. Masini Electrice

CAPITOLUL I. CONSIDERAȚii generale

Definiția mașinilor electrice

Prin mașină electrică se înțelege o mașină , în general rotativă, care transformă energia mecanică în energie electrică sau invers, sau care transformă parametrii energiei electrice (tensiunea, curentul, frecvența, faza, felul curentului).

Orice mașină electrică poate funcționa în regim de generator sau în regim de motor electric.

Prin generator electric se înțelege o mașină electrică care transformă energia mecanică primită de la arborele unui motor primar în energie electromagnetică în scopul cedării ei unei rețele de la care se pot alimenta diferite receptoare electrice.

Prin motor electric se înțelege o mașină electrică care transformă energia electromagnetică primită de la o rețea de alimentare în energie mecanică disponibilă la arbore pentru efectuarea unui lucru mecanic util în mașina de lucru acționată.

Unele mașini electrice pot funcționa în regim de frână electrică; în această situație mașina electrică primește atât putere mecanică cât și putere electrică pe care le transformă în căldură, prin efect Joule, și dezvoltă în acest timp un cuplu necesar frânării unei instalații.

În grupa mașinilor electrice este încadrat, de obicei, și transformatorul electric. Acesta este un dispozitiv electromagnetic static care permite transformarea unor parametrii de curent alternativ – tensiunea, curentul, numărul de faze – fără a modifica frecvența mărimilor alternative.

Caracteristic mașinilor electrice rotative uzuale este reversibilitatea lor din punct de vedere energetic, ceea ce înseamnă că transformarea de energie poate fi efectuată în ambele sensuri posibile prin intermediul aceluiași sistem electromecanic pe care îl constituie mașina electrică: energie electromagnetică în energie mecanică (motor) sau energie mecanică în energie electromagnetică (generator). În practică mașinile electrice se proiectează totuși numai pentru unul din aceste regimuri, avându-se în vedere anumite particularități de exploatare optimă cât și unele particularități constructive.

Clasificarea mașinilor electrice

Mașinile electrice pot fi clasificate după mai multe criterii și anume: felul curentului electric pentru care sunt construite să funcționeze; numărul fazelor; utilizarea practică; caracteristicile cinematice; configurația constructivă a rotorului; poziția axului; schema constructivă; sistemul de excitație; tensiunea de funcționare; puterea nominală; viteza de rotație; modul de alimentare etc.

Astfel după felul curentului de funcționare mașinile electrice se clasifică în: mașini electrice de curent continuu, mașini electrice de curent alternativ și mașini electrice universale.

În funcție de numărul fazelor, mașinile electrice de curent alternativ pot fi mașini electrice monofazate și mașini electrice polifazate. La rândul lor, mașinile electrice polifazate se împart în două mari clase: mașini sincrone și mașini asincrone. Acestea din urmă se construiesc de tipul: mașini asincrone fără colector și mașini asincrone cu colector.

Din punct de vedere al utilizării practice mașinile electrice se clasifică în: mașini electrice de utilizare directă și mașini electrice de utilizare indirectă. În categoria mașinilor de utilizare directă distingem generatoarele și motoarele electrice. În categoria mașinilor electrice de utilizare indirectă intră: mașinile electrice convertizoare (de frecvență, de curent, de fază etc.), mașinile electrice de măsură (tehnogeneratoare, frâne etc.), mașini electrice regulatoare (compensatoare, excitoare, amplificatoare etc) precum și mașinile cu alte destinații.

Din punct de vedere cinematic mașinile electrice pot fi: cu rotorul interior și cu rotorul exterior. Din punct de vedere al configurației rotorului mașinile electrice sunt: mașini cu rotor cilindric (cu poli înecți), mașini cu rotorul cu poli aparenți și mașini electrice cu rotorul în formă de disc.

După criteriul puterii mașinile electrice se împart în micromașini (până la 0,1 kW), mașini mici (sub 5 kW), mașini de putere mijlocie (până la 100-200 de kW) și mașini puternice (peste 200 de kW).

După tensiunea de funcționare mașinile electrice pot fi: de joasă tensiune (până la 500 V) și de înaltă tensiune (peste 500 V), iar după viteza nominală: mașini lente (până la 250 rot/min), mașini de viteză mijlocie (250-1000 rot/min), mașini rapide (1000-6000 rot/min) și mașini ultrarapide (peste 6000 rot/min).

1.3 Mașini electrice de curent alternativ

Mașinile de curent alternativ funcționează pe baza fenomenului de inducție electromagnetică, variația fluxului fiind produsă parțial sau integral prin mișcarea rotorului.

Se împart în:

mașini sincrone, care se rotesc cu viteză perfect constantă, sau excitate în curent continuu, au întrefier relativ mare și sunt utilizate în special la generatoare de curent alternativ;

mașini asincrone, al căror rotor are turație diferită de cea sincronă (a câmpului învârtitor), dependentă de caracteristica mecanică (cuplu-turație) a dispozitivului cu care este cuplat.

Mașina sincronă trifazată este cea mai importantă mașină electrică generatoare, în

stadiul actual al tehnicii constituind tipul exclusiv folosit în centralele electrice ale sistemelor electroenergetice. Este utilizată de asemenea ca motor sincron și ca generator de putere reactivă (compensator sincron).

Motoarele sincrone înlocuiesc avantajos pe cele asincrone la acționările de mare putere, cu regim de funcționare continuu având randament sporit, factor de putere modificabil și siguranță mare în funcționare. O largă răspândire au căpătat-o motoarele sincrone speciale, cum sunt cele cu redundanță variabilă, cu magneți permanenți cu histerezis și motoarele pas cu pas, utilizate în automatizări în domeniul puterilor mici.

Mașina sincronă este una dintre cele mai răspândite mașini electrice folosite în domeniul acționărilor electrice ca urmare a unor avantaje cum sunt: construcție simplă, robustețe, eficiență economică ridicată.

Cu toate acestea principalele procese electromagnetice ce intervin în funcționarea lor sunt identice, cu mici deosebiri: la mașina sincronă aceste procese au loc în indus, care de regulă este statorul mașinii, rotorul-inductor fiind prevăzut cu o înfășurare de curent continuu; la mașina asincronă, procesele au loc atât în stator cât și în rotor, ambele prevăzute cu înfășurări de curent alternativ.

CAPITOLUL II . MAȘINA ELECTRICĂ SINCRONĂ

Mașina sincronă este o mașină de curent alternativ cu câmp magnetic învârtitor, al cărui rotor are viteza de sincronism 1, proporțională cu pulsația 1 a curenților din fazele indusului și invers proporțională cu numărul de perechi de poli p:

(2.1)

unde f1 este frecvența curentului din fazele indusului.

Mașina sincronă trifazată este cea mai importantă mașină electrică generatoare, în stadiul actual al tehnicii constituind tipul exclusiv folosit în centralele electrice ale sistemelor electroenergetice. Este utilizată de asemenea ca motor sincron și ca generator de putere reactivă (compensator sincron).

Motoarele sincrone înlocuiesc avantajos pe cele asincrone la acționările de mare putere, cu regim de funcționare continuu având randament sporit, factor de putere modificabil și siguranță mare în funcționare.

2.1 Elemente constructive de bază

Este alcătuită din două părți:

– statorul, partea imobilă, realizat de regulă ca indus, care cuprinde carcase, miezul de tole statoric, înfășurările și scuturile portlagăr;

– rotorul, partea mobilă, realizat de regulă ca inductor, care cuprinde arborele, miezul de fier rotoric, înfășurările, inele colectoare și ventilatorul.

Schemele constructive ale principalelor tipuri de mașini sincrone sunt cf. (fig.2.1).

Miezul statoric (1) este identic cu cel al mașinii asincrone și se compune din tole de oțel electrotehnic de 0,5 mm izolate prin lăcuire sau oxidare. Miezul are formă de coroană cilindrică și la suprafața lui interioară este prevăzut cu crestături (șanțuri) practicate în lungul generatoarelor. În crestături este dispusă înfășurarea indusului de curent alternativ de regulă trifazată.

Miezul rotoric al mașinii sincrone are două variante constructive: cu poli aparenți (fig. 2.1-a, notat cu 5) sau cu poli înecați (fig. 2.1-b, notat cu 3).

Miezul rotorului cu poli aparenți este format dintr-o serie de poli cu piese polare (5) fixați pe jugul (7) al rotorului prin buloane sau pene, iar între poli sunt dispuse bobinele de excitație (6) alimentate în serie astfel încât să formeze poli succesivi de polaritate alternativă.

Rotorul cu poli aparenți se folosește de regulă numai la mașini cu șase sau mai mulți poli (turații de până la 1.000 rot/min.), întrucât la turații mari este dificilă asigurarea unei rezistențe mecanice a construcției.

Fig. 2.1

La turații ridicate (de 1.500 și 3.000 rot/min.) se preferă folosirea celeilalte forme constructive a rotorului cu poli înecați, care prezintă o mai mare siguranță în funcționare și o rezistență mecanică mai ridicată.

Miezul rotorului cu poli înecați se realizează de regulă dintr-un bloc masiv, cilindric, de oțel (3) (fig. 2.1-b) pe care se frezează crestături (canale longitudinale) (4) în care se dispune înfășurarea de excitație. Din același bloc de oțel se formează și arborele rotorului.

Curentul continuu necesar excitării câmpului inductor (curentul de excitație) se aduce la înfășurarea rotorică prin două inele de contact.

Adesea curentul de excitație al mașinii sincrone este produs de un generator special, cuplat pe axul mașinii sincrone (sau separat), denumit excitatoare. Excitatoare poate fi un generator de c.c. sau un generator sincron a cărei tensiune se redresează.

Uneori, mai ales la puteri mici, mașina sincronă se realizează și în construcție inversată, având pe rotor indusul, cu miez din tole, crestat la periferie și cu înfășurări de c.a., iar pe stator inductorul prevăzut cu poli aparenți sau înecați. Construcția inversată nu poate fi folosită la puteri mai mari, datorită, atât dificultăților de izolare a înfășurării induse, cât și unei siguranțe în funcționare mai reduse și a unui cost mai ridicat.

2.2 Principiul de funcționare și diagrama energetică a generatorului sincron

Sistemul inductor al mașinii sincrone prevăzut cu o înfășurare de excitație alimentată în c.c., produce la periferia sa un câmp magnetic cu poli alternanți, în care sunt dispuse bobinele indusului. Fluxul magnetic prin înfășurările indusului depinde de poziția unghiulară relativă a indusului față de inductor și variază alternativ în timp la rotirea inductorului față de indus. Astfel, în bobinele indusului se induc tensiuni electromotoare de inducția elmg. Bobinele indusului formează, de regulă, înfășurări simetrice, în care se induc, deci, tensiuni electromotoare simetrice.

