Cap.I. Prezentarea motorului asincron cu rotor în scurtcircuit [309272]

CUPRINS

Introducere

Cap.I. Prezentarea motorului asincron cu rotor în scurtcircuit

Cap.II. Metodele de pornire ale motoarelor asincrone cu rotor în scurtcircuit

Cap.III. Proiectarea unui motor asincron cu rotor în scurtcircuit

Concluzii

Bibliografie

http://shiva.pub.ro/new/wp-content/uploads/2013/05/manual_actionari_electrice.pdf

http://www.emie.ugal.ro/doc/me/Capitolul%203.pdf

http://mec.upt.ro/dolga/SAII_9.pdf

https://www.google.ro/search?q=Studiul+Motorului+Asincron+Trifazat+cu+Rotorul+in+Scurtcircuit&client=firefox-b&dcr=0&ei=YQ6-Wpn7BcWYsAHBu57wCw&start=20&sa=N&biw=1474&bih=741

http://webbut.unitbv.ro/teze/rezumate/2010/rom/Martin_FilipMelania.pdf

INTRODUCERE

Descoperirea și studierea legilor și teoremelor electromagnetismului în urmă cu un secol și jumătate au deschis o nouă eră a civilizației. Mecanizarea proceselor de producție a constituit o etapă esențială în dezvoltarea tehnică a proceselor respective și a condus la uriașe creșteri ale productivității muncii. Datorită mecanizării s-a [anonimizat], [anonimizat] a materialelor prime și a semifabricatelor.

[anonimizat] a proceselor tehnologice de producție. [anonimizat]. [anonimizat] a unui operator uman este insuficientă pentru a transmite o comandă necesară în timp util. Se constată astfel că la un anumit stadiu de dezvoltare a proceselor de producție devine necesar ca o [anonimizat].

Lucrarea de față prezintă pornirea directă a motorului asincron și e structurată pe trei capitole astfel:

în primul capitol am făcut o scurtă prezentare a motorului asincron cu rotor în scurt circuit;

[anonimizat];

în ultimul capitol am efectuat proiectarea unui motor asincron cu rotor în scurt circuit.

Transformatoarele și mașinile electrice sunt unele dintre cele mai importante aplicații practice ale fenomenelor electromagnetice. [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat] a unei forme a [anonimizat] 50 Hz în curent cu frecvență ridicată ș.a. [anonimizat] (sub denumirea de mașini electrice regulatoare și amplificatoare electromecanice).

[anonimizat] lucrării de licență.

CAPITOLUL I. PREZENTAREA MOTORULUI ASINCRON CU ROTOR ÎN SCURTCIRCUIT

Motorul electric este o mașină electrică rotativă ce transformă energia electrică în energie mecanică. Energia electrică este primită de la rețeaua de alimentare, iar puterea (energia) mecanică este livrată la ax. Dacă mașina electrică realizează transformarea inversă, a energiei mecanice în energie electrică, atunci motorul se numește generator electric.

Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic.

Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge: motoare de curent continuu și motoare de curent alternativ. În funcție de numărul fazelor în care funcționează, motoarele electrice pot fi motoare monofazate și motoare polifazate.

Motoarele trifazate sunt foarte răspândite în industria maritimă, și pot fi asincrone și sincrone. Motoarele asincrone sunt cele mai utilizate și acestea pot fi cu rotorul în scurtcircuit (cu rotor în colivie) și cu rotorul bobinat (cu colector cu inele). Peste 95% din motoarele asincrone trifazate sunt cu rotorul în scurtcircuit.

Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două părți componente, stator și rotor. Statorul este partea fixă a motorului, în general exterioară, ce include: carcasa, cutia cu bornele de alimentare, armătura feromagnetică statorică (pachet de tole de formă cilindrică cu crestături la partea interioară; se execută din tablă silicioasă laminată la cald sau la rece, cu grosimea de 0,5 mm) și înfășurarea (bobinajul) statorică, într-un strat sau două straturi. Rotorul este partea mobilă a motorului, plasată de obicei în interior. Este format dintr-un ax (arbore) și o armătură rotorică ce susține înfășurarea rotorică.

După tipul motorului, rotorul poate fi:

rotor cu inele, care este format din arborele de oțel, pe care este împachetat pachetul de tole prevăzut cu crestături la exterior. Înfășurarea este realizată similar cu a statorului. Capetele înfășurării se scot printr-o gaură practicată axial în arbore, la capătul unde este montat subansamblul inele colectoare. Acesta are trei inele, executate din bronz, alamă sau oțel izolate între ele și montate pe un butuc izolat. La fiecare inel, se leagă unul din capetele înfășurării rotorului;

rotorul în scurtcircuit este format din: arbore, pachetul de tole prevăzut cu crestături și înfășurarea în scurtcircuit.

Între stator și rotor, există o porțiune de aer numită întrefier (de ordinul milimetrilor) ce permite mișcarea rotorului față de stator. Grosimea întrefierului este un indicator important al performanțelor motorului.

Alte elemente constructive:

subansamblul portperii (numai la mașinile cu inele) este prevăzut cu perii cărbune – grafit sau metal-grafit ce freacă pe inelele colectoare. Periile sunt legate la placa de borne a rotorului;

ventilatorul este montat pe arbore, la interior, cu rol de asigurare a circulației aerului, care este absorbit prin ferestrele de intrare și refulat apoi de ventilator din nou în exterior.

Fig.1.1 Secțiune printr-un motor asincron trifazat cu rotor în scurtcircuit (Siemens – Germania)

În figura 1.1 avem următoarele elemente:

cutia cu borne;

înfășurarea statorică;

ventilator;

rulment pentru fixarea axului rotorului;

axul rotoric;

scut statoric;

tălpi de fixare;

plăcuță metalică cu datele nominale ale motorului.

Fig.1.2 Motor asincron cu rotorul în scurtcircuit – vedere exterioară

Variante constructive de motoare asincrone cu rotorul în scurtcircuit:

motoare cu tălpi:

motoare cu flanșă:

Exemple de tipuri constructive de motoare:

IM B3 este un motor cu tălpi, destinat să funcționeze în poziție orizontală;

IM B5 este un motor cu flanșă, destinat să funcționeze în poziție orizontală;

IM V3 este un motor cu flanșă, destinat să funcționeze în poziție verticală, cu axul în sus.

Tabelul 1.1 Dimensiuni de gabarit pentru motorul asincron trifazat construcție cu tălpi

Fig.1.3 Motor asincron trifazat cu rotorul în scurtcircuit, construcție cu tălpi

Tabelul 1.2 Dimensiuni de gabarit pentru motorul asincron trifazat, construcție cu flanșă

Fig.1.4 Motor asincron trifazat cu rotorul în scurtcircuit, construcție cu flanșă

Există o serie de caracteristici specifice mașinilor electrice care condiționează tehnologia lor de fabricație:

o gamă largă de parametrii tehnici: puteri, viteze de rotație, tensiuni, gabarite, greutăți;

un număr mare de elemente componente, care necesită procedee tehnologice diferite;

un grad înalt de precizie al prelucrărilor în fabricație.

Astfel, tehnologia fabricației mașinilor electrice cuprinde:

operații specifice electrotehnice, cum sunt: prelucrarea și tratarea materialelor electroizolante, bobinarea, impregnarea, încercările electrice, etc;

operații mecanice caracteristice tehnologiei construcției de mașini, cum sunt: prelucrarea metalelor, ștanțarea tolelor, prelucrarea mecanică a contactelor, montare și control, etc;

operațiile tehnologice cu caracter chimic, referitoare în special la utilizarea maselor plastice, la acoperirile metalice și nemetalice, etc.

în figura 1.5 este prezentat un flux tehnologic de fabricație pentru un motor asincron cu rotorul în scurtcircuit.

Fig.1.5 Fluxul tehnologic de fabricație al unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit

Asamblarea generală a unei mașini electrice rotative constă în așezarea rotorului pe lagăre în interiorul statorului, asamblarea componentelor lagăr, a sistemului de perii și portperii a bornelor pentru conectarea la rețea. În funcție de modul de introducere a rotorului în stator, se deosebesc două sisteme de asamblare, asamblarea orizontală și asamblarea verticală.

