CARACTERISTICI MECANICE Sl REGIMURI DE FUNCTIONARE ALE MOTOARELOR DE CURENT CONTINUU

ci mai încet, datorita prezentei înfasurarii de excitatie serie. La atingerea saturatiei circuitului magnetic,functia I(M) devine o functie liniara.

În figura 3- 21 sînt trasate orientativ caracteristicile mecanice reostatice obtinute pentru diferite rezistente echivalente circuitului serie al motoruluilui, R_Ak =R_a + R_sk, R_sk fiind rezistenta aditionala înseriata cu rotorul. Aceste caracteristici prezinta aceeasi ordo­na­ta la origine, viteza ungiulara Ω ₀ la functionarea în gol ideala.

3.5. MOTOARE ELECTRICE NECONVEN IONALE

3.5.1. Motorul asincron linear cu c mp progresiv

Principiul de functionare al motorului asincron linear este asemanator cu al motorului asincron rotativ cu rotorul în scurtcircuit, din a carui des­fasurare se poate imagina ca provine (fig. 3 - 22).

Fig. 3 - 22. Transformarea motorului asincron rotativ în motor linear.

Statorul motorului linear, numit si primar sau inductor, se alimenteaza de la o retea trifazata simetrica. Cîmpul magnetic rezultant produs de înfa­surarea trifazata a inductorului are amplitudine constanta si se deplaseaza de-a lungul masinii, în mod asemanator cu rotirea cîmpului învîrtitor de la motorul rotativ, în sensul de succesiune a fazelor. Viteza de deplasare; a aces­tui cîmp mobil, numit cîmp magnetic progresiv sau alunecator, depinde de numarul p de perechi de poli ai masinii si de frecventa f₁ a tensiunii de ali­mentare. Deoarece într-o perioada T a tensiunii cîmpul magnetic parcurge în Jntrefier o distanta egala cu dublul pasului polar τ, rezulta ca viteza de sincronism v₀ este

Regimurile de functionare ale motorului asincron linear sînt aceleasi ca si ale motorului rotativ: pentru sЄ(0, 1) - regim de motor; s>l frînare prin conectare inversa, armatura se deplaseaza în sens contrar deplasarii cîmpuliii magnetic; s<0 frînare recuperativa suprasincrona (armatura se deplaseaza în acelasi sens cu cîmpul magnetic mobil, dar cu o viteza mai mare ca a acestuia). Motorul linear poate trece si în regim de frînare dinamica, daca inductorul, dupa ce este deconectat de la retea, se alimenteaza în curent continuu.

Fenomenele fizice din motorul asincron linear fiind asemanatoare cu cele din masina asincrona conventionala, este firesc ca ecuatiile de functionare, schemele echivalente si diagramele fazoriale sa aiba forme analoge cu cele ale motorului asincron rotativ. Totusi, datorita unor deosebiri constructive, cum ar;fi dimensiunile limitate ale inductorului, apar unele efecte specifice motorului linear, care îngreuneaza calculul si proiectarea si înrautatesc per­formantele acestuia. Efectul longitudinal sau de capat consta în stabilirea curentilor în indus la intrarea placii în cîmpul magnetic al inductorului si stingerea lor la iesirea din cîmp. Efectul transversal sau de margine consta în faptul ca în indus, sub marginile inductorului curentii au componente longi­tudinale care nu contribuie la producerea fortei, ci deformeaza repartitia inductiei magnetice în întrefier în plan transversal. Ambele efecte sînt nega­tive, cauzînd pierderi suplimentare de energie. Pentru diminuarea efectului de capat se impune utilizarea unor înfasurari speciale, care creeaza însa di­ficultati; tehnologice si se impun restrictii asupra lungimii minime a mo­torului si numarului de poli primari, ca si asupra frecventei de lucru.

Caracteristica mecanica a motorului linear reprezinta dependenta forta-alunecare si este data de o relatie de forma

în care

Caracteristica mecanica se poate trasa si în sistemul de coordonate u = =f₁(F), v fiind viteza armaturii mobile, iar F forta care actioneaza asupra acesteia. De asemenea, poate prezenta interes dependenta v=f₂(I), I fiind curentul din înfasurarea statorica. Daca, caracteristicile mecanice sînt calcu­late sau ridicate experimental în absenta fortei dinamice F_d=m dv/dt=0, adica în conditiile egalitatii între forta F si forta statica rezistenta F_ti carac­teristicile se numesc statice; daca F_d≠0, v(F) reprezinta caracteristica mecanica dinamica. Cînd motorul linear cu cîmp progresiv functioneaza în conditiile pentru care a fost proiectat, v(F) reprezinta caracteristica mecanica naturala; daca cel putin unul din parametrii electrici, magnetici sau mecanici (de exemplu masa armaturii mobile) are valori diferite fata de valorile lor nominale, caracteristica este artificiala, la fel ca la actionarile cu motoare rotative.