Dacă circuitele înfășurărilor indusului sunt închise pe o sarcină echilibrată, ele vor fi parcurse de curenți trifazați simetrici, care, interacționând cu câmpul magnetic inductor, produc cuplul electromagnetic. M. Acest cuplu se exercită atât asupra inductorului, în sens opus rotirii lui (cuplu de frânare în regim de generator) cât și asupra indusului în sensul de rotire a inductorului. Puterea mecanică M primită de rotor, dacă este viteza unghiulară a rotorului, se transformă în putere electrică (electromagnetică) a generatorului, fapt pentru care se numește putere electromagnetică.

Generatorul sincron primește pe la arbore, de la un motor primar, puterea mecanică P1 = Mext. O parte din această putere, Pmv se pierde pentru învingerea frecărilor în lagăre și cu aerul și pentru antrenarea ventilatorului (pierderi mecanice și de ventilație). În cazul existenței unor excitatoare pe arbore, se mai scade și puterea P'ex preluată de acesta. Puterea rămasă reprezintă puterea electromagnetică:

P = P1 – Pmv – P'ex (2.2)

O parte din puterea electromagnetică, P2 = 3 Uflf cos se livrează pe la borne (puterea utilă), iar o altă parte core se induc, deci, tensiuni electromotoare simetrice.

Dacă circuitele înfășurărilor indusului sunt închise pe o sarcină echilibrată, ele vor fi parcurse de curenți trifazați simetrici, care, interacționând cu câmpul magnetic inductor, produc cuplul electromagnetic. M. Acest cuplu se exercită atât asupra inductorului, în sens opus rotirii lui (cuplu de frânare în regim de generator) cât și asupra indusului în sensul de rotire a inductorului. Puterea mecanică M primită de rotor, dacă este viteza unghiulară a rotorului, se transformă în putere electrică (electromagnetică) a generatorului, fapt pentru care se numește putere electromagnetică.

Generatorul sincron primește pe la arbore, de la un motor primar, puterea mecanică P1 = Mext. O parte din această putere, Pmv se pierde pentru învingerea frecărilor în lagăre și cu aerul și pentru antrenarea ventilatorului (pierderi mecanice și de ventilație). În cazul existenței unor excitatoare pe arbore, se mai scade și puterea P'ex preluată de acesta. Puterea rămasă reprezintă puterea electromagnetică:

P = P1 – Pmv – P'ex (2.2)

O parte din puterea electromagnetică, P2 = 3 Uflf cos se livrează pe la borne (puterea utilă), iar o altă parte constituie pierderi în fier (în miezul indusului) PFe și în înfășurările indusului (prin efect Joule), Pj. Rezultă deci relația de bilanț pe partea electrică:

P = P2 + PFe + Pj

Pe baza relațiilor stabilite, se poate construi diagrama energetică a generatorului sincron (fig. 2.2) și se exprimă randamentul:

(2.4)

Fig.2.2

Obișnuit, randamentul generatorului sincron are valori ridicate; între 0,9 și 0,95 pentru puteri între 10 și 1000 kW, crescând până la valoarea de 0,985 la puterea nominală de 250 MW.

2.3 Tensiunea electromotoare a mașinii sincrone

În (fig. 2.3. a) s-a reprezentat dispunerea de principiu a polilor inductori și a unei spire (bobine) de pe indus.

Pentru simplificare, indusul și inductorul se consideră desfășurate prin îndreptarea suprafeței cilindrice care trece prin mijlocul spațiului de aer dintre inductor și indus (între fier). S-a considerat numai o pereche de poli întrucât configurația mașinii se repetă identic după o pereche de poli.

Întrucât prin măsuri constructive se tinde să se realizeze o distribuție sinusoidală a inducției în întrefier, se consideră că aceasta variază sinusoidal, cf. relației:

(2.5)

x fiind o coordonată solidară cu inductorul având originea în axa polului inductor N, este pasul polar (distanța dintre doi poli consecutivi de polaritate opusă N-S), măsurată în întrefier. Variația câmpului inductor s-a reprezentat în (fig. 2.3 b), în corespondență cu secțiunea prin mașină.

Fig. 2.3.

Pe indusul de lungime 1 a mașinii se consideră o spiră cu deschiderea (distanța dintre latura de ducere și cea de întoarcere) egală cu pasul polar și i se asociază o axă pozitivă (axa spirei) după regula burghiului drept în conformitate cu sensul de parcurgere indicat prin și .

Notând cu a distanța (orientată) de la axa spirei la axa câmpului inductor, fluxul magnetic al spirei este dat de:

(2.6)

Tensiunea electromotoare indusă în spiră este:

esp = 2 l B(a) v (2.7)

(origine axa spirei) unde v este viteza de deplasare a inductorului în raport cu indusul:

(2.8)

Între viteza de rotație (sau n), viteza periferică v, frecvența f și pasul polar există relațiile:

respectiv (2.9)

Ținând seama și de relația

t.e.m se mai poate exprima și prin relația:

esp = m sin t (2.10)

unde m este amplitudinea fluxului magnetic al spirei.

(2.11)

Dacă toate spirele unei înfășurări de fază ar fi așezate pe fiecare pereche de poli în câte o pereche de crestături distanțate între ele cu câte un pas polar, t.e.m. de fază ar fi de W ori t.e.m. a spirei, dacă W este numărul de spire înseriate ale înfășurării de fază. Această situație se întâlnește doar la înfășurările realizate cu o crestătură pe pol și fază (q = 1). În general, însă, conductoarele înfășurării unei faze sunt distribuite în mai multe crestături pe pol și t.e.m. induse în ele au faze inițiale diferite. T.e.m. a înfășurării de fază va rezulta ca o sumă geometrică a fazorilor diferitelor t.e.m., deci valoarea ei efectivă va fi mai mică decât suma aritmetică a t.e.m. induse în diferitele spire.

ef = Kw W m sin t (2.12)

Unde Kw este un factor subunitar numit factor de înfășurare care ține seama de influența repartizării în crestături a înfășurării și de influența eventualei scurtări a pasului bobinelor (spirelor) față de pasul diametral pentru care s-a calculat esp. Factorul de înfășurare are valori cuprinse între 0,92 și 1, după felul înfășurării.

Pentru q = 1, evident Kw = 1.

Având în vedere că valoarea efectivă a fluxului este

0m = m/

rezultă valoarea efectivă a t.e.m. indusă într-o înfășurare de fază.

Recapitulând rezultatele obținute, se reține că un câmp magnetic învârtitor inductor distribuit sinusoidal în întrefier, având fluxul pe pol 0 = m induce într-o înfășurare de fază cu W spire și cu un factor de înfășurare Kw, o t.e.m. de frecvență f și de valoare efectivă:

(2.13)

unde 4,44 = 2/

Fluxul magnetic 0 este determinat de relația:

0 = (2.14)

iar frecvența este determinată de expresia (2.15)

T.e.m. de fază este maximă când axa câmpului inductor este decalată, în sensul de rotire al inductorului, cu o jumătate de pas polar față de axa înfășurării de fază.

2.4 Reacția indusului mașinii sincrone

La funcționarea în gol, câmpul magnetic din întrefierul mașinii sincrone este creat numai de solenația de excitație. La funcționarea în sarcină curenții din înfășurările indusului produc o solenație suplimentară, care modifică câmpul magnetic din întrefier. Acest fenomen poartă numele de reacția indusului.

În (fig. 2.4 a) s-a reprezentat variația în timp a curenților celor trei faze ale indusului, iar (fig. 2.4 b) s-au figurat sensurile efective ale curenților în conductoarele înfășurărilor și liniile câmpului magnetic al indusului (pt. p = 1) la trei momente de timp diferite t1, t, t3 distanțate cu 1/12 T.

Fig. 2.4

La momentul t1 curentul fazei A este maxim Im, iar curenții fazelor B și C sunt negativi și egali cu – 1/2Im. Se observă că axa câmpului magnetic creat de cele trei înfășurări coincide cu axa înfășurării fazei A. La momentul t2, curentul fazei B este nul iar

iA = -iC = Im

Axa câmpului magnetic se rotește față de situația anterioară cu în sensul succesiunii fazelor (antiorar).

La momentul t3, curentul iC = – Im iar iA = iB = 1/2Im.

Câmpul magnetic creat are axa antiparalelă cu axa înfășurării fazei C și rotită cu față de situația precedentă. Considerând și alte momente de timp se observă că în momentul în care curentul este maxim într-o fază, axa câmpului coincide cu axa înfășurării fazei respective. Câmpul magnetic produs de înfășurarea indusului se rotește în sensul succesiunii în timp a fazelor, o rotație completă (de doi pași polari, fiind efectuată într-o perioadă a curentului alternativ).

Câmpul de reacție a indusului este deci un câmp învârtitor, obținut cu ajutorul unor înfășurări trifazate parcurse de curenți trifazați. La o înfășurare cu p perechi de poli într-o perioadă a curentului alternativ axa câmpului se rotește cu 1/p dintr-o rotație sau cu 2/p radiani, deci viteza lui unghiulară,

(2.16)

iar turația (în rot/min) este n2 = 60/2 = 60 f1/p (2.17)

și se numește turație de sincronism, cu care se rotește câmpul indusului, respectiv rotorul mașinii sincrone.

Se observă că viteza câmpului de reacție a indusului este identică cu cea a câmpului inductor, deci cele două câmpuri au o poziție relativă fixă și se compun într-un câmp magnetic rezultant.

2.5 Ecuațiile și diagrama generatorului sincron

Se va considera numai funcționarea în regimuri simetrice și echilibrate a mașinii sincrone. De aceea va fi suficient să se examineze numai relațiile corespunzătoare fazei de referință (faza A) a mașinii.

Admițând valabilitatea suprapunerii efectelor se poate considera că la funcționarea în sarcină ar exista în întrefier două câmpuri magnetice; unul inductor proporțional cu solenația de excitație și unul de reacție, proporțional cu solenația de reacție a indusului. În înfășurarea fazei de referință, câmpul inductor va induce o t.e.m., e0 (sau în complex ), iar câmpul de reacție a indusului o t.e.m., ea (sau în complex ).

S-a arătat că axa câmpului de reacție a indusului coincide cu axa înfășurării fazei de referință în momentul în care curentul acelei faze este maxim, adică fluxul de reacție este în fază cu curentul (dacă se face abstracție de pierderile în fier). Se poate deci defini o inductivitate ciclică, de reacție a indusului La = a/i (2.18)

T.e.m. indusă datorită lui va fi deci defazată cu în urma curentului, adică:

sau în complex (2.19)

unde Xa = La s-a notat reactanța de reacție a indusului.