Principiul de funcționare al motorului asincron trifazat în scurtcircuit

Motorul de inducție trifazat este cel mai folosit motor electric în acționările electrice. Prin intermediul inducției electromagnetice, câmpul magnetic învârtitor va induce în înfășurarea rotorică o tensiune. Această tensiune creează un curent electric prin înfășurare și asupra acestei înfășurări acționează o forță electromagnetică ce pune rotorul în mișcare în sensul câmpului magnetic învârtitor. Motorul se numește asincron pentru că turația rotorului este întotdeauna mai mică decât turația câmpului magnetic învârtitor, denumită și turație de sincronism. Dacă turația rotorului ar fi egală cu turația de sincronism, atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inducție electromagnetică, nu s-ar mai induce curenți în rotor și motorul nu ar mai dezvolta cuplu.

Turația motorului se calculează în funcție de alunecarea rotorului față de turația de sincronism, care este cunoscută, fiind determinată de sistemul trifazat de curenți.

Alunecarea (s) este egală cu: , unde:

este turația de sincronism și

f este frecvența tensiunii de alimentare;

p este numărul de perechi de poli ai înfășurări statorice;

este turația motorului.

Deoarece frecvența are valoarea f = 50 Hz, rezultă că turația de sincronism depinde numai de numărul de perechi de poli și poate avea următoarele valori:

p = 1 (2 poli) avem: ;

p = 2 (4 poli) avem: ;

p = 3 (6 poli) avem: .

Turația mașinii, în funcție de turația câmpului magnetic învârtitor și de alunecare este: Se observă că, alunecarea este aproape nulă la mers în gol (când turația motorului este aproape egală cu turația câmpului magnetic învârtitor, deci turația nominală a motorului este foarte apropiată de cea de sincronism) și este egală cu 1 la pornire sau când rotorul este blocat.

Pentru a prezenta principiul de funcționare al motorului asincron vom utiliza o secțiune transversală, în care sunt puse în evidență principalele părți componente ale mașinii asincrone. Pentru simplificarea se consideră că atât statorul cât și rotorul sunt prevăzute cu înfășurări trifazate. De asemenea, precizăm că la regimul normal de funcționare al motorului asincron, chiar dacă rotorul este bobinat, înfășurarea acestuia este pusă în scurtcircuit. Dacă se alimentează înfășurarea statorică de la o rețea trifazată simetrică, aceasta va fi parcursă de un sistem trifazat de curenți de pulsație 1 și va produce un câmp magnetic învârtitor ce se rotește în întrefier cu viteza unghiulară Ώ1, numită viteză de sincronism.

Liniile câmpului învârtitor întretaie conductoarele înfășurării retorice și induc tensiuni electromotoare care dau naștere unui sistem simetric trifazat de curenți, înfășurarea rotorică fiind închisă în scurtcircuit. Prin interacțiunea dintre curenții din înfășurarea rotorică și câmpul magnetic învârtitor, se dezvoltă un cuplu electromagnetic ce acționează asupra rotorului care începe să se rotească în sensul câmpului învârtitor, iar viteza unghiulară Ώ a acestuia se stabilește la o valoare inferioară (dar apropiată) față de viteza de sincronism.

Câmpul magnetic învârtitor va avea față de rotor viteza relativă:

Se definește ca mărime caracteristică pentru mașina asincronă, alunecarea, prin raportul dintre viteza relativă și viteza de sincronism:

Câmpul magnetic învârtitor induce în înfășurările retorice un sistem trifazat simetric cu pulsația Înfășurările retorice fiind conectate în scurtcircuit sau închise pe un reostat vor fi parcurse de curenți ce au aceeași pulsație 2. În această situație, alunecarea se poate defini prin relația:

Astfel rezultă pentru frecvența curenților rotorici expresia:

Înfășurarea rotorică va da naștere unui câmp magnetic învârtitor ce se rotește față de rotor cu viteza Ώ2, iar fată de stator cu viteza Ώ1, rezultată prin sumarea vitezei electrice a câmpului învârtitor creat de rotor cu viteza mecanică a rotorului conform relației:

Încât în întrefierul mașinii asincrone va exista în permanență un câmp rezultant ce se rotește cu viteza sincronă Ώ1, obținut prin sumarea câmpurilor date de cele două înfășurări ale statorului și rotorului.

Dacă se consideră fluxul corespunzător câmpului magnetic rezultant, în cele două înfășurări se vor induce tensiuni electromotoare a căror valoare efectivă este:

Tensiunea electromotoare indusă în înfășurarea rotorică aflată în mișcare se mai numește și tensiune de alunecare, iar când rotorul este în repaus, tensiunea se numește transformatorică prin analogie cu transformatorul clasic:

Se definește un raport de transformare ca raportul dintre cele două tensiuni electromotoare când rotorul este în repaus:

Dacă se consideră că înfășurarea tip colivie are q2 bare, atunci în barele coliviei se induc tensiuni electromotoare a căror valori sunt egale, dar între tensiuni succesive există un unghi de defazaj egal cu 2πp/q2:

………………………………………………………..

În aceste relații, valoarea efectivă a tensiunii electromotoare indusă în fiecare bară este funcție de valoarea maximă a fluxului pe pol (1.11) care depinde la rândul ei de mărimile: li – lungimea ideală a mașinii, τ – pasul polar, Blm – amplitudinea maximă a inducției:

Iar pulsația rotorică 2 are expresia:

Deoarece sistemul de tensiuni electromotoare induse în bare este simetric polifazat, atunci consideră că numărul de faze din rotor este egal cu numărul de bare:

Iar curenții ce parcurg barele scurtcircuitate prin inele:

………………………………………………………..

Formează tot un sistem polifazat simetric. Cu s-a notat unghiul de defazaj dintre tensiunea electromotoare dintr-o bară și curentul ce parcurge bara respectivă. Pe un inel de scurtcircuitare se marchează nodurile 1,2,….q care împart inelul în segmente inelare. Pentru a stabili legătura dintre curenții prin bare și curenții pe segmentele inelare se aplică teorema I-a a lui Kirchhoff în nodurile coliviei. Pentru nodul 1 rezultă relația:

Din relația 1.15 se stabilește valoarea curentului pe segmentul inelar cuprins între nodurile 1 și 2:

Segmentele inelare se succed simetric încât sistemul de curenți prin segmentele inelare formează un sistem q2 – simetric și echilibrat.

Unda învârtitoare a densității liniare a solenației rotorice produsă de cele două sisteme de curenți se rotește cu viteza unghiulară Ώ2, în sensul succesiunii curenților din bare care corespunde cu sensul câmpului învârtitor statoric și are amplitudinea:

Dacă se consideră că rotorul ar fi bobinat cu o înfășurare care produce o undă învârtitoare, amplitudinea densității liniare se poate calcula cu ușurință din amplitudinea maximă a solenației trifazate:

De aceeași valoare cu cea produsă de înfășurarea în colivie, din egalitatea celor două relații rezultă:

Se trage concluzia că înfășurarea în colivie este echivalentă cu o înfășurare bobinată la care numărul de faze m2 este egal cu numărul de bare q2, curentul prin fiecare bară Ib este egal cu valoarea curentului pe fiecare circuit de fază iar numărul de spire pe fază (se consideră coeficientul total de bobinaj egal cu unitatea) este egal cu 0,5.

Alunecarea poate fi determinată prin metode experimentale (metode tahometrului, metoda stroboscopică, metoda ampermetrului) și prin măsurători directe cu aparatură electronică (tahometru calculator) care permite furnizarea datelor prin afișare în diverse moduri: viteză ciclică, frecvență, alunecare exprimată procentual.

Cu ajutorul tahometrului se măsoară viteza reală la arborele mașinii și pe baza relației de definiție se calculează alunecarea. Metoda este afectată de erori influențate de precizia aparatului și de modul concret de măsurare.

Metode stroboscopică se bazează pe inerția senzitivă a ochiului care nu poate recepta imagini mobile cu viteze ridicate, tehnică folosită și la filmul de desen animat. Pentru măsurarea alunecării se folosesc surse luminoase fără inerție a cărei iluminare urmărește perfect valoarea instantanee a tensiunii de alimentare a mașinii de curent alternativ. Lampa luminează un disc montat pe arborele mașinii și pe care s-au marcat un număr de sectoare albe și negre egal cu numărul de poli ai înfășurării statorice.