Marimea T avînd dimensiunile unui timp poate fi denumita constanta electro­mecanica de timp a actionarii. Determinarea functiei F(l) va fi posibila cunos-cînd legea de variatie a fortei statice rezistente F_s(s). Daca F_s(t) nu este cunoscuta analitic ci grafic, se pot întrebuinta diferite metode grafice sau grafo-analitice, analoge cu cele utilizate în actionarile cu motoare rotative.

Variante constructive. In afara de motorul linear plan, este posibila construirea unui motor linear cilindric, la care cîmpul magnetic este radial, iar curentii turbionari au trasee dupa cercuri concentrice în armatura cilin­drica aflata în interiorul in­ductorului (fig. 3 - 23). Motorul linear plan poate sa aiba doua inductoare bobi­nate asezate de o parte si de alta a armaturii (fig. 3 - 24). Existenta înfasurarilor de am­bele parti ale armaturii pre­zinta -avantajul ca se anuleaza forta electromagnetica unila­terala care tinde sa atraga armatura înspre inductor. La motoarele lineare cu inductoare duble, utilizarea materialelor active (cupru si fier) este mai buna decît la masinile rotative, ceea ce face ca puterea specifica sa fie aproape de doua ori mai mare. In unele cazuri al doilea stator poate fi fara înfasurari, servind doar la închiderea fluxului magnetic.

 

Daca partea indusa este un metal lichid dispus în­tr-un canal, cum ar fi mercu­rul sau j metalele topite Na, K, Al:, otel etc, atunci se obtine o pompa lineara plana de inductie, care con­stituie de fapt una dintre multiplele masini magneto-hidrodinamice de curent al­ternativ. O asemenea pompa are de obicei doua induc­toare, fiecare cu miezul 1 si o înfasurare trifazata 2 (fig. 3-25). Metalul lichid se gaseste în canalul plan, de Fig. 3 - 24. Motor linear cu inductor bilateral:

sectiune rectangulara 3; peretii acestuia pot fi metalici sau ceramici,

în functie de proprietatile metalului

si de temperatura sa, putînd exista si o izolatie termica, în metalul lichid conductor apar curenti alternativi, în­ dusi de catre cîmpul mag­ netic mobil inductor. Con­ secinta interactiunii dintre acesti curenti si cîmpul mobil este aparitia unor forte electromag­netice, care actioneaza asupra me­

talului topit. Apare astfel o presiune,

metalul lichid punîndu-se în miscare cu o anumita alunecare s, în sensul deplasarii cîmpului magnetic inductor mobil. Pompe de acest tip pot avea utilizari în centralele atomice nucleare, în turnatorii, generatoare magneto-hidrodinamice etc. Folosirea lor prezinta în general avantaje, cu tot randamentul lor global relativ scazut.

Utilizarea motoarelor lineare. Viteza de sincronism a motoarelor lineare, la o frecventa data, este direct proportionala cu lungimea pasului polar; cu cît un motor linear are pasul polar mai mic, cu atît viteza la care lucreaza este mai mica. La 50 Hz, viteze de 50 m/s =180 km/h se obtin la inductoare cu dublul pasului polar 2τ=lm. Pentni viteze de 10m/s=36km/h, pasul polar trebuie sa scada la τ =0,1 m, dar la aceasta constructie performantele motorului sînt foarte scazute, din'cauza^rcaf pasul polar este scurt fata de întrefier. Sub acest aspect trebuie'observat ca nu se poate construi un motor scurt si usor, care sa dezvolte forte mari la viteze mici. Scaderea performantelor la viteze mici este mai pronuntata la motoarele lineare cu inductor unilateral. Randamente mai bune, la viteze mici, pot fi obtinute prin alimentarea motorului cu tensiuni de frecvente reduse. La frecvente de 8 ... 12 Hz motorul linear poate avea randamente de 30 ... 40%. Frecvente de 0,5 ... 1 Hz se utilizeaza la motoarele lineare ale agitatoarelor electromagnetice de la cuptoarele electrice cu- arc de elaborare a otelurilor.