S-a pus deci în evidență t.e.m. induse de câmpul magnetic util (principal) din întrefier. În mașină există însă și linii care nu se închid radial prin întrefier, ci în imediata apropiere a înfășurărilor indusului (transversal prin crestăturile de la dinte la dinte sau în jurul capetelor de bobină) și se formează fluxul magnetic de dispersie a înfășurării.

= L i (2.20)

unde L este inductivitatea de dispersie (cu un ordin de mărime mai mic decât La).

Fluxul de dispersie induce în înfășurarea indusului o t.e.m.

e = – L sau în complex , (2.21)

unde X = L este reactanța de dispersie.

Deci, în circuitul fazei de referință se induc t.e.m. . Dacă R est rezistența înfășurării, – curentul și – tensiunea (fig. 2.5) rezultă ecuația (fig. 2.5):

(2.22)

În (fig. 2.6) s-a construit diagrama fazorilor mașinii sincrone în regim de generator, luând ca origine de fază tensiunea la borne . Curentul este defazat în urma tensiunii la borne ( sunt determinați de sarcină). Fazorul reprezintă t.e.m. rezultată datorită câmpului magnetic din întrefier (care determină starea de saturație a mașinii).

Fig. 2.5. Circuitul unei înfășurări de fază a indusului

Fig. 2.6. Diagrama t.e.m. ale generatorului sincron

Diagrama de fazori a mașinii sincrone, ca și ecuația de tensiuni (2.22) se prezintă de regulă cu ajutorul reactanțelor de reacție și dispersie sub forma:

(2.23)

Se obține astfel, pentru generatorul sincron, diagrama din (fig. 2.7). Suma celor două reactanțe se numește reactanță sincronă a mașinii XS = Xa + X (2.24)

Unghiul dintre tensiunea la borne și t.e.m. se numește unghiul intern al mașinii sincrone

Fig. 2.7. Diagrama de fazori Fig. 2.8. Schema echivalentă a generatorului

a generatorului sincron sincron în regim permanent simetric

Adesea la construirea diagramei de fazori a mașinii sincrone se omite căderea de tensiune R, fiind foarte mică și se obține astfel o diagramă simplificată.

Corespunzător ecuației (2.23) sau a diagramei (2.7) se stabilește ușor schema echivalentă din (fig. 2.8) a generatorului sincron în regim permanent: o sursă de t.e.m. înseriată cu o bobină de reactanță XS și rezistența R.

2.6 Caracteristicile generatorului sincron

Se vor examina principalele caracteristici care servesc la aprecierea performanțelor generatorului sincron.

a) Caracteristica de funcționare în gol, reprezintă dependența t.e.m. E0 de curentul de excitație Ie la turația nominală n = n0 și curent de sarcină nul, I = 0; E0 = f(Ie) (fig. 2.9).

Datorită faptului că E0 = f(0), iar solenația inductoare e = f(Ie), rezultă proporționalitatea caracteristicii de mers în gol cu caracteristica de magnetizare a mașinii (fig. 2.9).

Tensiunea nominală se situează de obicei în zona cotului de saturație a caracteristicii de mers în gol. Fenomenul de histerezis determină neunivocitatea caracteristicii și existența unei tensiuni remanente de ordinul 4 8% din tensiunea nominală.

Fig. 2.9. Caracteristica de Fig. 2.10. Caracteristica

funcționare în gol externă a generatorului sincron

b). Caracteristica externă reprezintă dependența tensiunii la borne U de curentul de sarcină I, la curent de excitație constant, turație constantă și factor de putere constant al sarcinii; U = f(I).

Caracteristicile se pot ridica experimental direct sau se pot construi cunoscând caracteristica de funcționare în gol și reactanțele Xa și X ale mașinii. În particular, pentru o mașină nesaturată, ele se pot determina și analitic. Neglijând rezistența din diagrama de fazori (18.1.7), rezultă relația:

(2.25)

de unde rezultă expresia analitică a caracteristicii externe:

(2.26)

Forma caracteristicii externe este cf. (fig. 18.1.10) pentru diverși factori de putere, cos .

c) Caracteristica reglajului reprezintă dependența curentului de excitație Ie de curentul de sarcină I, pentru tensiune la borne constantă U = Un și la factor de putere constant; Ie = f(I).

Caracteristicile reglajului se pot determina cu bună aproximație cu ajutorul relației (2.25), întrucât la funcționarea cu tensiune la borne constantă, starea de saturație a mașinii variază foarte puțin și parametrul XS se poate considera constant.

În (fig. 2.11) s-au reprezentat trei caracteristici tipice.

La sarcină rezistivă și inductivă curentul de excitație trebuie mărit pe măsura creșterii sarcinii, iar la sarcină capacitivă este necesar să se scadă curentul de excitație.

Fig. 2.11. Caracteristicile reglajului generatorului sincron

2.7. Cuplul electromagnetic și puterea electromagnetică a mașinii sincrone.

Pe baza diagramei de fazori (fig. 2.12 b) prin proiecția pe fazorul I și multiplicarea cu 3 I se poate scrie:

3 E0I ( + ) = 3 UI cos + 3 RI2 (2.27)

Fig. 2.12. Diagrama de fazori simplificată

a) cu considerarea rezistenței

b) fără a considera rezistența

În membrul drept se recunoaște puterea activă utilă:

P2 = 3 UI cos (2.28)

și pierderile în înfășurări Pj = 3 RI2 (2.29)

Făcând abstracție de pierderile în fier suma celor doi termeni reprezintă puterea electromagnetică.

P = 3E0Icos ( + ) = 3UIcos+ 3RI2 (2.30)

Neglijând pierderile în înfășurări Pj (R = 0), se obține diagrama simplificată (fig. 2.12 b), din care rezultă:

P = 3 E0Icos ( + ) = 3UIcos (2.31)

și XSIcos = E0sin sau XSIcos ( + ) = Usin

Astfel, expresia puterii electromagnetice devine:

(2.32)

Cuplul electromagnetic dezvoltat de mașină corespunde puterii electromagnetice, deci:

(2.33)

unde este viteza unghiulară sincronă a rotorului, – pulsația curenților induși iar p – numărul de perechi de poli.

În (fig. 2.13) s-a reprezentat variația cuplului electromagnetic M și la altă scară a puterii electromagnetice P, funcție de unghiul pentru U și E constanți.

Pentru valori ale unghiului intern cuprins între 0 și 0 – mașina funcționează ca generator, respectiv ca motor.

Porțiunile din caracteristică cuprinse între o și pentru generator și 0 și pentru motor sunt porțiuni de funcționare stabilă a mașinii. Pentru unghiuri (în regim de generator) și (în regim de motor) mașina nu poate funcționa stabil în regim permanent. Pentru simplificare, considerăm regimul de generator și fie cuplul Mext cuplul care antrenează rotorul generatorului.

Relația de echilibru M = Mext determină pe caracteristica cuplului electromagnetic M () două puncte posibile de funcționare A și B, dintre care numai primul este stabil. Dacă dintr-un motiv oarecare, unghiul ia valoarea A1, atunci M < Mext și rotorul va fi accelerat tinzând spre punctul A. În mod similar pentru punctul A2, rotorul este frânat deoarece M > Mext și unghiul intern scade. Deci A este un punct stabil de funcționare întrucât cuplurile care apar la scoaterea rotorului din această poziție tind să restabilească poziția inițială.

Fig. 2.13 Puterea electromagnetică și cuplul electromagnetic

Un raționament similar arată că punctul B este un punct instabil. Într-adevăr în punctul B1, rotorul va fi frânat, căci M > Mext și unghiul intern scade adică se îndepărtează de punctul B, iar în punctul B2, rotorul va fi accelerat căci M < Mext și unghiul intern va crește.

Similar se poate raționa și pentru regimul de motor, ținând seama că în acest caz M este cuplul activ și Mext este cuplul de sarcină.

Cuplul maxim pe care-l poate dezvolta mașina

(2.34)

este proporțional cu tensiunea la borne și curentul de scurtcircuit E0/XS al mașinii sincrone funcționând în regim de generator.

CAPITOLUL III . GRUPUL ELECTRTOGEN DE CURENT ALTERNATIV TRIFAZAT DE 6KVA, 380V

3.1 Destinație

Grupul electrogen este destinat pentru:

-echiparea autospecialelor de transmisiuni care se alimentează de la o tensiune de linie de 380V(exemplu: autostațiile radio de putere mijlocie R-140 si R-137 și autostația radioreleu de capacitate mijlocie R-412);

-alimentarea punctelor de comandă;

-alimentarea de avarie în cazul întreruperii rețelei electrice industriale de 380V;

-alimentarea motoarelor electrice trifazate.

3.2 Caracteristicile tehnice ale grupului

-puterea aparenta nominală SN=6KVA;

-tensiunea nominală pe linie UN=380V;

-curentul nominal pe fază IN=9.1A;

-turația nominală n1=1500 rot/min;

-frecvența curentului f1=50Hz;

-curent trifazat m=3;

-factorul de putere nominal cosφN=0.8(inductiv);

-construcția rotorului cu poli înecați;

-fazele statorului în conexiunea stea(Y);

-combustibilul motorului benzină;

-generator în construcție normală: statorul indus și rotorul inductor, cu înfășurări de excitație in stea.

3.3 Construcție și funcționare

a) Motorul cu benzină-este un motor în 4 timpi, având răcirea cu aer, cu un regulator centrifug de turații, cu o capacitate de 10 cai putere. Motorul posedă un rezervor de combustibil, conducte de benzina, filtru decantor, țeavă de eșapament, conductă de scurgere a uleiului, opritor.

b) Generatorul –este un generator sincron trifazic. Principalele parți ale generatorului sunt: statorul (indusul), rotorul(inductorul), apărătoarele de lagăre si ventilatorul. Turația nominală este de 1500 rot/min.

În crestăturile miezului din stator sunt dispuse bobinajul de forță si bobinajul suplimentar.

Rotorul este executat cu poli înecați. Pentru a asigura autoexcitarea generatorului între bobinele polilor sunt dispuși doi magneți permanenți. Bornele de ieșire a bobinelor sunt cuplate la cele două inele de contact montate pe axul generatorului din partea opusă transmisiei. Pentru echilibrarea mecanică a rotorului sunt prevăzute două inele care sunt presate pe axul generatorului de ambele părți ale bobinelor. Echilibrarea mecanică se efectuează prin perforarea unor orificii pe suprafața exterioară a inelelor.

Rotorul este instalat în apărătoare pe doi rulmenți cu bile care sunt gresați cu lubrifiantul TIATIM-201.