Mașina asincronă sau mașina de inducție, are o largă aplicabilitate în acționările electrice datorită avantajelor proprii în comparație cu alte mașini:

construcție simplă și robustă;

siguranță în funcționare;

preț de cost mai scăzut;

alimentare directă de la rețeaua de curent alternativ.

Mașinile asincrone au însă și dezavantaje:

dificultăți în reglarea economică a vitezei în limite largi;

înrăutățirea factorului de putere;

un gabarit sporit și greutate mai mare.

Defecte și defectări ale elementelor componente ale mașinilor electrice

Funcționarea anormală a mașinii electrice poate fi provocată de două categorii de factori: defecte interne ale mașinii electrice și defecte externe.

Cele mai frecvente defecte ale înfășurărilor mașinilor electrice sunt: scăderea rezistenței față de masă, întreruperea înfășurărilor și scurtcircuitul. Scăderea rezistenței de izolație se produce, de obicei, datorită umezirii înfășurărilor, ca urmare a transportului, a depozitării timp îndelungat în încăperi umede, neîncălzite, a pătrunderii apei sau vaporilor de apă în mașină, a nefuncționării timp îndelungat în anotimpul umed al anului. Întreruperea înfășurărilor se produce, de obicei, în punctele unde s-au executat lipituri pentru realizarea conexiunilor necesare. Scurtcircuitul între înfășurări și masă, dintre înfășurări sau între spirele aceleași înfășurări pot duce la întreruperea înfășurărilor și la deteriorarea parțială sau totală a acesteia.

Defecțiunile condiționate de procesul de uzare pot apărea datorită: soluțiilor constructive – alegerea necorespunzătoare a materialelor, a lubrifianților, a formei cuplei mecanice, a proceselor tehnologice, montajul, ajustarea și reglarea elementelor cuplelor de frecare, a condițiilor de exploatare – abateri de la regimul de lucru, calitatea mediului de funcționare, a calității întreținerii – nerespectarea duratei de schimb a lubrifianților.

Solicitările elementelor componente ale sistemului de transmisie a mișcării mecanice nu depășesc, în cele mai multe cazuri, starea elastică de deformație. Deși aceste deformații sunt mici, prezența lor implică funcționarea corectă a altor elemente componente ale sistemului. Defecțiunile cauzate de șocuri provin din acțiunea sarcinilor, corelată cu discontinuitatea de viteză.

Defectele lagărelor mașinilor electrice se manifestă prin supraîncălzirea lagărelor, mers zgomotos sau eliminarea lubrifiantului. Supraîncălzirea lagărelor cu rulmenți se produce de obicei în următoarele cazuri: unsoarea este de calitate necorespunzătoare, îmbâcsită cu praf sau cantitatea este prea mare. Mersul zgomotos la lagăre se produce în cazul când rulmentul este murdar sau are căile de rulare uzate sau deteriorate.

Fig.1.6 Sursele defecțiunilor interne ale mașinii electrice

În cazul mașinilor electrice rotative vibrațiile se datorează dezechilibrul părților rotative, unor cauze sau defecte mecanice sau unor cauze electromagnetice.

Dezechilibrul părților rotative apare la rebobinarea rotorului, la supra turație, prin deschiderea înfășurărilor, la slăbirea și deplasarea bobinajului la rotoarele bobinate. Defectele și sursele mecanice de vibrații sunt centrarea necorespunzătoare și deformarea arborelui datorită unor șocuri sau exploatări necorespunzătoare.

Cauzele de natură electrică care pot duce la vibrații sunt conexiunile greșite ale înfășurării statorului, scurtcircuite în rotorul bobinat, scurtcircuite între spirele înfășurării statorului. Zgomotele pot avea următoarele cauze: presarea slabă a miezului magnetic și legăturile greșite în înfășurări sau ajustările defectuoase ale căilor de ventilație la mașinile de turație ridicată.

O prezentare detaliată a surselor posibile de defecte în mașina asincronă cu structurarea defectelor pe componente sunt prezentate în figurile 1.6 și 1.7.

Fig.1.7 Sursele defecțiunilor externe ale mașinilor electrice

CAPITOLUL II. METODELE DE PORNIRE ALE MOTOARELOR ASINCRONE CU ROTOR ÎN SCURTCIRCUIT

Principalele metode de pornire ale motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit sunt:

pornirea prin cuplarea directă la rețea;

pornirea cu rezistențe în circuitul statoric;

pornirea cu reactanțe în circuitul statoric;

pornirea cu autotransformator;

pornirea stea – triunghi;

pornirea prin conectarea parțială a înfășurărilor statorice.

În figura 2.1 sunt date reprezentările unifilare ale circuitului de forță pentru cele șase metode de pornire diferite.

Fig.2.1 Reprezentarea unifilară a schemelor de pornire pentru motoarele asincrone trifazate cu rotor în scurt circuit

În afară de prima metodă, toate celelalte au la bază reducerea tensiunii de alimentare. Această reducere are drept scop micșorarea curentului de pornire și a cuplului de pornire. În unele situații reducerea cuplului de pornire este impusă de faptul că, aplicarea dintr-o dată a unui cuplu mare prin conectarea directă la rețea ar putea cauza deteriorarea lagărelor, cuplajelor sau a altor elemente ale ansamblului. De asemenea, poate fi deteriorat materialul care este prelucrat sau transportat prin intermediul mașinii de lucru acționate de motorul respectiv.

Pornirea directă de la rețea

Conectarea directă la rețea este metoda de pornire cea mai simplă. Ea se realizează prin cuplarea înfășurărilor statorului direct la rețea. Motorul pornește și atinge viteza nominală/ în acest caz intensitatea curentului în momentul pornirii este de 7-8 ori mai mare decât intensitatea nominală, în timp ce cuplul motor este de 0,5 – 1,5 ori mai mare decât cuplul nominal.

Deși această metodă are o serie de avantaje, cum ar fi simplitatea și costul redus, totuși utilizarea ei este limitată la următoarele cazuri:

motorul are putere mai mică iar rețeaua de alimentare este puternică, astfel încât curentul absorbit la pornire nu afectează alți consumatori alimentați la aceeași rețea;

sistemul de acționare din care face parte motorul are un reductor sau un alt tip de dispozitiv care este capabil să atenueze șocul mecanic produs de cuplul mare de pornire;

motorul trebuie să poată dezvolta un cuplu mare de pornire.

Metoda de pornire prin cuplare directă la rețea nu este recomandată în următoarele cazuri:

curentul absorbit din rețea ar putea duce la o cădere mare a tensiunii din rețea;

mașina de lucru antrenată de motor nu poate suporta variația mare a cuplului;

în momentul pornirii nu sunt asigurate siguranța și confortul celor care utilizează echipamentul din care face parte motorul.

Fig.2.2 Pornirea prin cuplare directă la rețea

În figura 2.2.a este dată schema de pornire manuală prin cuplare directă la rețea, iar în figura 2.2.b este prezentată schema de pornire folosind aceeași metodă dar utilizând contactoare.

Pornirea cu rezistențe în circuitul electric

Această metodă constă în legarea serie cu înfășurările statorului a unor rezistoare. Ca urmare, creșterea de tensiune pe aceste rezistoare va face ca tensiunea aplicată înfășurărilor motorului să fie mai mică decât în cazul cuplării directe la rețea. Odată cu reducerea curentului prin înfășurările motorului, rezultă și o micșorare a cuplului de pornire, ceea ce determină un timp de pornire mai lung. Pe măsură ce motorul accelerează, scade curentul prin rezistoarele de pornire și crește tensiunea aplicată înfășurărilor motorului. Se obține astfel o accelerație lină cu creșterea treptată a tensiunii aplicate motorului și a cuplului motor.

Pentru a realiza o pornire și mai lină se pot utiliza mai multe trepte de rezistoare care se scurtcircuitează treptat.

Această metodă este utilizată în următoarele cazuri:

rețeaua de alimentare este slabă și nu permite pornirea motorului prin cuplare directă la rețea;

pornirea prin cuplarea directă la rețea poate duce la căderi mari de tensiune sau când motorul este departe de rețeaua de alimentare.

