Procese tranzitorii in masinile electrice rotative clasice. Vol.I

Vol.I Introducere in studiul proceselor tranzitorii din masinile electrice rotative clasice. Procese tranzitorii in masina de curent continuu cu colector.

DESPRE CARTE

Primul volum al acestei monografii de uz universitar este consacrat studiului analitic al proceselor tranzitorii electromagnetice si electromecanice, de interes practic ingineresc, din masina electrica de curent continuu cu colector (comutator electromecanic) – efectuat prin modelarea matematica a comportarii dinamice a subsistemelor electric, magnetic si mecanic din structura acestei masini si coroborat prin exemple numerice rezolvate. Lucrarea se adreseaza cu prioritate studentilor din ciclurile universitare de licenta si de masterat in inginerie electrica si energetica, posesori de cunostinte temeinice de mecanica solidului rigid, bazele electrotehnicii, teoria masinilor electrice in regimuri permanente de functionare, electronica de putere, teoria sistemelor si reglaj automat. Lucrarea poate fi utila si inginerilor din domeniul proiectarii, constructiei si exploatarii sistemelor industriale destinate producerii si conversiei electromecanice a energiei electrice.

„Nimic nu este permanent, cu exceptia schimbarii”.
(Heraclit din Efes – filosof grec presocratic, secolul V i.Hr.)

„It is more important for electrical engineering students to understand the principles of electromechanical energy conversion that govern electric machine behaviour during transient processes, especially in industrial systems, than singly in the steady state”.
(A.J. Ellison and E.R. Laithwaite – „The teaching of electric machines”)

PREFATA

Progresele realizate in ultimele decenii in domeniul electronicii de putere si reglajului automat au modificat considerabil conditiile de operare si utilizare ale convertoarelor electromecanice de energie si de semnal in sistemele industriale de actionare electrica si de producere a energiei electrice. Ca urmare, in functionarea actuala a convertoarelor electromecanice intervin in mod organic regimuri variabile in timp cu durata redusa (tranzitorii).

Lucrarea de fata, avand vocatia unei monografii de uz universitar, este consacrata studiului analitic unitar, coerent si comprehensiv al proceselor tranzitorii electromagnetice si electromecanice, de interes practic ingineresc, din masinile electrice rotative clasice – reprezentate de masina de curent continuu cu colector (comutator electromecanic) si masinile de curent alternativ trifazat, de inductie (asincrona) si sincrona.

Structura de continut si forma de prezentare ale lucrarii reflecta experienta autorului in activitatile didactice si de cercetare stiintifica desfasurate cu studentii si doctoranzii Facultatii de Inginerie Electrica din cadrul Universitatii Tehnice din Cluj-Napoca, precum si discutiile metodice asupra cursului secund de ’Masini electrice’ din curriculum-ul universitar de inginerie electrica, purtate de autor – intr-un forum exigent al schimbului academic de idei – cu colegi de la departamentele de profil ale Universitatii Politehnica Timisoara, Universitatii din Craiova, Helsinki University of Technology (actualmente Aalto University), Finlanda, Technische Universitat Darmstadt, Germania, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Elvetia, Ecole Centrale de Lille, Franta.

Volumul intai al lucrarii este dedicat studiului analitic al proceselor tranzitorii electromagnetice si electromecanice din masina de curent continuu cu colector – efectuat prin modelarea matematica a comportarii dinamice a subsistemelor electric, magnetic si mecanic din structura acestei masini si coroborat prin exemple numerice concludente.

Prin scop si motivatie, lucrarea se adreseaza cu prioritate studentilor din ciclurile universitare de licenta si de masterat in inginerie electrica si energetica, posesori de cunostinte temeinice de mecanica solidului rigid, bazele electrotehnicii, teoria masinilor electrice in regimuri permanente de functionare, electronica de putere, teoria sistemelor si reglaj automat. Lucrarea poate fi utila si inginerilor din domeniul proiectarii, constructiei si exploatarii sistemelor industriale destinate producerii si conversiei energiei electrice.