Blocul redresor cu seleniu este dispus în compartimentele laterale din corpul generatorului. Fiecare bloc constă din 6 celule redresoare cu seleniu. Pe același panou există bornele de care sunt cuplate conductoarele de montaj de la capetele finale ale bobinajului suplimentar, ce vin de la generator la redresoare și conductoarele ce merg de la redresoarele cu seleniu spre condensator.

c) Schema electrică (cf.fig.3.3) poate fi împărțită in trei circuite : de forță, de excitare a generatorului și de iluminare.

-Circuitul de forță are bobinaje trifazice (DS1, DS2, DS3). În serie cu fiecare bobinaj de fază sunt incluse elementele releelor termice (TRV1, TRV2, TRV3). Între borna 0 și capetele de ieșire 17, 27, 37 sunt racordate rezistențele compund: rezistența SK între brida 17 și brida 19), cu rezistența sa suplimentară SD1, SK2 (între bridele 27 și 28) cu rezistența suplimentară SD2 între bridele 28 și 0) și rezistența SK3 (între bridele 27 și 38) cu rezistența suplimentară SD2(între bridele 38 și 0).Tensiunea bobinajului de forță este racordată la bornele de ieșire 1,2,3 prin întrerupătorul de sarcină VN.

-Circuitul de excitare. Bobinajul de excitare din generatorul OV este alimentat prin redresorii cu seleniu VS de la bobinajul trifazic suplimentar al generatorului(DD1, DD2, DD3).Pentru a reduce perturbările, în circuitul bobinajului de excitare sunt incluse condensatoarele de trecere K1 și K2, precum și contactele releelor termice TRV1, TRV2, TRV3 și reostatul pentru reglarea tensiunii SR.

-Circuitul de iluminare. Becul de iluminat LO și priza SR se alimentează de la transformatorul de iluminat TD, al cărui bobinaj primar este cuplat la două faze ale bobinajului de forță din generator(bornele 13 și 23).

Unul din firele circuitului secundar din transformator constituie masa grupului.

d) Autoexcitarea generatorului

O autoexcitare sigură a generatorului este realizată cu ajutorul magneților permanenți, instalați în axul transversal al rotorului și cu ajutorul comutării speciale a montajului electric. Comutarea montajului electric constă în faptul că în circuitul de excitare în serie cu două faze ale bobinajului suplimentar DD1 si DD2 se conectează faza bobinajului de forță DS2.

Conectarea se efectuează cu butonul de excitare. Butonul KV are un contact normal deschis și unul normal închis. Contactul normal deschis este conectat în paralel cu rezistența de pornire SP la borna 23 a bobinajului de forță și prin rezistența SD1 și parte prin SK1 la borna 17 a elementului releului termic. Contactul normal închis este cuplat la borna 0 și în serie cu rezistența SD1 și cu o parte din rezistența SK1 la borna 17 a elementului releului termic. La apăsarea butonului de excitare se închide contactul normal deschis și numai după aceasta se întrerupe contactul normal închis. În acest fel, una din fazele bobinajului de forță devine cuplată la circuitul de excitare.

e) Reglarea tensiunii

Tensiunea la bornele de ieșire din generator se menține constantă la modificarea sarcinii în cazul când se va modifica în mod corespunzător curentul de excitare a generatorului. Mărindu-se variația de sarcină și micșorându-se coeficientul de putere al sarcinii este necesar să se mărească curentul de excitare.

Variația curentului de excitare, odată cu variația sarcinii generatorului se realizează cu ajutorul rezistențelor compund. La funcționarea în gol a generatorului curentul de excitare este determinat de tensiunea electromotoare a bobinajului suplimentar din generator.

Conectându-se sarcina, o parte a curentului de lucru, proporțională cu scăderea de tensiune, cauzată de curentul de lucru pe rezistențele compund, se ramifică în curentul de excitare. Cu cât este mai mare curentul sarcinii, cu atât o parte mai mare de curent se ramifică în circuitul ce parcurge bobinajul de excitare al generatorului.

Mărirea curentului de excitare, odată cu micșorarea coeficientului de putere al sarcinii, se asigură prin defazarea inductivă cu 90o a bobinajului suplimentar din generator față de bobinajul de forță. În acest fel tensiunea la ieșirea din grup este menținută cu o precizie de +4%.

Nivelul tensiunii menținute depinde de rezistența întregului circuit de excitare și poate fi stabilit cu ajutorul reostatului SR Pe măsura încălzirii sau răcirii bobinajului de excitare, nivelul tensiunii poate să se modifice încet. O asemenea scădere a tensiunii poate fi lichidată, în caz de necesitate, reglându-se tensiunea cu ajutorul reostatului SR.

3.4 Calculul generatorului sincron

3.4.1 Calculul principalelor mărimi

1.Curentul nominal pe fază IN

, în care puterea aparentă nominală

tensiunea nominală pe linie

A

2.Tensiunea electromotoare rezultantă de fază E1

tensiunea nominală pe fază: V

coeficient funcție de reactanța de scăpări pe fază a statorului

(u.r.) – reactanța de scăpări pe fază a statorului în unități relative (la sarcina nominală I1=I1N și U1=U1N)

Pentru generatoare ke=1,08·(cosPN=0,8)

Rezultă E1N=1,08·220=237,6 V

3.Puterea aparentă interioară Si

Si=n·E1·I1 [VA]

Se introduce E1: SiN=n·ke·U1N·I1N=ke·SN

SN=n·U1N·I1N [VA] – pentru generator

SiN=ke·SN=1,08·6·103=6,48 kVA

4.Numărul de perechi de poli

, unde f1 este frecvența în Hz, iar n1 este turația sincronă

6.Factorul de înfășurare kW de formă a tensiunii electromotoare kB și factorul de acoperire ideală a pasului polar αi;

Factorul de înfășurare pentru armonica fundamentală -factorul de înfășurare se poate estima, pentru calculele preliminare la valorile: kW=0,910,93. Adoptăm valoarea kW=0,92

Factorul de formă a tensiunii electromotoare kB și factorul de acoperire ideală a pasului polar αI -pentru mașinile cu poli înecați αi și kB se iau ca pentru regimul sinusoidal

3.4.2 Calculul dimensiunilor principale

Calculul diametrelor statorului

Diametrul interior al stratului (orientativ)

, în care factorul de formă al mașinii,

lungimea ideală a generatorului

coeficientul de utilizare al mașinii

Conform fig. 13.3 (a se vedea : Cioc, I., Nica, C.-Proiectarea mașinilor electrice.Editura Didactică și Pedagogică, București,1994;toate celelalte trimiteri din acest subcapitol se vor referi la aceeași carte) valoarea optimă a raportului în funcție de numărul perechilor de poli este λ=0,72 sau analitic . Adoptăm valoarea λ=1.

Conform fig. 10.8.6 valoarea coeficientului de utilizare al mașinii funcție de Si și p, pentru Si=6,5 kVA și p=3 este C=130 J/dm3

Rezultă cm

După o altă metodă și anume conform curbelor din fig. 10.10.b pentru SiN=6,5 kVA și p=2, rezultă D=15 cm.

Diametrul exterior al statorului

De=kD·D, în care kD – coeficient funcție de UN și 2p

Conform tabelului 10.1 kD=1,461,49. Adoptăm valoarea kD=1,49.

Pentru prima valoare a lui D (calculată), rezultă

De=kD·D=1,49·14=20,86 cm,

iar pentru diametrul D din curbe, rezultă

De=kD·d=1,49·15=22,35 cm.

Valoarea normalizată cea mai apropiată a lui De din tabelul 10.2 este De=230 mm=23 cm, pentru care rezultă diametrul interior D, recalculat

cm

Pasul polar rezultă:

cm

Calculul lungimilor generatorului sincron

Lungimea ideală lI

[m],

cu SiN în VA, D în m, A (pătura de curent) în A/m, Bδ în T, n1 în rot/min,

iar kCA=

Pentru mașina cu poli înecați atât raportul λ, pătura de curent A, cât și inducția magnetică maximă în întrefier Bδ, se recomandă a se lua cu 5-7% mai mari decât valorile rezultate din fig. 13.3 și respectiv din fig. 13.4

Solicitările electromagnetice A și Bδ

Din fig. 13.4 funcție de τ și p rezultă:

-pătura de curent A=240 A/cm

-inducția magnetică maximă în întrefier Bδ=0,68T

=11 cm

Verificarea factorului de formă λ

, valoare apropriată de cea aleasă inițial.

Rezultă mărimile definitive: D=15 cm, De=23 cm, A=240 A/cm, Bδ=0,68T, li=11 cm, τ=11,77 cm

Geometria miezului feromagnetic

Deoarece diametrul mașinii este mic și lungimea ideală nu depășește 25 cm miezul magnetic poate fi compact fără canale radiale de ventilație. În acest caz lungimea geometrică a miezului este dată de relația:

lρ=lFe=li=11 cm

3.4.3. Înfășurarea și crestăturile statorului (indusului)

1.Tipul și izolația înfășurării

Deoarece generatorul este de putere mică (PN<10kW) se folosește înfășurarea într-un strat, cu bobine din conductor rotund (sârmă), crestătura fiind semiînchisă de formă ovală. În acest caz dintele rezulta cu lățime constantă (cu pereți paraleli).

2.Numărul de crestături al statorului Z1

Z1=2pmq, unde q este numărul de crestături pe pol și fază

Pentru determinarea numărului de crestături statorice Z1, se procedează astfel: se impune t1 (pasul dentar) în limitele 1 cm <t1<2,5 cm

-se calculează numărul aproximativ de crestături

18,8447,1

-se determină q corespunzător

1,573,925

Adoptăm valoarea q=4, rezultând Z1= 2·2·3·4=48

Considerând numărul de căi de curent in paralel pentru o fază a=1 verificăm condițiile de simetrie :

a) – număr întreg

b) – număr întreg

c) – număr întreg

d) – număr întreg, unde t – c.m.m.d.c (p,Z1) =2

3.Pasul dentar al statorului t1

cm

4.Numărul de spire pe fază

număr întreg,

in care fluxul magnetic Φ este dat de relația:

Rezultă spire

5.Numărul de conductoare efective dintr-o crestătură

. Se iau n1c=26 conductorul de crestătură.

6.Pasul înfășurării y1

-număr întreg par,

unde -pasul diametral în crestături

Se va folosi înfășurarea într-un strat cu capetele frontale așezate în trei etaje, fiecare etaj fiind construit din câte o grupă „q/2” bobine, cu lungimea frontală a capetelor egală.