Avantajele pornirii cu rezistențe în circuitul electric sunt: accelerația lină, construcție simplă, cost inițial redus, întreținere ieftină, reprezintă o metodă de pornire fără întreruperea circuitului, asigură un factor de putere mărit față de celelalte metode de pornire.

Dezavantajele pornirii cu rezistențe în circuitul electric sunt: consum de energie suplimentar care se disipă pe rezistoarele de pornire.

În figura 2.3 este prezentată o schemă de pornire a unui motor asincron trifazat cu rotor în scurtcircuit cu ajutorul unor rezistoare în circuitul statoric. Sunt utilizate două trepte de rezistoare R1 și R2 care sunt scurtcircuitate treptat.

Pentru pornirea motorului se apasă butonul S2 ceea ce conduce la alimentarea bobinei contactorului K1. Acesta își închide contactele principale normal deschide K1 prin care se alimentează motorul. Datorită căderii de tensiune pe rezistențele R1 și R2, motorul va fi alimentat cu tensiune redusă. Contactorul K1 este prevăzut și cu două contacte auxiliare temporizate prin care se alimentează bobinele contactoarelor K2 și K3 care realizează scurtcircuitarea rezistențelor de pornire. Conform schemei, rezistorul R1 va fi scurtcircuitat după două secunde de la punerea motorului sub tensiune. Oprirea motorului se realizează prin acționarea butonului de oprire S1.

Fig.2.3 Pornirea cu rezistoare în circuitul statoric

Pornirea cu bobine de reactanță în circuitul statoric

Pornirea cu bobine cu reactanță conectate în circuitul statorului este mai puțin utilizată și de fapt rea reprezintă etapa a II-a din perioada de pornire a metodei cu ajutorul autotransformatorului.

Pornirea cu autotransformator

Metoda de pornire cu autotransformator seamănă cu metodele de pornire cu rezistoare sau bobine în circuitul statoric în sensul realizării reducerii tensiunii de alimentare. Autotransformatoarele, în construcție specială, sunt prevăzute cu prize ce permit pornirea motorului la diverse tensiuni de alimentare: 50%, 65% sau 80% din tensiunea nominală a rețelei de alimentare.

Metoda pornirii cu autotransformatorul se utilizează:

la motoare asincrone cu rotorul în scurtcircuit care nu pot fi pornite prin metoda comutatorului stea – triunghi, adică la motoarele care funcționează normal în stea;

la motoarele asincrone cu rotorul în scurtcircuit de putere mare.

Avantajele acestui tip de pornire sunt: poate fi utilizată pentru porniri lungi și nu există pierderi de energie electrică.

Dezavantajele acestui tip de pornire sunt: înrăutățește factorul de putere și mărește costul instalației.

În figura de mai jos sunt date două variante de scheme pentru pornirea cu autotransformator:

prima variantă, cea mai utilizată, folosește câte un autotransformator pentru fiecare fază;

a doua variantă, mai rar utilizată, folosește numai două autotransformatoare.

Fig.2.4 Pornirea cu autotransformator

Pornirea stea triunghi

Metoda de pornirea stea – triunghi are în vedere reducerea tensiunii de alimentare în momentul pornirii. Aceasta se desfășoară în două etape:

motorul este conectat la rețeaua de alimentare, înfășurările statorice fiind legate în conexiunea stea; motorul pornește cu tensiunea redusă;

se desface conexiunea Y a înfășurărilor statorice și se realizează conexiunea triunghi. Motorul este alimentat la tensiunea de linie a rețelei.

Principalele aplicații în care se utilizează această metodă sunt: sistemele de răcire centrifugale. Unitățile de condiționare a aerului centralizate, ventilatoare, mașini – unelte și alte aplicații care nu necesită cuplu de pornire mare.

Deoarece lipsesc elementele care să limiteze curentul prin înfășurări, această metodă este utilizată pentru acționări ale sarcinilor cu inerție mare și cu timp de accelerare mare.

Avantajele acestui tip de pornire sunt: nu necesită investiții prea mari, comanda pornirii poate fi realizată și manual folosind un comutator pachet sau cu came în construcție specială.

Dezavantajele acestui tip de pornire sunt: numărul treptelor de pornire este limitat la două și metoda nu poate fi aplicată la motoare de putere mare.

Viteza motorului depinde de numărul de poli și de frecvența tensiunii de alimentare care sunt constante. De aceea motorul va funcționa aproximativ în aceeași viteză pentru ambele moduri de conexiune.

Majoritatea motoarelor nu permit pornirea prin conectare directă la rețea și necesită metode speciale de pornire care urmăresc reducerea șocului de curent concomitent cu obținerea unor parametrii energetici cât mai buni.

Una din metodele cele mai folosite de pornire a motoarelor asincrone cu rotor în scurtcircuit este pornirea stea-triunghi a cărei schemă electrică desfășurată este prezentată în figura de mai jos.

La pornirea stea-triunghi datorită alimentării inițiale a motorului cu tensiunea de fază, curentul de pornire (dar și momentul de pornire) sunt de trei ori mai mici decât în cazul conectării directe la rețea la tensiunea de linie. Rezultă că această metodă de pornire se poate aplica motoarelor cu porniri ușoare (cu sarcină redusă sau cu cuplaje). Motoarele asincrone cu rotor în scurtcircuit care folosesc pornirea stea-triunghi trebuie să aibă tensiunea nominală egală cu tensiunea de linie a rețelei și să aibă acces la ambele capete ale bobinelor statorice (șase borne statorice pe cutia de borne).

Fig.2.5 Schema electrică de comandă cu contactoare de c.a., protecție și pornire Y-D a unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit

Pentru pornire se acționează butonul S2 care alimentează bobina contactorului K2 dacă contactul normal închis de interblocare K3 (3-5) nu este deschis. Deci dacă conexiunea triunghi nu este realizată K2 prin contactele sale principale realizează conexiunea stea și apoi prin K2 (14-16) alimentează bobina contactorului principal K1 (0-1) care se auto menține prin K1 (14-16). O dată cu alimentarea K2 este alimentată și bobina releului de timp K4T (0-1) care își începe temporizarea. După trecerea timpului prestabilit contatorul K4T își deschide contactul normal închis cu temporizare la acționare K4T (3-5) deconectând contactorul K2 și readucând în poziția închisă contactul K2 (3-5). În acest moment se realizează conexiunea triunghi prin contactele principale ale contactului K3. Motorul rămâne alimentat în regim de durată în conexiune triunghi.

F1, F2, F3, F5 – siguranțe fuzibile, F4 – releu termobimatalic, K1, K2, K3 – contactoare electromagnetice, K4T – releu de timp cu temporizare la acționare, S1, S2 – butoane de acționare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit.

Pentru oprire se acționează butonul S1 care întrerupe alimentarea schemei de comandă și aduce la starea inițială instalația.

O schemă similară celei din figura 2.5 dar realizată cu contactoare de curent continuu este prezentată în figura 2.6.

Schema conține transformatorul de separare T1 cu rolul de a separa galvanic instalația de comandă de cea de forță. Puntea redresoare V alimentează schema de comandă cu tensiunea continuă necesară. Siguranțele F1 F9 asigură protecții la scurt circuit a instalației de forță și de comandă. Rezistențele R1, R2, R3 sunt rezistențe economizatoare cu rolul de a limita curentul prin bobinele de c.c. ale contactoarelor și de a limita în acest mod solicitarea lor termică.

Fig.2.6 Schema electrică desfășurată de comandă cu contactoare de c.c., protecție și pornire Y-D au unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit

F1, F2, F3, F5, F6, F7, F8, F9, – siguranțe fuzibile, F4 – releu termobimatalic, K1, K2, K3 – contactoare electromagnetice, K4T – releu de timp cu temporizare la acționare S1, S2 – butoane de acționare, M – motor asincron cu rotorul în scurtcircuit, H1, H2, H3, H4–lămpi de semnalizare, T–transformator de separare, V–punte redresoare, R1, R2, R3–rezistente economizatoare, C0–condensator de filtraj.

