magnetice;
ω = pulsaţia curentului alternativ;
x = coordonata punctului curent pe o axă de referinţă longitudinală;
d = distanţa dintre două puncte succesive, pe direcţie longitudinală, în care vectorul inducţie magnetică oscilează în fază.
Inducţia magnetică este o mărime dublu periodică (în timp cu perioada T=2π/ω, în spaţiu cu perioada d) ce coincide (în cazul prezentat) cu distanţa pe care sunt dispuse şase bobine circulare consecutive, câte două bobine (cu sens opus de înfăşurare) pentru fiecare fază.
Punctele în care vectorul inducţie magnetică are faza constantă, verifică relaţia:

Φ = ωt - 2πx/d = constant.

Prin derivarea relaţiei precedente în raport cu timpul se obţine viteza de translaţie a câmpului magnetic:

v = dx/dt = ωd/2π = d/T.

Câmpul magnetic variabil produs de înfăşurarea trifazată 5 induce în inelele conductoare ale părţii mobile 1 tensiuni electromotoare alternative proporţionale cu viteza de variaţie a fluxului magnetic prin suprafeţele delimitate de inele.
Câmpurile magnetice inductor şi indus interacţionează între ele prin forţe electromagnetice a căror rezultantă are o componentă longitudinală nenulă, care asigură mişcarea de translaţie a părţii mobile 1 a maşinii asincrone multifuncţionale.
Mişcarea de rotaţie a părţii mobile 1 este asigurată de cuplul forţelor de interacţiune dintre câmpul magnetic rotitor produs de înfăşurarea trifazată 3 şi câmpul magnetic produs de curenţii induşi în conductoarele circuitului electric de tip colivie de veveriţă.
Sunt uşor de înţeles, pe baza legii inducţiei electromagnetice şi a principiului suprapunerii efectelor, acţiunile independente ale câmpurilor magnetice produse de înfăşurările trifazate 3 şi 5 asupra feţelor în scurtcircuit ale rotorului intermediar.
Câmpul magnetic învârtitor produs de înfăşurarea trifazată 3 are liniile de câmp dispuse normal pe suprafeţele mărginite de conductoarele coliviei de veveriţă din vecinătatea sa, în care induce curenţi electrici intenşi.
Forţele de interacţiune care dau naştere cuplului motor sunt perpendiculare pe axa de rotaţie, spre deosebire de câmpul magnetic de translaţie produs de înfăşurarea trifazată 5 (care induce curenţi electrici intenşi doar în inelele conductoare ale părţii mobile 1, suprafaţa acestora fiind preponderent străbătută de liniile de câmp, forţele de interacţiune având în acest caz o componentă paralelă cu axa de rotaţie, care asigură mişcarea de translaţie).
Altfel spus, câmpul magnetic rotitor şi câmpul magnetic de translaţie, având liniile de câmp perpendiculare, vor acţiona prin forţe perpendiculare asupra părţii mobile, care are conductoarele coliviei de veveriţă dispuse normal pe planele inelelor conductoare.
Prin compunerea mişcării de translaţie cu cea de rotaţie se obţine o mişcare rezultantă a părţii mobile 1 de tip elicoidal.
O alta variantă constructivă a maşinii electrice multifuncţionale se obţine prin schimbarea reciprocă a poziţiilor înfăşurărilor 3 şi 5, caz în care faţa laterală exterioară a părţii mobile 1 este prevăzută cu inele conductoare iar faţa interioară este prevăzută cu un circuit electric de tip colivie de veveriţă.
Chiar şi partea mobilă 1, cu ambele feţe în scurtcircuit, se poate înlocui cu un rotor având montate pe feţe magneţi permanenţi sau piese feromagnetice care asigură o reluctanţă variabilă, forma acestora fiind adaptată tipului înfăşurării polifazate cu care se învecinează.
Pentru evitarea suprasarcinilor electrice şi a şocurilor mecanice, pornirea motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit se poate face prin conectare directă la reţea, numai pentru puteri mici, iar la puteri mai mari de 10 kW, pornirea se face prin intermediul unor autotransformatoare, a unor comutatoare stea-triunghi sau a unor bobine legate în serie cu înfăşurările trifazate statorice.
Reglarea turaţiei şi a vitezei de deplasare longitudinală a părţii mobile 1 se poate face prin variaţia amplitudinii şi a frecvenţei tensiunilor aplicate la bornele înfăşurărilor 3 şi 5, cu ajutorul unor reostate, respectiv a unor convertizoare de frecvenţă.
Mişcarea alternativă a părţii mobile 4 se poate obţine cu ajutorul unor comutatoare electronice tripolare (pentru schimbarea ordinii succesiunii fazelor) sau chiar prin utilizarea unor statoare care prezintă sectoare simetrice cu inversiune în ordinea succesiunii fazelor.

Pentru producerea unor turaţii mari se poate utiliza o variantă modificată a motorului asincron, în care rotorul intermediar 1 este prevăzut pe ambele feţe cu circuite electrice de tip colivie de veveriţă, iar statorul 4 şi bobina 5 sunt înlocuite printr-un rotor interior pe care se află o înfăşurare trifazată pentru generarea celui de-al doilea câmp rotitor.
În acest caz, efectul global este cumulativ dacă cele două câmpuri rotitoare determină acelaşi sens de mişcare a rotorului interior.
Maşinile electrice asincrone multifuncţionale sunt reversibile, vitezele de rotaţie şi de translaţie (numite şi viteze de sincronism) ale câmpurilor magnetice rotitoare respectiv progresive, reprezintă valori limită pentru trecerea de la regimul de motor la regimul de generator şi reciproc.
În regim de motor, vitezele de rotaţie şi de translaţie ale părţii mobile 1 sunt mai mici decât vitezele corespunzătoare de sincronism, iar prin depăşirea acestor valori de prag se trece la regimul de generator electric.
Frânarea motoarelor asincrone se poate realiza, nu numai prin trecerea în regim de generator cu recuperare de energie când se induc curenţi care creează un cuplu rezistent, ci şi prin conectare inversă sau chiar prin injecţie de curent continuu.
Există diverse variante constructive pentru maşinile electrice asincrone care diferă prin numărul fazelor şi modul de dispunere al circuitelor electrice, precum şi prin dimensiunile şi natura materialelor din care sunt fabricate părţile componente.
Este uşor de imaginat un motor electric multifuncţional de tip pas cu pas.
Motoarele asincrone multifuncţionale sunt deosebit de utile în robotică şi în general în domeniul automatizării, ca elemente de execuţie în sistemele de reglare automată.
Prin asociere cu calculatoare de proces, se pot realiza sisteme automate care pot îndeplini funcţii complexe.

Fig. 2:

Sfârşit articol.

Autor articol: Tudor Vasile.
Locul creării şi data publicării articolului: undeva pe Terra - 21 decembrie 2007.
Contact (e-mail): tpmvasile@yahoo.com

Înapoi la cuprins Inventatori externi

Sus ↑

Întreg materialul din acest site este protejat prin marca Inventinov^® înregistrată la OSIM (Oficiul de Stat pentru Invenţii şi Mărci) Bucureşti, cu nr. M2007/002552 din 08 martie 2007, cât şi prin protecţie complementară, Copyright la Copyrightfrance.com (vezi certificatul de la sfârşitul paginilor).

Intrare • Inventinov • Cercetare & SF • Inovaţii & Invenţii • Independenţa financiară
Inventatori externi • Contact & Fotografii • Link-uri • Hartă site

Site lansat: 20 martie 2007 • Site actualizat: vezi pagina de intrare