Actionare podurilor rulante cu motoare liniare permite eliminarea reductoarelor, simplifica întretinerea si asigura o durata de functionare mai lunga decît în cazul utilizarii motoarelor rotative. De fiecare parte a traversei mobile a podu­lui se afla un inductor capsulat. Indusul este constituit din par­tea inferioara a sinei de profil I, care constituie si calea de rulare, în acelasi mod pot fi actionate ascensoarele. Actionarea cu mobenzii sau a tobelor. în medii cu mare umiditate, cum sînt cele din subteran, alunecarea benzii pe tamburul de actionare creeaza adesea dificultati în exploatare. Statoarele sînt amplasate pe ramura de întoarcere a benzii, care trebuie sa fie conductoare si suficient de flexibila (fig. 3-27).

Fig. 3 - 27. Actionarea transportoarelor cu banda cu motoare lineare.;

Alte utilizari industriale ale motoarelor lineare se întîlnesc la actionarea unor masini cu miscare de du-te-vino (ciocane, perforatoare, prese de stantare), la care cu viteze sincrone de 30 m/s se pot obtine energii cinetice considerabile.

Tractiunea electrica si în special cea de mare viteza, este fara îndoiala domeniul care are cel mai mult de cîstigat prin înlocuirea motoarelor de trac­tiune conventionale cu motoare lineare. Tractiunea clasica, bazata pe aderenta dintre roata si sina, întîmpina mari greutati la viteze ce depasesc 300 km/h, din cauza scaderii aderentei cu cresterea vitezei (la 500 km/h coeficientul de aderenta este de numai 0,15, adica numai jumatate din valoarea de la viteza de 100 km/h) fapt ce impune cresterea masei locomotivelor, prin adaugare de balast, metoda desigur neeconomica si limitata de rezistenta sinelor la masa maxima de 20 t/osie. Pe de alta parte, motoarele de tractiune de curent continuu cu excitatie serie cu viteze de rotatie ridicate, impuse de tractiunea de foarte mare viteza, au o comutatie dificila. în tractiunea fara roti, cu sus-tentatie magnetica sau cu perne de aer, cu motoare lineare robuste, sigure în functionare, se dezvolta în prezent viteze de 300 km/h care, în viitorul apropiat se estimeaza ca vor creste la 400. .500 km/h. Principala dificultate tehnica o constituie alimentarea cu energie electrica a unitatilor motoare mobile. Aceasta poate fi rezolvata fie prin producerea energiei electrice pe vehicul, fie prin captarea energiei prin inductie electromagnetica, de la conducte paralele cu calea de deplasare a vehiculului. în figura 3 - 28 este aratata o sectiune transversala printr-un vehicul pe perne de aer (hovercraft) de 400 km/h, cu motor linear, alimentat prin inductie. Spira, amplasata de-a lungul caii 7 pe sectii separate, constituie primarul unui transformator al carui circuit magnetic deschis 5 si înfasurare secundara 6 se afla pe vehicul si înconjoara întregul sasiu. Indusul motorului linear este o placa de aluminiu, iar inductoarele sîrit amplasate de o parte si alta a acesteia.

Modificarea vitezei se poate face prin modificarea tensiunii si frecventei, prin alimentare cu impulsuri, sau prin modificarea numarului de poli. Carac­teristica F=f(v) mai poate fi influentata prin modificarea numai a tensiunii sau prin modificarea întrefierului (în timpul mersului). Motoarele lineare pot functiona cu alunecari mari, deoarece încarcarea termica ridicata a in-dusului nu pune probleme, în întrefier intra mereu alta portiune, rece, a ar­maturii.

în tractiunea electrica miniera, cu vagonete, motorul linear poate gasi o aplicatie foarte eficienta. Pe calea de rulare se afla amplasate inductoare simple (cu înfasurare de o singura parte) la distante egale cu lungimea con­voiului. Indusul este format dintr-o placa dubla de fier si aluminiu, fixata

solidar de vehicul, la partea inferioara a acestuia (fig. 3-29). Dupa ce convoiul a iesit de sub actiunea unui inductor, intra sub actiunea inductorului urmator. Inductoarele fixe au avantajul deosebit de importet ca nu necesita contacte mobile (captatori) pentru alimen­tarea cu energie electrica.