Mircea M. RADULESCU
Cluj-Napoca
ianuarie 2022

CUPRINS

1. Introducere in studiul proceselor tranzitorii din masinile electrice rotative clasice 1
1.1. Particularitati constructive si functionale ale masinilor electrice rotative clasice 2
1.2. Modelarea masinilor electrice rotative clasice pentru analiza comportarii lor in timpul proceselor tranzitorii 7
1.2.1. Modelul subsistemului magnetic 7
1.2.2. Modelul subsistemului mecanic 19
1.2.3. Modelul subsistemului electric 21
1.3. Concluzii 27
Anexa A1.1. Construirea si conexarea modelelor subsistemelor electric, magnetic si mecanic, in cazul unei masini electrice rotative elementare 29
Anexa A1.2. Transformarea Laplace si proprietatile sale 35
Bibliografie selectiva 42

2. Procese tranzitorii in masina de curent continuu cu colector 43
2.1. Modelarea masinii de curent continuu cu colector pentru analiza comportarii sale in timpul proceselor tranzitorii 47
2.2. Procese tranzitorii electromagnetice in generatorul autonom de curent continuu cu colector functionand in regim electromecanic permanent constant 63
2.2.1. Procese tranzitorii electromagnetice provocate de variatia brusca a tensiunii continue la bornele circuitului electric al infasurarii statorice de excitatie a generatorului de curent continuu cu colector si cu excitatie separata (independenta) 66
2.2.2. Procesul tranzitoriu electromagnetic provocat de conectarea brusca a circuitului de sarcina electrica la bornele circuitului electric al infasurarii induse rotorice a generatorului de curent continuu cu colector si cu excitatie separata 90
2.2.3. Procesul tranzitoriu electromagnetic provocat de modificarea brusca a parametrilor circuitului electric de sarcina al generatorului de curent continuu cu colector si cu excitatie separata 98
2.2.4. Procesul tranzitoriu electromagnetic provocat de scurtcircuitul brusc la bornele circuitului electric al infasurarii induse rotorice a generatorului de curent continuu cu colector si cu excitatie separata, respectiv, in derivatie 106
2.3. Procese tranzitorii electromecanice in motorul de curent continuu cu colector si cu flux magnetic de excitatie constant in timp 127
2.3.1. Procesul tranzitoriu electromecanic datorat pornirii in sarcina (mecanica) a motorului de curent continuu cu colector si cu flux magnetic de excitatie constant in timp, la aplicarea brusca a unei trepte de tensiune continua la bornele circuitului electric al infasurarii induse rotorice 130
2.3.2. Procesul tranzitoriu electromecanic provocat de variatia brusca (in treapta) a tensiunii electrice la bornele circuitului electric al infasurarii induse rotorice a motorului de curent continuu cu colector si cu flux magnetic de excitatie constant in timp – aflat, initial, intr-un regim electromagnetic si electromecanic permanent constant de functionare 175
2.3.3. Procesul tranzitoriu electromecanic provocat de variatia brusca (in treapta) a valorii scalare a momentului cuplului de forte rezistente al sarcinii mecanice a motorului de curent continuu cu colector si cu flux magnetic de excitatie constant in timp – aflat, initial, intr-un regim electromagnetic si electromecanic permanent constant de functionare 223
2.3.4. Procesul tranzitoriu electromecanic datorat franarii electrice reostatice a motorului de curent continuu cu colector, cu excitatie separata si cu flux magnetic inductor constant in timp – aflat, initial, intr-un regim electromagnetic si electromecanic permanent constant de functionare 268
2.4. Procese tranzitorii electromecanice in motorul de curent continuu cu colector si cu flux magnetic de excitatie variabil in timp 313
2.4.1. Procesul tranzitoriu electromecanic provocat de variatia brusca (in treapta) a tensiunii electrice la bornele circuitului electric al infasurarii statorice de excitatie a motorului de curent continuu cu colector si cu excitatie separata – aflat, initial, intr-un regim electromagnetic
si electromecanic permanent constant de functionare 315
2.4.2. Procesul tranzitoriu electromecanic provocat de variatia brusca (in treapta) a valorii scalare a momentului cuplului de forte rezistente al sarcinii mecanice a motorului de curent continuu cu colector si cu excitatie in serie – aflat, initial, intr-un regim electromagnetic si electromecanic permanent constant de functionare 370
2.5. Procesul tranzitoriu electromecanic provocat de variatia incrementala a valorii medii a impulsurilor dreptunghiulare (modulate in durata) de tensiune continua la bornele circuitului electric al infasurarii induse rotorice a motorului de curent continuu cu colector si cu excitatie separata, alimentat prin variator de tensiune continua 433
Anexa A2.1. Determinarea experimentala a parametrilor modelului dinamic liniar al motorului de curent continuu cu colector si cu excitatie separata pe baza probei de raspuns tranzitoriu la semnal treapta (Metoda Pasek modificata) 475
Bibliografie selectiva 481