Lămpile de semnalizare H1 H4 semnalizează: H1 – prezența tensiunii în rețeaua de alimentare, H2 – prezența tensiunii de comandă, H3 – funcționarea în conexiune stea a motorului, H4 – funcționarea în conexiune triunghi a motorului.

CAPITOLUL III. PROIECTAREA UNUI MOTOR ASINCRON CU ROTOR ÎN SCURTCIRCUIT

Alegem din catalog un motor seria ASI:

puterea nominală [kW];

turația de sincronism 1 200 [rot/min];

tensiunea de alimentare 230 [V];

frecvența tensiunii de alimentare 40 [Hz];

conexiunea fazelor statorice triunghi;

tipul rotorului scurtcircuit;

număr de faze m = 3;

factorul de putere 0.88;

randamentul η = 90%;

cuplu de pornire = 6,5;

curent de pornire =9,8.

Mașina asincronă trifazată, normală, închisă cu rotor în scurtcircuit seria ASI

Mașina este destinată să funcționeze în regim continuu la putere nominală în condiții de lucru nominale, fără gaze sau vapori inflamabili sau explozivi:

temperatura mediului ambiant:

umiditate relativă:80%;

altitudine maximă: 1000 m.

Descriere:

Motoarele tip B5 se execută cu dimensiunile de montaj conform DIN 42677 – 65 pentru construcția cu flanșă.

Motorul este destinat funcționării în poziție orizontală și fără sarcini axiale.

Motorul corespunde tipului de protecție IP 44 conform STAS 625/63.

Alegerea dimensiunilor principale

Alegerea dimensiunilor principale ale mașinii se face pe baza efortului mediu aparent funcție de puterea aparentă.

Vom determina diametrul al statorului motorului cu ajutorul relației:

unde este raportul dintre lungimea ideală și pasul polar, puterea aparentă interioară, p numărul de perechi de poli, iar a și b sunt doi coeficienți.

Raportul: , se ia egal cu: pentru p >1, deci: 1,26

În acest caz numărul de perechi de poli p s-a determinat din relația:

Valorile coeficienților a și b, pentru motoarele trifazate, cu rotorul în scurtcircuit, sunt:

Puterea aparentă se calculează cu relația:

Unde factorul ține cont de faptul că tensiunea electromotoare este mai mică decât tensiunea la borne.

Deci: [VA], [mm]

Pasul polar se calculează cu relația:

[m]

Lungimea ideala rezultă din relația: , [mm]

Pentru stabilirea diametrului exterior al statorului se folosește tabelul 1, în care sunt trecute pentru diferite valori ale lui p cele mai mici probabile valori ale raportului .

Tabelul 3.1 Valorile lui p și ale raportului

, [mm]

După stabilirea diametrului exterior, acesta se normalizează conform STAS. Normalizarea diametrului exterior este impusă de posibilitatea ștanțării tolelor cu deșeuri cât mai mici având în vedere faptul că benzile de OL, din care se ștanțează tolele se livrează la dimensiuni bine stabilite.

Tabelul 3.2 Normalizarea diametrului exterior De

Efortul tangențial mediu aparent este:

[N/].

Alegerea solicitărilor magnetice și electrice

Efortul tangențial mediu aparent determină produsul dintre încărcarea liniară (pătura de curent) și amplitudinea fundamentalei inducției magnetice din întrefier și anume:

se alege din tabelul 3.3 pentru p = 2 și = .

Tabelul 3.3

Rezulta [Wb/]

Rezultă încărcarea liniară:

valoarea care caracterizează motoarele asincrone de putere mică.

Densitățile de curent admisibile sunt cuprinse între limítele:

pentru înfășurarea statorică: ;

pentru înfășurarea rotorică: ;

densitatea q de curent în inel se admite: .

Alegerea interfierului

Alegerea interfierului are un rol important în funcționarea mașinii, cu cât este mai mare, cu atât se micșorează curentul de mers în gol, iar factorul de putere crește. Micșorarea interfierului este însă limitata de considerente de ordin mecanic. Pentru p = 2 rezulta m.

Calculul crestăturii și înfășurării statorice

Pentru a obține un curent de mers în gol cât mai mic posibil, crestăturile se adoptă de tip semiînchise de forma trapezoidală cu dinți paraleli.

Pentru atenuarea cuplurilor asincrone parazite datorate armonicilor de ordin 5 și 7, se adoptă pentru stator o înfășurare în două straturi cu pas scurtat.

La motoarele asincrone numărul de crestături pe pol și fază, este întodeauna număr întreg. În practică se adoptă sau 4 pentru motoarele de turație medie (100 – 1500) rot/min. Valorile corespunzătoare scurtărilor pașilor și factorului de înfășurare pentru sunt și

Adoptând pe , se calculează numărul de crestături statorice cu relația:

unde reprezintă numărul de faze statorice.

Pasul crestăturii va fi: t1= t1= 0,0231 [m]

valoare ce verifică condiția 6 10-3 < t1< 40 10-3 [m] impusă de pasul polar.

Curentul statoric pe fază se va determina cu relatia:

I1n= I1n=33,30 [A]

unde U1f este tensiunea statorică pe fază.

Secțiunea unui conductor statoric elementar se obține împărțind curentul la densitatea de curent admisă:

qcu1= qcu1=1,64 10-6[m2]

unde:

j1=4,435 A/m2 densitatea de curent în înfășurarea statorică

ae=2 numărul de conductori în paralel.

Din tabelul diametrelor conductoarelor în funcție de secțiune, rezultă:

dcu1=2,86 mm.

Numărul de spire al fazei statorice rezultă. din relația:

W1= W1=230,34

Numărul de conductoare active pe crestătură:

nc1=nc1=29,04

care se rotunjește la numărul par cel mai apropiat, deci nc1=29.

Se recalculează W1, A si B:

W1 = nc1 p q1 = 464

A = = 27923, 961 [A/m2]

B== 0,84156 [Wb/m2]

Izolația conductorului se realizează din email (rășini), corespunzător clasei E de izolație, cu suprateraperatura admisibilă de 750C. Grosimea peliculei de izolație este de 0,05 mm de diametru. Adăugând la dcu1 izolația se obtine diametrul conductorului izolat:

dcuiz1 = 2,9 [mm]

lzolația crestăturii este realizată din samică impregnată cu epoxi cu grosimea de 0,17 mm și conductibilitatea termică =0,125 W/mOC.

Izolația la fundul crestăturii și între pana și conductoare este realizată din poliuretan cu grosimea de 0,2 mm și conductibilitatea termică =0,31W/m°C.

Până este trasă din fire din sticla impregnată cu epoxi cu grosimea de 2,5 mm și conductibilitatea termică =0,65 W/m0C.

Izolația capetelor frontale ale bobinelor, discontinuă, realizată din banda de sticlă impregnată cu lac clasa E, de grosime 0,15 mm, cu o conductibilitate termică =0,6 W/m0C.

Se calculează suprafața corespunzătoare tuturor pătratelor în care se înscriu conductoarele izolate dintr-o crestătură:

qcuiz1= ae nc1 d2cuiz1= 84,24 10-6 [m2]

Pentru a calcula suprafața netă a crestăturii se admite un factor de umplere Ku=(0,69 – 0,76), alegem Ku = 0,69. Vom avea:

qcr1 == 147,033 [m2]

Se stabilesc principalele dimensiuni ale crestăturii:

hj1+hs = = 0,1364 [m]

Inducția în jugul statoric:

Bj1=1,3T

Înălțimea jugului staroric se calculează cu relația:

hj1==0,02346 [m]

unde fluxul:

=0,04512 [Wb]

iar lungimea efectivă în fier: lFe=KFe lI=1,34 [m], KFe având valoarea 0,95 pentru tole izolate cu lac.

Cunoscând suma hj1+hs și înălțimea jugului statoric hj1 putem determina înalțimea crestăturii statorice:

Hs=0,022423 [m]

Se adoptă:

b1s=3,5 10-3 [m]

h1s=10-3 [m]

h2s=10-3 [m]

Din suprafața crestăturii putem calcula pe: b2s + b3s= = 13,57 10-3 [m]

Se calculează pașii pentru diametrele D1’ și D1” cu relațiile:

t1’ = = 11,291 10-3 [m]

t1” = = 11,326 10-3

Deoarece: b2s=t1’ –bd1 și b3s=t1”-bd1

rezultă lățimea dintelui: bd1= =3,24 10-3 [m]

Inducția în dinte este: Bd1==4,26 [Wb/m2]

iar lățimile sunt:

b2s=5,367 10-3 [m]

b3s=5,394 10-3[m]

Astfel crestătura a fost stabilită.