7.Factorul de înfășurare al statorului

Valoarea exactă rezultă din anexa 1, tabelul 1-I

8.Verificări necesare

Numărul real de spire pe fază

spire

Verificarea încadrării în limite a păturii de curent

A/cm, foarte aproape de valoarea aleasă inițial

Fluxul magnetic maxim util la sarcina nominală (ΦN, pentru E1N) pe pol

Wb

Fluxul magnetic nominal la funcționarea în gol (pentru U1N)

Wb

Fluxul magnetic al undei fundamentale pentru tensiunea nominală

Wb

Valoarea maximă a inducției magnetice în întrefier

față de 0,68T aleasă inițial din curbe, ceea ce înseamnă că dimensionările, până în această etapă, sunt bine făcute (D=15 cm, li=11 cm, w=208 spire, nc=26 conductoare/crestătură).

9.Secțiunea conductorului

mm2,

unde J1 (densitatea de curent din stator)=6,25 A/mm2b conform paragrafului 13.3.1.B

10.Forma conductorului, tipul înfășurării și forma crestăturii în funcție de secțiunea conductorului

· Forma conductorului (profilul):rotund, izolat cu email tereftalic (ET), foarte rar cu email tereftalic și două structuri de sticlă (E2S). Clasă de izolație F.

· Tipul constructiv al înfășurării: înfășurare din sârmă cu un fir paralel (nf=1), într-un strat, cu pas diametral (sau în două straturi cu pas scurtat).

· Forma crestăturii: ovală; asdiz+1,5 mm. Izolația crestăturii este separată.

11.Dimensiunile crestăturii și conductorului

Din anexa 5 (extras din STAS 685-74) se alege sârma cu d=1,4 mm și SCu1=1,539 mm2; rezistența electrică la 200 C în curent continuu [Ω/m]:0,0112(ρCu=1,78·10-8Ω·m), masa [kg/km]:13,7; izolator email tereftalic (ET), clasă de izolație F.

diz=d+grosimea totală a izolației conductorului [mm], diz-diametrul izolat

diz=1,4+2·0,07=1,54 mm,

unde 2·0,07-grosimea bilaterală a izolatorului (ET) din anexa 9

· Deschiderea crestăturii (astfel încât conductorul să poată fi introdus în crestătură fără deteriorarea izolației)

as diz=1,5 mm=2,9 mm; as=3 mm

· Lățimea constantă a dintelui

[m], în care:

kFe=0,95 este coeficientul de împachetare, pentru tablă silicioasă 0,5 mm grosime, laminată la rece cu cristale neorientate și izolată cu peliculă fină de lac

B’dadm –amplitudinea inducției magnetice admisibilă în dinte; se ia B’dadm=1,5T (paragraful 10.4.2.B.c –dinți cu pereți paraleli)

cm

· Secțiunea netă a crestăturii S’cr (fără pană și istm și fără izolația crestăturii compusă dintr-o folie izolantă de NMN „nomex-myler-nomex” cu grosimea de 0,22 mm.

[mm2], în care:

diz –diametrul izolat al conductorului în mm;

ntot=nc1·nf –numărul total de conductoare elementare în crestătură;

nf=1 rezultând ntot=nc1=26 conductoare/crestătură

ku0,75 –coeficientul de umplere a crestăturii

Adoptăm ku=0,7

Rezultă mm2

12.Verificări necesare

Verificarea încadrării în limite a inducției magnetice în jugul statorului (valoarea maximă)

[T],

în care h’j1 este înălțimea de calcul a jugului statoric

Când nu există canale axiale de ventilație atunci

[m],

unde hc1=hCu x numărul conductorilor pe înălțimea crestăturii + hiz

hiz-suma grosimilor tuturor izolațiilor pe înălțimea crestăturii, a penei crestăturii și jocului=0,3-0,5mm

Izolații întâlnite: izolația crestăturii compuă dintr-o folie de NMN cu grosimea de 0,22 mm, izolația la fundul crestăturii-micanită flexibilă cu grosimea de 0,5 mm, izolația sub pană-sticlotextolit gros de o,5 mm. Pana este din sticlotextolit, grosime 4 mm.

hiz= 2·0,22+0,5+0,5+4+0,3+11·0,14=7,28

hCu=1,4 mm

hC1=1,4·11+7,28=22,68 mm

hj1= cm

Rezultă ,

valoare ce se încadrează în limitele admisibile ale inducției magnetice în jugul statorului (indicate în paragraful 10.4.2.B):

3.4.4 Calculul lățimii întrefierului

[cm]

cu A în A/cm, τ în cm și Bδ în T, în care:

-este reactanța de scăpări pe fază care se estimează inițial în limitele

u.r. Adoptăm valoarea

-reactanță sincronă longitudinală

La mașina sincronă, mărimea întrefierului δ se determină astfel încât mașina să aibă o anumită reactanță sincronă longitudinală ; de valoarea acesteia depinde stabilitatea statică a mașinii, capacitatea de suprasarcină, curentul de scurtcircuit în regim permanent și dimensiunile înfășurării de excitație.

u.r.; în medie u.r.

cm

3.4.5. Dimensionarea circuitului magnetic al mașinii sincrone

1.Dimensionarea statorului și întrefierului

Dimensionarea circuitului magnetic al statorului și a întrefierului s-a făcut odată cu stabilirea dimensiunilor principale și înfășurării indusului respectiv odată cu calculul lățimii întrefierului.

2.Dimensionarea rotorului

a) Diametrul rotorului

Dr= D-2δ = 15-0,2 = 14,8 cm

Lungimea rotorului

Fiind mașină de putere medie miezul feromagnetic al rotorului (inductorului) se construiește identic cu cel al statorului (compact), similar ca la mașinile asincrote (din interioarele talelor stator).

Lq2=lFe ≈li=11 cm

Numărul de crestături ale rotorului

0,80 , unite (13.47)

Z2’ – numărul de crestături în cazul când ar fi uniform repartizate pe periferia rotorului

Z2 – numărul de crestături reale in care se introduce înfășurarea rotorului (de excitație).

Având în vedere că, din motive mecanice, se recomandă: Z2<Z1=48

se alege numărul de crestături, în ipoteza ca ar fi uniform repartizate, astfel încât să satisfacă și relațiile (13.47.a), adică Z2’=36

și deci – număr întreg

Numărul de crestături reale rezulta din relația (13.47)

Z2=γZ2’=(0,660,8)32=21,1225,6

și dacă se ține cont de condițiile impuse de relațiile (13.47.a) se stabilește Z2=24.

Rezultă deci pentru crestăturile rotorului, următoarele valori:

Z2’=32 , Z2=24 ,

număr întreg par

– crestături nebobinate pe pol

(Nb, este numărul de crestături bobinate, pe poli, iar este numărul de bobine pe pol ale înfășurării de excitație)

Dimensiunile (orientative) ale crestăturii rotorului

Lățimea crestăturii

bC2 = (0,350,42)tR = (0,350,42)1,450,6 cm

în care cm este pasul dentar al rotorului

Lățimea crestăturii trebuie însa corelată cu lățimea standardizată a conductorului și grosimea tuturor izolațiilor biZ (v. relațiile 13.126)

La mașinile sincrone cu poli înecați se utilizează, de regulă, conductor profilat izolat cu email tereftalic și două straturi de fire de sticlă (PE2S). Bobinele sunt concentrice, iar așezarea conductoarelor in crestătură este intr-un strat cu latura mare pe lățimea bC2 a crestăturii rotorului.

Izolația crestăturii, care este și izolația față de masă, va fi constituita din două folii de NMN cu grosimea de 0,22mm fiecare.

Rezulta deci

biZ= 0,45+0,88+0,25=1,58 mm 1,6 mm

unde:

0,45 – grosimea bilaterală E2S

0,88 – grosimea bilaterală a două folii NMN

0,25 – jocul pe lățime

Lățimea orientativa a conductorului

Bcond=bc2-biz= (56) – 1,6=3,44,4 mm

Din STAS 2873/1-86 (anexa 7) se va avea în vedere a se lua (după calculul înfășurării de excitație) un conductor cu lățimea de 3,75 mm, pentru care rezultă

bc2=bcond+biz=3,75+1,6=5,35 mm

Înălțimea crestăturii

hc2= (0,130,175)Dr = (0,130,175)14,8=1,922,59 cm

Se alege orientativ hc2=20 mm

Verificarea inducției magnetice maxime la baza dintelui mare al rotorului

1.Verificarea inducției magnetice maxime

unde, conform relației (13.89)

ΦDT=ΦD+Φσ=4,34·10-3+0,55·10-3=4,89·10-3 Wb

în care, conform relației (13.86)

ΦD=b`p li Bj=0,058·0,11·0,68=4,34·10-3 Wb, cu (v. rel. 13.86, a)

b`p=(ND+1)tR=(3+1)·1,45=5,8 cm

-fluxul magnetic de scăpări, estimat pentru σ=1,1

Φσ=(σ-1)Φ=(1,1-1)·5,55·10-3=0,55·10-3 Wb

-conform relației (13.90, a)

.

După cum se vede, valoarea inducției magnetice maxime este sub limita admisă (B`dRmax1,751,85T)

2.Verificarea lățimii minime a dintelui mic

valoarea peste limita inferioară de 5 mm

Dimensiunile jugului rotorului

-înălțimea jugului rotorului

unde s-a luat, conform par. 13.32.B Bj2=1T (inducția magnetică în jug)

-diametrul interior al rotorului

Dir=Dr-2(hC2+hj2)=14,8-2(2+2,9)=5 cm

3.4.6 Înfășurarea de amortizare

Înfășurarea de amortizare la mașinile cu poli înecați, se plasează în dintele mare. Dacă mașina sincronă funcționează în regim de generator independent cu autoexcitație (excitație de la bornele acestuia), atunci pentru mărirea remanenței magnetice, tot în dintele mare, sub înfășurarea de amortizare, se pot prevedea crestături dreptunghiulare închise, în care se introduc bare de oțel masiv, fără a se afecta inducțiile magnetice în această zonă.

Înfășurarea de amortizare se dimensionează, orientativ, din condițiile unei amortizări corespunzătoare a câmpurilor magnetice de succesiune inversă.

Se preferă, în cazul generatoarelor, barele din cupru (pentru pierderi mici). Inelele de scurcircuitare se fac din cupru.

Secțiunea totală a barelor pe pol

[mm2]

în care:

na – este numărul barelor pe pol;

sa – secțiunea unei bare, în mm2;

A – pătura de curent, în A/cm;

τ –în cm;

J1 – densitatea de curent din stator, în A/mm2

Pasul crestăturilor înfășurării de amortizare ta se stabilește astfel încât să se micșoreze pe cât posibil pierderile în bare, date de câmpurile magnetice de succesiune inversă.