Calculul crestăturii și înfășurării rotorice

Pentru eliminarea cuplurilor parazite sincrone si asincrone și a atenuării zgomotului magnetic, la rotoarele în scurtcircuit trebuie să se acorde o atenție deosebită alegerii numărului de crestături.

Pentru a evita posibilitatea apariției cuplurilor sincrone la pornirea rotorului se adoptă în rotor numărul de crestături pe pol și pe faza q2:

q2 = q11=3

Numărul total de crestături rotorice este: Z2= 2 p m1 q1=36

Diametrul exterior al rotorului este: Dr= DI –2 = 0,18253 [m]

Pasul crestăturii rotorice este: t2= =0,019945 [mm]

Curentul din bara coliviei se calculează cu relația: Ib=Kr=250,604 [A]

Unde tensiunea U2f se calculează cu relația: U2f==0,9845 [V]

Factorul de înfășurare kw2 este aproximativ egal cu 1, după cum reiese din relația:

kw2=,5

Curentul din inelul de scurtcircuit se calculează cu relația: Ii==768,5 [A]

Densitatea curentului în barele rotorice: j2=2,989 10-6 A/m2

Secțiunea crestăturii este: qcr2==86,015 10-6 [m2]

Densitatea curentului în barele de scurtcircuit: j1=0,6022 j2=1,8 10-6 A/m2.

Secțiunea inelului de scurtcircuitare: qi==240,065 10-6 [m2]

Se calculează suma: hj2 + hr = =0,009548 [mm]

Unde Di=60[mm] conform STAS.

Inducția în jugul rotoric: Bj2=1,87 T

Putem calcula: hj2==0,00970 [m], deci hr=0,0228 [mm].

Adoptăm: b1r=3,08 10-3 [m]

Avem: b1r+b2r==9,3 10-3 [m]

Deci b2r=6,93 10-3 [m] și crestătura a fost determinată.

Se calculează pasul: t2” = =9,191 10-3 [m], și se obține lățimea minimă a dintelui rotoric: bd2min=t2” – b2r= 2,27 10-3[m]

Inducția maximă în dinte este: Bd2max==1,63 [Wb/m2]

Lățimea maximă a dintelui este: bd2max=t2 – b1r = 7,27 10-3[m]

Lățimea medie a dintelui este: bd2med= =9,211 10-3 [m]

Inducția minimă în dinte este: Bd2min==0,835 [Wb/m2]

Inducția medie în dinte este: Bd2med==0,977 [Wb/m2]

În final se poate calcula inducția mijlocie în dinte: Bd2==1,15 [Wb/m2]

Calculul parametrilor motorului

Rezistența fazei statorice se calculează cu formula: R1=

unde:

75=0,02176 10-6 [m] – rezistivitatea la 1000C

W1 – numărul de spire al fazei statorice

qcu1 – secțiunea unui conductor elementar

lc – lungimea conductorului (lungimea unei jumătăți de spiră)

Lungimea conductorului se calculează cu relația:

lc=li + lF

lF – lungimea capătului frontal al conductorului care se determină pe cale grafică:

lF=lABCDEF 2(a+lBC) + rmed

rmed = r1+=12,15 10-3 [m]

r1= 0,005 [m] – raza de curbură a capătului de bobină

a = 0,0015 [m]

d- pasul mediu

d=2 y = y 053,423 10-3 [m]

b – lățimea medie a bobinei:

bmed==5,73 10-3 [m]

tmed==10,47 10-3 [m]

în grafic: lBC=0,075 [m]

deci:

lf=0,0747 [m]

lc=0,1873[m]

Numeric rezistența fazei statorice va fi: R1= =0,23786 []

Rezistența rotorului se calculează cu formula: R2=rb + 2rI

Unde:

rb=AL=6,2113 10-5 []

2rI=AL=1,30067 10-5 []

unde:

Dim=Dr – ai=0,98077 [m] este diametrul mediu al inelului de scurtcircuitare rotoric

ai=+bi tg=0,25 [m] adoptând bi=0,0172 [m] =7,20.

Rezistența rotorului va fi: R2=rb +2ri= 7,212 10-5 []

Rezistența rotorică raportată la stator se calculează cu formula: R2=K12 R2= 0,1123 []

K12= =3535,422

Rezistența de scurtcircuitare este: RSC=R1+R2=0,5732 []

Permeanța crestăturii statorice se calculează cu c1==1,1227

Iar permeanța crestăturii rotorice se calculează cu: c2==1,737

Permeanțele părților frontale (capetele de bobină) sunt:

Pentru stator f1=0,335 (lf – 0,64 y)= 1,2366

Pentru rotor f2==0,2734

Permeanțele diferențiale sunt:

d1==0,997

d2==1,5

unde coeficienții lui Carter sunt:

Kc1==0,9889

Kc1==

Kc2==1,703

Kc=Kc1 Kc2=0,991866

Suma permeanțelor pentru stator este: 1=c1 + f1 + d1=3,7323, iar suma permeanțelor pentru rotor este: 2=c2 +f2 + d2=3,9584.

Reactanța de dispersie a fazei rotorice se calculează cu formula: X1=0,158 f W12 110-4=0,56486 []

Iar reactanța de dispersie a rotorului se calculează cu X2=7,9 f lI 2 10-6=0,126 10-4 []

Reactanța de dispersie a fazei rotorice raportată la stator este: X2’= K12 X2=0,74547 []

Reactanța de scurtcircuit va fi: XSC= X1 + X2’=1,6324 []

Iar impedanța de scurtcircuit: ZSC==1,6648 []

La motoarele asincrone curotorul în scurtcircuit este necesar să se țină seama de existența efectului pelicular la pornire, datorită căruia se mărește rezistența barei și se micșorează reactanța acestuia.

Calculul fenomenelor de refulare a curentului din crestături conduce la determinarea coeficientului de mărire a rezistenței Kr și de micșorare a permeanței crestăturii Ki. Pentru determinarea acestor coeficienți se calculează înălțimea redusă a crestăturii rotorice:

= 2 hr 10-3 =1,263

și

==0,437.

În funcție de aceste două mărimi și se adoptă coeficientul de mărire a rezistenței Kr=1,7 respectiv coeficientul de micșorare a permeanței crestăturii KI=,875.

Cu ajutorul acestor coeficienți se determină rezistența barei la pornire: rbp=Kr rb=10,52274 10-5 [], respectiv permeanța crestăturii la pornire: c2p=Ki c2=1,5325

În continuare se calculează rezistența rotorului la pornire: R2p=rbp + 2 rI=12,3642 10-5 []

Rezistența rotorică raportată la stator la pornire se calculează cu: R’2p= K12 R2p= 0,4112 []

Rezistența de scurtcircuitare la pornire se determină adunând rezistența fazei statorice cu rezistența rotorică la pornire raportată la stator: RSCp=R1 + R’2p= 0,783241 []

Permeanța rotorului la pornire se determină cu: 2p=c2p + f2 + d2=3,27481 reactanța de dispersie a rotorului la pornire se calculează cu: X2p=7,9 f li 2p 10-6 = 1,0414 10-4 []

Reactanța de dispersie a fazei rotorice la pornire raportată la stator se determină cu relația: X’2p=K12 X2p=0,732175 []

Reactanța de scurtcircuitare la pornire va fi: XSCp= X1 + X’2p= 1,4232 []

Iar impedanța de scurtcircuit la pornire: ZSCp==1,7321 []

Calculul curentului de mers în gol

Componența reactivă a curentului de mers în gol se calculează cu ajutorul formulei următoare:

Ior=

unde:

UH – tensiunea magnemotoare totală

W1 – numărul de spire al fazei statorice

m1 – numărul de faze

kw1 – factorul de înfășurare al fazei statorice

p – numărul de perechi de poli

Tensiunea magnetomotoare totală se determină cu ajutorul formulei următoare:

UH=U + Ud1 + Uj1 + Ud2 + Uj2

Unde:

U – tensiunea magnetomotoare în întrefier

Ud1 – tensiunea magnetomotoare în dinții statorici

Uj1 – tensiunea magnetomotoare în jugul statoric

Ud2 – tensiunea magnetomotoare din dintele rotoric

Uj2 – tensiunea magnetomotoare din jugul rotoric

Tensiunea magentomotoare în întrefier se determină cu relația:

U= Kc B=432,6275 V

Unde 0=4 10-7 [H/m]

Tensiunea magnetomotoare în dinții statorici se detemină cu relația: Ud1=2 hs a Wd1=47,92 V

Unde amperspirele specifice a Wd1 se alege în funcție de inducția din dinții statorului Bd1, așadar aWd1=570.