Pentru generatoare se poate lua ta=t1=1 cm

Numărul de bare pe pol (în dintele mare)

unde cm

Se adoptă valoarea na=4.

În cazul mașinilor cu poli înecați barele de amortizare sunt dreptunghiulare.

Secțiunea unei bare de amortizare

mm2

Deoarece pasul ta este relativ mic se aleg bare dreptunghiulare cu crestături semiînchise. Se impune raportul dimensiunilor conductorului (orientativ) h/b=3 și rezultă lățimea conductorului mm

Din STAS 2873/1-86 (anexa 7) se alege pentru bara de amortizare conductorul din cupru electrolitic in stare tare (simbol HB) și anume Sârmă HB – 3×9 STAS 2873/1-86=26,4 mm2=sa.

Dimensiunile crestăturii înfășurării de amortizare sunt:

bca=b+0,3(joc)=4+0,3=5,3 mm

hca=h+0,5(joc)+h0=9+0,5+2,5=12 mm,

în care s-a considerat h0=b0=2,5 mm (h0, b0 – dimensiunile ???)

Secțiunea transversală a inelului de scurcircuitare

si=(0,40,5)sana=(0,40,5)·26,4·4=42,2452,8 mm2

La coliviile rotoarelor cu poli înecați, inelul de scurcircuitare se execută din tablă groasă de cupru, care se construiește sub formă de placă frontală, închiderea ei (pentru a constitui inel complet) făcându-se pe sub partea frontală a înfășurării de excitație.

Adoptăm valoarea si=50 mm2.

3.4.7 Parametrii înfășurării indusului (în regim staționar)

-se calculează direct în unități relative (adică raportați la impedanța nominală ZN=U1N/IN)

1.Rezistența în c.a. pe fază

u.r.

în care R1 este rezistența pe fază a înfășurării indusului (statorului).

în care L1 este lungimea totală a conductoarelor unei faze și unei căi de curent în paralel, în m:

L1=2w1lwmed1=2·208·0,28=116,48

unde lwmed1 este lungimea medie a unei jumătăți de spiră a statorului

lwmed1=lg+lf1=11+17=28 cm

lf1 – lungimea medie a părții frontale a bobinei (a capetelor) statorului

lfmed=lfI=lfII=lfIII=; i=1,2

lfi – lungimile medii frontale ale bobinelor

Lungimea frontală a bobinei statorului se determină efectuând la scară construcția grafică în fig. 10.34.a. Rezultă lf1=17 cm

coeficientul mediu de creștere a rezistenței în curent alternativ Rca, fața de cea în curent continuu Rcc, datorită fenomenului de refulare a curentului. Pentru mașinile sincrone normale (cu dimensiunile conductoarelor în limite tehnologice) se poate considera, la frecvența industrială (50 Hz) de alimentare a înfășurării statorului, kr1.

rezistivitatea materialului conductorului la temperatura de funcționare v, în mm2/m. Pentru clasa de izolație F: v=115C; ρ115=1,38· ρ20;

ρ20=

2.Reactanța de scăpări pe fază

[u.r.]

în care xσ1 este reactanța de scăpări pe fază a înfășurării indusului

[Ω], în care

f1 – este frecvența tensiunii de alimentare, în Hz;

μ0=4·π·10-7H/n

Σλ1=λc1+λd1+ λz1+λf1 – este permeanța geometrică specifică (pe unitatea de

lungime) totală a statorului undei:

λc – permeanța geometrică specifică a scăpărilor în crestătură;

λd – permeanța geometrică specifică a scăpărilor diferențiale;

λz – permeanța geometrică specifică a scăpărilor la capetele dinților;

λf – permeanța geometrică specifică a scăpărilor în părțile frontale.

Permeanța geometrică specifică a scăpărilor în crestătură

Rezultă

Permanența geometrică specifică a scăpărilor diferențiale

unde

kc – coeficientul întrefierului (al lui Carter);

k01 – coeficientul care depinde de deschiderea crestăturii, de lățimea întrefierului și de pasul dentar;

ρd1 – coeficientul de amortizare a câmpului magnetic al armonicilor superioare, datorită reacției curenților din înfășurări (curenții induși în rotor de armonicile statorului, reacționează asupra acestora slăbindu-le);

σd1 – coeficientul de scăpări diferențiale al înfășurării statorului;

kσd – coeficientul cu care se înmulțește λd1, calculat în cazul mașinii asincrone, pentru a se micșora, datorită neuniformității întrefierului pe periferia rotorului. Pentru mașinile sincrone cu poli înecați d obicei λd10, ceea ce ar corespunde lui kλd<0,8.

Permeanța geometrică specifică a scăpărilor la capetele dinților

– coeficientul lui Carter pentru rotor

Permeanța geometrică specifică a scăpărilor în părțile frontale

Permeanța geometrică specifică a scăpărilor în părțile frontale

λ1=λc1+λd1+λz1+λf1=2,28+0+0,58+1,58=4,43

Rezultă

Valoarea normată (în unități relative) va fi:

u.r.

3.Reactanța utilă corespunzătoare fluxului magnetic de rotație a indusului (pentru mașinile cu poli înecați)

[u.r.]

în care:

– este coeficientul de reacție al indusului;

Fa – amplitudinea fundamentalei solenației de reacție a indusului pe o pereche de poli

Unδ0 – t.n.a întrefierului la funcționarea în gol, pe o pereche de poli, corespunzătoare tensiunii nominaleU1N (nu t.e.n. nominale E1N)

în care:

kc – coeficientul Carter

Kc = Kc1Kc2

ude Kc1 este coeficientul lui Carter pentru stator iar Kc2 este coeficientul lui Carter pentru rotor corespunzător crestăturilor din zona dintelui mare.

– coeficientul lui Carter pentru stator

Kc=1,121,06=1,18

Rezultă

u.r.

În cazul mașinilor sincrone cu poli înecați, reactanțele după ambele axe (longitudinală si transversală) sunt aproximativ egale: xad=xag=xa.

4.Reactanța sincronă (la mașinile cu poli înecați)

xd=xa+xσ1=2,03+0,086=2,116 u.r.

3.4.8 Parametrii înfășurării de amortizare

Expresiile parametrilor înfășurării de amortizare au fost stabilite admițând următoarele ipoteze simplificatoare, ipoteze care sunt în concordanță cu situațiile reale:

-rezistența și reactanța de scăpări sunt aceleași pentru toate barele;

-distribuția curentului în barele coliviei de amortizare nu este modificată de segmentele de scurcircuitare și de câmpul magnetic de reacție produs de colivie;

-se neglijează curenții din fierul rotorului;

-colivia de amortizare este simetrică față de axa polului, iar barele sunt egal distanțate pe dintele mare;

-se neglijează saturația magnetică;

-se ține seama de coeficientul lui Carter echivalent, adică din dreptul dintelui mare și din restul pasului polar;

-se consideră numai armonica fundamentală a tensiunii magnetice a înfășurării indusului.

1.Rezistența înfășurării de amortizare

a)Rezistența după axa longitudinală, pentru inelele de scurcircuitare complete, raportată la stator și în unități relative.

[u.r.], în care

kr – este coeficientul de majorare a rezistenței barelor de amortizare datorită refulării curentului. Pentru bare dreptunghiulare normale cu h/b3, se ia kr=1;

kb, ki – raportul dintre rezistivitatea materialului barelor (kb), respectiv inelului de scurcircuitare (ki) și rezistivitatea cuprului care, în funcție de materialele utilizate au valorile: – pentru cupru: 1,0;

ρCuv=1,38 ρ20=0,0246 Ωmm2/m este rezistivitatea cuprului la v=115C;

lb – lungimea barei de amortizare (între inelele de scurcircuitare) în m, care se ia constructiv cât lungimea geometrică a rotorului (pentru poli înecați), la care se mai adaugă o lățime a inelului de scurcircuitare;

lb=0,11+0,04=0,15 m

Cd,CD – coeficienți care rezultă din raportarea înfășurării de amortizare la înfășurarea statorului după axa longitudinală și se iau din figura 13.23. a, respectiv 13.24.a, în funcție de numărul barelor pe pol sa și de unghiul

[0el]

care este unghiul electric dintre barele extreme ale aceluiași pol

Din fig. 13.23.a, respectiv 13.24.a, pentru 2β=45,880 și sa=4 rezultă: Cd=0,3, CD=0,15.

Rezultă:

u.r.

b)Rezistența după axa transversală, pentru inele de scurtcircuitare complete, raportată la stator și în unitățile relative.

[u.r.]

în care:

Cg, CQ – au aceeași semnificație ca si Cd și CD, însă după axa transversală și se iau din figura 13.23.b respectiv 13.24.b, în funcție de aceleași mărimi (sa și 2*β)

Cg=1,6; CQ=1,8

Rezultă

u.r.

2.Reactanțele de scăpări ale înfășurării de amortizare

a)Reactanța de scăpări după axa longitudinală, pentru inele de scurtcircuitare complete, raportată la stator și în unități relative

σd=πμ0Fa/ф1N•[lFe2(λca+λda)+λfaτcd]•1/4cd+σadxa, u.r.

în care:

lFe2 – este lungimea rotorului în n;

λCa – permeanța geometrică specifică a scăpărilor în crestătura înfășurării de amortizare:

λda – permeanța geometrică specifică a scăpărilor le capetele dinților

λda0 (se poate neglija);

λfa – permeanța geometrică specifică de scăpări a inelelor de scurtcircuitare, pe unitatea de lungime a pasului polar. În medie se poate lua λfa0,3;

σad – coeficientul scăpărilor suplimentare longitudinale;

Dacă înfășurarea de excitație este deschisă, pentru mașinile cu poli înecați (kd=1),σad se ia din figura 13.25.a, în funcție de sa și 2β.

Rezultă:

b) Reactanța de scăpări după axa transversală, pentru inele de scurtcircuit complete, raportată la stator și în unități relative.

[u.r.]

În care:

σaq – este coeficientul scăpărilor suplimentare transversale care se ia din figura 13.25.b, în funcție de sa și 2β

σaq=0,069

Rezultă:

u.r.

3.4.9 Calculul înfășurării de excitație

Calculul înfășurării de excitație se face similar ca la mașina cu curent continuu cu excitație separată. Spre deosebire de mașina de curent continuu însă, la mașina sincronă normală înfășurarea de excitație, care se află pe rotor, este solicitată și la acțiunea forței centrifuge. De aceea, construcția înfășurării de excitație trebuie să fie destul de rigidă pentru ca să nu sufere deformații în funcționare sau să nu apară fenomenul de măcinare a izolației, datorită vibrațiilor posibile în exploatare și deci pericolul străpungerii, mai ales față de masă.