Tensiunea magnetomotoare în jugul statoric se determină cu relația:

Uj1=lj1 aWj11=107,799 V

Unde amperspirele specifice aWj1 se aleg în funcție de inducția din jugul statorului Bj1, așadar aWj1=1280, factorul 1 se alege ținând seama că inducția nu este constantă de-a lungul liniei lj1, deci 1=0,44 iar lungimea jugului lj1 se determină din relația:

Lj1=+hj1=0,0739 [m]

tensiunea magnetomotoare din dintele rotoric se determină cu relația:

Ud2=2hr aWd2’

Unde factorul aWd2 se calculează cu regula lui Simpson:

aWd2==4328,83

iar factorii aWd2min=515, aWd2med=1210, aWd2max=36200 se adoptă în funcție de inducția la baza dintelui Bd2max, inducția la vârful dintelui Bd2min, respectiv inducția la mijlocul dintelui Bd2med.

Tensiunea magnetomotoare din jugul rotoric se determină cu relația:

Uj2=lj2 aWj2 2=64,13

Unde ampersiprele specifice aWj2 se alege în funcție de inducția din jugul rotorului Bj2, așadar aWj2=877, factorul 2 se alege ținând seama că inducția nu este constantă de-a lungul liniei lj2, deci 2=0,49 iar lungimea jugului lj2 se determină din relația:

lj2=+hj2=0,0785521 [m]

numeric tensiunea magnetomotoare va fi:

UH=U + Ud1 + Uj1 + Ud2 + Uj2 =1138,5375

Iar componenta reactivă a curentului de mers în gol:

Ior==5,481 [A]

Componenta activă a curentului de mers în gol se determină din pierderile totale de mers în gol P0, cu relația:

Ioa=

În care P0=pm+v + pFe + pCu0

Pierderile mecanice și de variație pm+v se calculează cu relația:

Pm+v=(8,68 11,4) 150 [W]

Unde:

n1 – turația sincronă în rot/sec

Pn – puterea în W

Pierderile în fier pFe se determină cu relația: pFe=pFej1 + pFed1 + pfep

Pierderile în fier în jugul statoric: pFej1=kj pj1 Mj1=138,78 [W]

în care Mj1=[De2- (D1-2hs)2] lFe Fe=13,016 [Kg] reprezintă masa jugului statoric (Fe=7900 Kg/m3 este masa specifică a tolelor), kj=1,5 reprezintă un coeficient ce ține seama de prelucrarea mecanică iar pj1=4,9 [W] reprezintă pierderile specifice.

Pierderile în fier din dinții statorici: PFed=kd pd1 Md1=81,2168 [W]

În care Md1=Z1 hs bd1 lFe Fe=4,08 [Kg] reprezintă masa dinților, kd=2 reprezintă un coeficient ce ține seama de prelucrarea suplimentară a dinților iar pd1=6,23 [W] reprezintă pierderile specifice.

Pierderile prin pulsații în dinții statorici: pFep= kp(pFej1 + pFed1) =48,3 [W], unde kp=0,2.

Numeric pierderile în fier pFe va fi: pFe= pFej1 + pFed1 +pFep=297,59 [W], pierderile în bobinaj la mersul în gol se determină cu relația: pCu03 R1 I20r=87,6 [W]

În final se poate calcula numeric pierderile totale de mers în gol:

P0=pm+v + pFe + pCu0=483,196 [W]

Deci componenta activă a curentului de mers în gol va fi:

Ioa==0,723 [A]

Cunoscând cele două componente ale curentului de mers în gol, se poate determina curentul total de mers în gol cu relația:

I0==4,745 [A]

Curentul de mers în gol raportat la curentul nominal:

i0= 100= 40,71%

această valoare corespunde motoarelor de putere mică.

Factorul de putere la mers în gol:

cos0= =0,1753

valoare ce se încadrează în limitele cos0 =0,1 0,2.

Verificarea mărimilor impuse prin enunț

verificarea randamentului:

pierderile în bobinajul statoric: pCu1=3R1 I21n=458,056 [W]

pierderile în bobinajul rotoric: pCu2=3R2 I22=217,308 [W]

pierderile totale în motor: pt=pm+v + pFe1 + pCu1 + pCu2=1073,888 [W]

se poate determina valoarea nominală a randamentului în procente:

n= 100=98,57%

valoare care este mai mare decât cea impusă prin enunț.

Verificarea alunecării nominale:

Sn==0,22 – corespunde.

Verificarea factorului de putere: cosmax==0,183

unde: ISci==124,804 A

Deci este verificată condiția cosmax> cos.

Verificarea caracteristicilor le pornire:

Capacitatea motorului:

KMS==3,423

KMS>KMS impus

Raportul între cuplul de pornire și cel nominal: K1p==5,2309 <K1p impus

Unde: Ip==112,429

Raportul cuplului de pornire cu cel nominal: KMp==1,973>KMp impus

Mp==120,297

Mn==63,761

Calculul caracteristicii mecanice a motorului

Calculăm caracteristica mecanică cu ajutorul ecuației generale a caracteristicilor mecanice a motoarelor electrice navale: v=(1-2b)x, în care:

v=

=

b=1-(1-SN)x – coeficient ce depinde de alunecarea nominală

x – exponent ce depinde de tipul motorului ales. În cazul motoarelor sincrone cu pornire ameliorată x=1/2.

Deci:

b=0,043515

n1=1500 rot/min

Mn=63,662 Nm

Tabelul 3.4

De la cuplul critic până la cuplul de pornire, forma caracteristică este practic hiperbolică.

Deci:

Pentru Mp=130,237 și n=0

Construcția diagramei cercului și determinarea caracteristicilor de funcționare în funcție de putertea la arborele P2

Pentru motorul asincron cu rotorul în scurtcircuit se construiesc două cercuri, unul de pornire și altul de funcționare.

Date necesare pentru cercul de funcționare:

– curentul de mers în gol: cos0=0,095 0=84,550

– curentul de scurtcircuit: ISC==114,453 A

– factorul de putere la scurtcircuit: cosSC==0,395719 SC=66,90

Datele necesare pentru cercul de pornire:

curentul de mers în gol: I0=8,345

factorul de putere la mers în gol: cos0=0,095 0=84,55

curentul de pornire: Ip=109,429 A

factorul de putere la scurtcircuit la pornire: cosSCp==0,48534 SC =60,9650

Mai sunt necesare unghiul făcut de paralela la abscisă prin punctul P0 de funcționare la sincronism și dreapta pe care se află centrul cercurilor.

=arcsin=1,90

Determinarea punctului P00 pentru diagrama cercului, care prezintă importanța pentru aflarea dreptei P=0, M=0 se face în felul următor:

Din punctul P0 se duce o dreaptă care face cu diametrul P0D al cercului unghiul .

tg==0,22189

=12,51

unde:

Da – diametrul cercului de curent, [A] /

Această dreaptă taie cercul în P00.

Scara curentului: 1 mm = 1 A

Scara puterilor: 1 mm =U1A=65,18 AW

cosmax=0,8713

=0,8933

Sn=2,35

In=20A

Tabelul 4.5

Calculul ventilatiei masinii

Se va face numai calculul ventilatiei exterioare, corespunzatoare masinii inchise, cu grade de protecyie IP 44, avind carcasa cu nervuri.