La mașinile sincrone cu poli înecați se utilizează de regulă, conductor profilat izolat cu email tereftalic și două straturi de fire de sticlă (PES2). Bobinele sunt concentrice, iar așezarea conductoarelor în crestătură este într-un strat cu latura mare pe lățimea bc2 a crestăturii rotorului.

Secțiunea conductorului înfășurării de excitație (considerând că toate bobinele sunt în serie)

Sce=1,1· [mm2], în care

este rezistivitatea materialului pentru conductorul de excitație, în Ωmm2/m, la temperatura v (C). Pentru clasa de izolație F și v=140C (pentru a se lucra acoperitor) ρ1401,48 ρ20=0,0265 Ωmm2/m;

tensiunea de excitație, adică:

pentru mașinile cu inele colectoare

Ue=UeN-ΔUpe, cu ΔUpe=23V. estimăm ΔUpe=3V. UeN – tensiunea de excitație nominală; la mașinile cu poli înecați unde se cere o umplere bună a crestăturii (deoarece spațiul de amplasare al excitației, este mai redus ca la polii aparenți) se recomandă UeN=50100V. Adoptăm UeN=50V. rezultă Ue=50-3=47V;

1,1 – reprezintă un factor de acoperire al diferitelor erori ce s-ar putea strecura în calculul lui FeN;

ρemed – lungimea medie a spirei înfășurării de excitație, în m; se determină făcând construcția la scară a capetelor frontale, așa cum se indică în fig. 13.20.b.

Valori pentru elementele constructive:

cm;

Din desenul la scară a rezultat:

Lfmed=2·lA`B` + πrmed + 2·lC`D`=2·36,5+π·21+2·55=228 mm=32,8 cm, unde:

Lungimea medie a spirei bobinei de excitație:

Lemed=2(lg2+lfmed)=2(11+32,8)=87,6 cm=0,87 m

FeN – solenația de excitație la sarcină nominală; FeN=5270 A

Rezultă: Sce=1,1·0,0265 mm2.

Din STAS 2873/1-86 (anexa 7), pentru aceeași lățime a conductorului considerată la calculul lățimii crestăturii rotorului (în care s-a considerat bcond=3,75 mm), se ia conductorul din cupru electrolitic în stare moale (O), izolat cu E2S și anume

Sârmă O-3,75×1,6 izolat E2S STAS 2873/1-86=5,79 mm2.

Curentul de excitație

Ie=Sce·Je=5,79·6=34,75 A, unde

Je – densitatea de curent, în A/mm2, conform paragrafului 13.3.1.B: Je=6 A/mm2.

Numărul de spire, pe un pol, al înfășurării de excitație

spire

Numărul de conductoare din crestătură

conductoare

Capitolul IV . Utilizarea grupurilor electrogene în sistemele de comunicații MILITARE

4.1 Structura sistemului de transmisiuni al armatei române (STAR)

Evoluția tehnico-științifică contemporană extrem de spectaculoasă se răsfrânge atât asupra evoluției societății cât și în dezvoltarea organismului militar sub toate aspectele. Societatea informațională în plină dezvoltare se impune în domeniul militar determinând perfecționarea și integrarea doctrinei curente cu planurile de modernizare pentru a câștiga războiul informațional în câmpul de luptă modern. Acest tip de război nu este definit oficial însă se apreciază a fi ,,acțiunile întreprinse pentru asigurarea superiorității informaționale prin afectarea informațiilor, proceselor de prelucrare și a sistemelor informaționale ale adversarului, concomitent cu apărarea celor proprii’’.

În sprijinul acestor evoluții științifice, tehnice și militare pe plan mondial și în armata noastră s-au întreprins studii și acțiuni de analiză a situației în domeniul comunicațiilor militare, precum și de elaborare a concepției de realizare a unui sistem de comunicații global, integrat al Armatei României.

Potrivit ,,Concepției de organizare și realizare a sistemului de transmisiuni al Armatei României’’, aprobată prin hotărârea S-4 a ședinței din 31.01.1994 Consiliului Suprem de Apărare al Țării, Sistemul de Transmisiuni al Armatei României (S.T.A.R.) este constituit din ansamblul centrelor și liniilor de transmisiuni cu diverse destinații, interconectate în funcție de misiunile, locul și timpul de realizare, organizare și instalare într-o structură determinată, după un plan unic, care funcționează automatizat sau neautomatizat, în mod uimitor, în vederea asigurării legăturilor necesare conducerii, cooperării și înștiințării trupelor în diferite forme de ducere a luptei.

În funcție de destinația sa în cadrul sistemului de transmisiuni global al armatei noastre se organizează rețeaua de transmisiuni permanentă (staționară) și rețeaua de transmisiuni de sprijin (mobilă) pentru conducerea în campanie a eșaloanelor operative și tactice de arme întrunite.

Rețeaua de transmisiuni permanentă RTP este componenta staționară (fixă) a sistemului de transmisiuni global care funcționează neîntrerupt și ale cărui elemente sunt instalate în locuri dinainte stabilite și amenajate corespunzător.

În funcție de mijloacele tehnice utilizate, metodele de transmitere a informației, destinație și categoriile de legături ce se realizează, varianta staționară a sistemului de transmisiuni global se compune din rețeaua de transmisiuni permanentă primară, rețeaua de transmisiuni secundare și sistemul pentru conducerea automatizată a rețelei de transmisiuni permanentă.

Rețeaua de transmisiuni de sprijin se organizează în scopul menținerii la o valoare acceptabilă a capacității de trafic în RTP prin înlocuirea centrelor de transmisiuni ale acesteia, scoase din funcționare de inamic, cu mijloace de transmisiuni mobile, precum și pentru creșterea capacității de acces la RTP în zonele în care se duc acțiuni de luptă și unde această rețea este puțin dezvoltată.

Caracterul omogen și unitar al STAR permite realizarea autospecialelor ce intră în compunerea Rețelei de transmisiuni de sprijin de campanie strategică cu aceleași tipuri de mijloace ca și cele utilizate în Rețelele de transmisiuni de sprijin de campanie ale corpurilor de armată (perfect compatibile cu cele utilizate în RTP).

Sistemul de transmisiuni trebuie să aibă o autonomie în caz de avarie de cel puțin 2-3 ore și să dispună de surse proprii de alimentare electrică prezentând din acest punct de vedere independența față de sistemul energetic național (atunci când acesta este scos din funcțiune).

În cazul sistemului de transmisiuni al Armatei României sistemul de alimentare cu energie electrică este destinat să asigure alimentarea neîntreruptă cu energie electrică a centrelor de transmisiuni din Rețeaua de transmisiuni permanentă (variantele de 10 KVA și 20 KVA) și din rețele de campanie (varianta 7,5 KVA). În cazul întreruperii tensiunii de la rețeaua trifazată de curent alternativ, trecerea pe tensiunea furnizată de grupul electrogen, precum și punerea in funcțiune a acestuia , se face automat, folosindu-se ca tampon bateria de acumulatoare. Rezervarea pentru grupul electrogen este asigurată 100%.

Sistemul de alimentare cu energie electrică – varianta strategică de 10 KVA și 20 KVA are în componență un grup electrogen dual staționar de 10 KVA (20 KVA), iar cel de alimentare cu energie electrică – varianta de 7,5 KVA are în componență un grup electrogen dual transportabil de 7,5 KVA.

4.2 Utilizarea eficientă a grupurilor electrogene de curent alternativ în sistemul de comunicații tactice în ofensivă.Concluzii.

Alegerea raioanelor de instalare a centrelor de transmisiuni reprezintă o activitate de decizie a organelor de conducere a transmisiunilor la eșaloane operative și tactice.

La organizarea sistemului de transmisiuni al subunităților, trebuie realizate și legăturile peste 2-3 eșaloane, acesta să fie reconfigurabil și evacuabil, să poată fi scos din funcțiune și secționat în părți în funcție de situația tactică.

La orice eșalon ierarhic, canalele necesare pentru fiecare direcție informațională să se obțină pe cel puțin două direcții de transmisiuni realizate pe trasee și mijloace tehnice diferite, iar traseele se aleg la o astfel de distanță încât liniile de pe acestea să nu fie afectate de efectele aceleiași lovituri sau de acțiunea similară a unor grupuri de cercetare-diversiune.

În fâșia corpurilor de armată va exista din timp de pace și un număr variabil de centre de transmisiuni nodale staționare care de regulă se mențin în funcțiune și în timp de război, urmând să fie evacuate la nevoie. Corelat cu aceasta se instalează în teren și centre de transmisiuni de sprijin de campanie, întregul ansamblu de echipamente staționare și mobile asigurând transmiterea informațiilor în cadrul sistemului. Această cerință impune compatibilitatea absolută între cele două categorii de rețele de transmisiuni: permanentă (staționară) și de sprijin (campanie).

În principiu sistemul de transmisiuni de sprijin a unui corp de armată dispus într-o fâșie de apărare cu suprafața de 300 Km (50×60 Km) poate cuprinde 15-20 centre de transmisiuni de sprijin, dintre care 5-6 sunt principale iar restul sunt de tranzit cu acces (secundare). De regulă aproximativ 70-80% sunt instalate în teren, unele în funcțiune, altele în regim de așteptare, fiind în măsură a completa rețeaua de sprijin iar 20-30% sunt în rezervă. Centrele de transmisiuni de sprijin aflate în rezervă se folosesc pentru înlocuirea celor scoase din funcțiune pe timpul luptei sau pentru dezvoltarea rețelei de transmisiuni de sprijin în anumite situații ale luptei.

Într-un sistem de transmisiuni are o importanță deosebită legătura directă de la punctul de comandă cu cele ale subordonaților și ale eșalonului superior, legătura care poate fi realizată prin fir și radioreleu, dar mai ales prin mijloace radio cu înalt grad de protecție față de cercetarea si bruiajul inamic. Rețeaua de transmisiuni a obiectelor mobile asigură o legătură continuă și stabilă între punctele de comandă și eșalonare aflate în mișcare precum și între aceștia și oricare dintre abonații staționari conectați la rețeaua de transmisiuni de sprijin.

Sistemele de transmisiuni ale subunităților în lupta ofensivă prezintă unele particularități față de cele organizate pentru lupta de apărare, determinate de ritmul de desfășurare a acțiunilor de luptă, schimbarea dese și bruște de situație, precum și de deplasarea mai frecventă a punctelor de comandă.