Întocmirea schemei de ventilatie

Considerind un circuit de aer compus din mai multe conducte, putem determina caderile de presiune , in Pascali [Pa], pe o portiune ’’i’’ a circuitului respectiv, cu relatia:

in care: debitul de aer pe portiunea ’’i’’ a circuitului respectiv, ;

rezistenta aerodinámica a portiunii respective. Marimea rezistentei aerodinamice este data de relatia:

in care: sectiunea minima din portiunea respectiva a circuitului, ,

coeficientul rezistentei aerodinamice.

Prin analogie cu schemele electrice, in czul circuitelor de aer se pot folosi schemele aerodinamice, ce au ca element resistente aerodinamice.

Se observa ca schema de ventilatie este foarte simpla in cazul ventiltieiexterioare, tóate rezistentele fiind inseriate.

rezistenta la intrarea aerului in scutul exterior (aparator);

rezistenta la destinderea dupa intrare;

intrarea in ventilator cu muchii ascutitesi deviere la 135 grade;

largirea in ventilator;

trecerea spre carcasa prin deviere cu 135 grade si ingustarea intre nervurile carcasei;

frecarea de peretii nervurilor;

destinderea in atmosfera.

In interiorul masini exista o ventiltie locala (o miscare a aerului) cre preia caldur de la partile active ei o transporta prin convectie spre carcasa, scuturi, etc. Totodata, spre carcasa este treansportata caldura si prin conductia de la miezul magnetic al masinii.

Carcasa prevazuta cu nervuri constitue un schimbator de caldura aer – aer.

Printre nervurile carcasei (la exterior)se sufla un curent de aer care intensifica racirea masinii.

Calculul rezistentei aerodinamice

Rezistenta aerodinamica la intrarea in scutul exterior

Pentru ingustare de la mediul exterior la sectiunea de intrare:

Pentru intrare in scut sub muchii rotunjite:

in care: suprafata neta de intrare in scut , unde este suprafata totala a intrarii scutului , pentru plasa de sirma ceruta de protectie.

Deci:

Rezistenta aerodinámica la densitatea aerului dupa intrarea in scut

Aceasta rezistenta este data de formula:

unde:

pentru care

deci,

Intrarea in ventilator cu muchii scutite si deviere la 135 grade

Se foloseste formula:

in care:

unde: diametrul minim al ventilatorului

latimea paletei a ventilatorului

pentru devieri la 135 grde

deci:

Largirea in ventilator

Se foloseste formula:

in care:

unde: diametrul mediu superior al ventilatorului

latimea superioara a ventilatorului

se obtine pentru , deci

Trecerea spre carcasa prin deviere cu 135 grade si ingustare intre nervurile carcasei

Se foloseste formula:

in care:

unde: diametrul carcasei cu nervuri;

diametrul carcasei fara nervuri;

numarul de nervuri;

grosimea medie a nervurii;

inaltimea nervurii;

se obtine pentru , deci si

deci:

Frecarea de peretii nervurii

Conform relatiei:

In care: iar

unde: lungimea canalului;

diametrul canalului, [cm]

pentru canale stantate

deci:

Destinderea in atmosfera

Pentru destinderea la o sectiune infinita

atunci,

Tinind cont ca tóate rezistentele aerodinamice ale ventilatiei exterioare sunt inseriate, rezistenta aerodinámica va fi calculata cu relatie:

Calculul debitului aerului de racire

Calculul ventilatorului

Presiunea statica asigurarii debitului de aer printr-un circuit cu rezistenta aerodinamica totala Z este:

Pe de alta parte:

unde: H – presiunea statistica la functionarea in gol a ventilatorului;

Q – debitul de aer nominal al ventilatorului;

debitul maxim al ventilatorului la functionarea in scurtcircuit.

unde: masa specifica a aerului la

η = 0.5 – randamentul ventilatoriu;

viteza periférica exterioara

viteza interioara.

deci:

Cum debitul nominal al unui ventilator in mod obisnuit este:

Rezulta relatia:

deci: H = 100.62 Pa

Debitul de aer prin circuitul ventilatiei exterioare a motorului va fi:

Calculul vitezei aerului intre nervurile carcasei

Se foloseste formula:

;

Calculul termic al motorului

Datorita constructiei motoarelor asincrone cu rotor in scurtcircuit, calculul termic al motorului nu este necesar tinind cont de faptul ca barele rotorice un sunt izolate. Deci, in continuare vom calcula si verifica doar supraincalzirea bobinajului statoric.

Calculul rezistentei termice

Rezistenta térmica la transmisia caldurii de infasurare la fier prin izolatia de la fundul crestaturii

Se calculeaza cu formula:

unde: grosimea totala a izolatiei din crestatura (de la conductor la fier) la care se adauga 0.1 mm de lac (de la impregnare);

conductibilitatea térmica echivalenta a izolatiei de crestatura (de la conductor la fier) calculata cu relatia:

unde: conductibilitatea térmica a izolatiei de samica impregnata cu epoxi;

conductibilitatea térmica a izolatiei de poliuretan;

conductibilitatea térmica lacului de impregnare;

deci:

Rezistenta térmica la transmisia caldurii spre intrefier din central de transmitere

Se calculeaza cu formula:

unde:

distanta de la central de transmitere a caldurii spre intrefier;

conductibilitatea térmica radiala a pachetului de fier;

coeficientul de transmisie a caldurii de pe o suprafata suflata;

unde:

coeficient al transmisiei in cazul aerului linistit;

k = 0.8 – coeficient al intensitatii de suflare;

unde: se determina ca este jumatate din incalzirea aerului din masina

pentru izolatie de clasa E;

a = 0.434

viteza aerului care se ia aproximativ jumatate din viteza tangentiala a rotorului:

deci:

suprfata schimbului de caldura:

deci:

Rezistenta termica la transmisia caldurii spre carcasa

Se calculeaza cu formula:

unde:

;

;

suprfata schimbului de caldura:

;

deci:

Rezistenta térmica la transmisia caldurii de la capetele frontale spre partea interioara a masinii

Se calculeaza cu formula:

unde:

grosimea totala a izolatiei capetelor de bobina;

;

unde:

coeficient al transmisiei in cazul aerului linistit;

k = 0.8 – coeficient al intensitatii de suflare;

unde: se determina ca este jumatate din incalzirea aerului din masina

pentru izolatie de clasa E;

a = 0.434

viteza aerului care se ia aproximativ jumatate din viteza tangentiala a rotorului:

deci:

suprfata schimbului de caldura:

;

deci:

Rezistenta termica spre partea laterala a capetelor srontale ale bobinelor

Se calculeaza cu formula:

unde:

coeficientul de transmisie a caldurii (dtorita curentilor turbionari un putem considera ca in aceasta zona avem aer atationar);

suprfata schimbului de caldura:

unde:

deci:

Rezistenta termica la transmisia cldurii prin partea exterioara a bobinajului

Se calculeaza cu formula:

unde:

coeficientul de transmisie a caldurii (dtorita curentilor turbionari un putem considera ca in aceasta zona avem aer atationar);

suprfata schimbului de caldura:

deci:

Rezistenta echivalenta

Se calculeaza cu relatia:

Rezistenta echivalenta

Se calcueaza cu relatia:

Calculul temperaturii aerului din interiorul masinii

Masinile in constructie inchisa IP44 sunt prevazute cu nervure ce constitue schimbatoare de caldura aer – aer.

Cantitatea de caldura transmisa prin aceasta suprafata, in regim stationar, este data de relatia:

unde: temperatura aerului din interiorul masinii;

temperatura mediului ambiant;

supratempertura sau incalzirea aerului, []

Q – pierderile din interiorul masinii

Q = 1037.96 W

S – aria suprafetei de contact in

Determinarea incalzirii bobinajului statoricfata de aerul din masina

Se foloseste formula:

supraincalzirea aerului din masina fata de aerul de racire este

deci incalzirea bobinajului statoric fata de mediul ambiant este:

Verificarea in raport cu supratemperatura admisibila

Supratemperatura admisibila pentru izolatiile in clasa E este:

se observa ca:

În concluzie, proiectarea mașinii prezintă, pe de o parte, o serie de elemente de calcul comune, iar pe de altă parte, unele particularități specifice.