Sistemele de transmisiuni pentru lupta ofensivă trebuie să asigure legăturile necesare conducerii tuturor trupelor participante, cooperării și înștiințării acestora pe toată durata misiunilor de luptă când ritmul ducerii luptelor este ridicat, punctele de comandă se mută frecvent, iar liniile cu fir au o întrebuințare mai redusă. Astfel mijloacele mobile se utilizează pe axe și pe direcții, iar la nevoie pot fi folosite și circular. La organizarea liniilor radio se are în vedere în mod deosebit realizarea legăturilor pentru conducerea detașamentelor înaintate și a eșalonului doi (la introducerea în luptă) precum și legăturilor pentru cooperarea la joncțiuni și la învăluire.

La ofensivă mijloacele radio trebuiesc pregătite la lucrul din mers iar dacă aceasta nu este posibil se planifică deplasarea eșalonată a acestora sau lucrul din scurte opriri. Acest lucru din mers se realizează utilizând sursele de curent mobile: acumulatorii sau generatoarele de energie, conform dotării fiecărui echipament.

Toate aceste componente ale STAR trebuie alimentate cu energie electrică. Astfel s-au creat sisteme care să asigure o alimentare alternativă avându-se în vedere caracterul redundant al surselor de energie pe câmpul de luptă. De aceea pentru alimentarea tehnicii de transmisiuni, pentru încărcarea acumulatoarelor pentru alimentarea cu energie electrică a punctelor de comandă sau diferite alte nevoi (ex: alimentarea motoarelor electrice, alimentarea unor echipamente auxiliare) se impune nevoia unor surse de energie electrică independente. O asemenea sursă este grupul electrogen de 6 KVA.

Deși marea majoritate a tehnicii de transmisiunii se alimentează cu energie electrică de curent continuu există însă și tehnică la care este necesară alimentarea cu energie electrică de curent alternativ (ex: stațiile radioreleu R-404 și R-405 HR, autostațiile radio de putere mijlocie R-140 și R-137, autostația radioreleu de capacitate mijlocie R412).

Pentru alimentarea tehnicii de transmisiuni cu energie electrică de curent continuu este necesar ca grupului electrogen de curent alternativ să i se atașeze un transformator de tensiune și un redresor.

Concluzii

Asigurarea necesarului de energie electrică este una din principalele probleme care trebuie avute în vedere pentru desfășurarea în bune condiții a tuturor misiunilor atât în timp de pace cât și în timp de război. Sursa principală de energie electrică o constituie rețeaua națională de energie electrică. Însă aplicațiile și operațiunile de luptă, de cele mai multe ori, nu se desfășoară în apropierea rețelelor de energie electrică, sau dacă acestea există, pot fi deteriorate. De aceea pentru alimentarea tehnicii de transmisiuni sau pentru încărcarea acumulatoarelor este nevoie de surse de energie electrică independente. O asemenea sursă este grupul electrogen.

Utilizarea grupurilor electrogene în sistemele de comunicații militare conferă acestora următoarele caracteristici:

independența față de rețeaua națională de energie electrică;

flexibilitate în sensul că centrele de transmisiuni mobile pot fi amplasate și în zone fără acces la rețeaua de energie electrică.

Pentru a exemplifica importanța și rolul grupurilor electrogene în sistemele de comunicații militare ne vom referi la exercițiul NATO “Cooperative Determination” care a avut loc la Sibiu în 1997. Pe toată perioada pregătirii și desfășurării aplicației (aproximativ 20 de zile) centrul de transmisiuni transportabil de substituție (“BT”) din compunerea Rețelei de Transmisiuni Permanente situat în poligonul Daia, a funcționat neîntrerupt, alimentarea sa cu energie electrică făcându-se de la două grupuri electrogene din compunere care au funcționat alternativ cumulând 220 , respectiv 270 de ore de funcționare.

4.3 Norme de protecția muncii. Măsuri de securitate la exploatarea grupurilor electrogene

Grupul electrogen reprezintă o sursă de energie electrică cu tensiunea de 380 V. Această tensiune este periculoasă pentru viață în cazul în care se produce contactul între om și părțile conductoare de curent. Spre a se evita electrocutarea la exploatarea grupului, trebuie să fie respectate cu strictețe următoarele indicații:

la legarea conductoarelor de sarcină cu bornele de ieșire, în timpul funcționării grupului, este necesar să ne convingem în prealabil că întrerupătorul de sarcină se află în poziția ,,decupat’’;

nu trebuie să se atingă bornele de ieșire la funcționarea grupului;

este interzis a se lăsa să funcționeze cu capota blocului aparaturii scoasă.

Pericolul de electrocutare apare de asemenea în cazul atingerii corpului grupului,

aflat sub tensiune, în cazul determinării izolațiilor pieselor conductoare de curent, la punerea simultană la pământ în rețeaua de cabluri sau a sarcinii.

Spre a se evita accidentarea personalului de deservire la astfel de avarii, precum și ca să nu apară pe corpul grupului o tensiune datorită scurgerilor de curent în grup și în linie, trebuie ca masa grupului să fie legată la pământ. Metoda de legare la pământ este stabilită prin instrucțiunile de exploatare ale stațiilor pentru care sunt utilizate grupurile.

În cursul exploatării grupului trebuie să se respecte regulile de prevenire a incendiilor. O atenție deosebită se va acorda stării în care se află rezervorul de combustibil, robinetul de trecere și conducta de alimentare. Toate scurgerile constatate vor fi eliminate imediat.

Fumatul în apropierea grupului este interzis. În cazul unui incendiu, pentru stingerea lui trebuie să se folosească extinctorul.

CAPITOLUL V. MODEL DE ÎNCARCATOR PENTRU ACUMULATORI

După cum se știe, durata de exploatare în condiții de siguranța deplina a unui acumulator plumb-acid sulfuric este determinata în foarte mare măsură de corecta exploatare a acestuia. În timpul exploatării unui acumulator plumb-acid sulfuric, o mare atenție trebuie acordata reîncărcării corecte a bateriei, imediat(cât mai repede posibil) după ce din acesta a fost folosită o anumită cantitate de energie, chiar dacă nu s-a produs descărcarea completă. La reîncărcare trebuie avut în vedere să nu se producă supraîncărcarea bateriei, ceea ce are drept urmare un consum suplimentar de energie, descompunerea masivă a electrolitului, distrugerea masei active și fărâmițarea acesteia (pastă) etc.

În cele ce urmează se prezintă un aparat care rezolvă problema încărcării automate a acumulatoarelor la capacitatea lor nominală, fără riscul supraîncărcării.

Aparatul, conform schemelor din figurile 1 și 2, asigură următoarele performanțe și facilități:

-economicitate maximă, întrerupând alimentarea primarului transformatorului coborâtor de tensiune cât bateria s-a încărcat la capacitatea nominală, ținând cont și de temperatura ambiantă;

-elimină riscul conectării cu polaritate inversă a bateriei la redresor; în cazul unei conectări greșite, releul din circuitul primarului nu închide contactele K2 și greșeala este vizualizată prin aprinderea LED-ului roșu. Conectarea corectă este indicată de lumina verde a LED-ului D3;

-încărcarea automată a bateriilor cu plumb, cu capacitatea de până la 200 Ah, curentul maxim de încărcare fiind de 20 A;

-indicarea sfârșitului încărcării prin lumina becului cu neon Ne.

Aparatul se compune din două părți distincte, respectiv un modul redresor cu variator de curent (tensiune) și un modul de urmărire a tensiunii pe baterie, cu decuplarea automata a bateriei la încărcarea acesteia.

Redresorul propriu-zis (figura 1) este format din transformatorul coborâtor de tensiune, puntea redresoare și tiristorul de reglare a intensității curentului cu elementele anexe. Transformatorul este protejat în primar cu siguranța fuzibilă de 2 A. Întrerupătorul K1 asigură “acționarea” montajului de la rețea și are ax comun cu potențiometrul P2.Întrerupătorul K2 este reprezentat de contactele normal deschise ale releului RI13A (figura 2) și asigură pornirea (alimentarea) montajului când bateria este descărcată și corect cuplată la redresor, respectiv întreruperea rețelei când bateria este încărcată sau este greșit conectată la redresor. Becul cu neon Ne, prin rezistența de 100 kΩ (1 W) indică prin aprinderea sa faptul că aparatul este cuplat la rețea (K1 închis), însă bateria este încărcată (LED-ul verde luminează) sau greșit cuplată la redresor(LED-ul roșu luminează).

Transformatorul coborâtor de tensiune va debita în secundar 20 A/16 V în gol, deci va fi minimum 320 VA. Grupurile RC de 50 Ω-0.1 μF sunt pentru protecția comutatoarelor, contactelor releului, a tiristorului și totodată contribuie la antiparazitarea (electrică) a montajului.

Puntea redresoare este de tipul 20PMO5 sau clasă superioară, montată pe o suprafață metalică (aluminiu sau cupru) radiantă de minimum 100 cm2.În lipsa unei punți 20PMO5, aceasta poate fi înlocuită cu patru diode D10NO5, 10SIO5, 20SIO5 sau echivalente.

Prin R10 și D10 se obține o tensiune stabilizată (13 V) pentru generatorul de impulsuri realizat cu tranzistorul unijoncțiune (TUJ) de tip ROS11A sau echivalent. Frecvența generatorului de impulsuri este dată de grupul P2C2 din emitorul lui T3.

În cazul în care P2 este de 10 KΩ, C2 va fi de 1 μf (pe cablaj 2×0.47 μF. Dacă P2 este de 100 KΩ, C2 va fi de 0.1 μF. Impulsurile generate de T3 sunt aplicate pe poarta tiristorului T22NO5 (sau echivalent). Tiristorul va fi montat cu filet pe un radiator de cca. 100 cm2 (poate fi comun electric cu cel de la 20PMO5-arie totală 200 cm2 minimum), în cazul punții realizate din diode discrete, radiatoarele vor fi izolate între ele electric. Intensitatea curentului de încărcare este indicată de ampermetrul I, care este etalonat pentru 20 A la cap de scală.

“Automatica” aparatului este asigurată de montajul din figura 2. Grupurile D1, D3, respectiv D2, D4 cu rezistențele serie asigură vizualizarea conectării corecte sau incorecte a bateriei la redresor (LED verde-baterie corect conectată; LED roșu-baterie invers conectată).Prin R3 (20Ω/1-2 W) se asigură un histerezis ce întârzie recuplarea releului, respectiv recuplarea se face când tensiunea pe baterie a scăzut la 13.5 V. D5 protejează pe T1 și T2 la o eventuală conectare inversă a bateriei și ajută la compensarea termică a nivelului de încărcare cu -2mV/oC.

Din divizorul R4 , P1, R5 se culege semnalul de tensiune cu care se comandă T1 și T2 prin grupul de diode D6, D7 și D8. Dioda D6 va fi de tipul DZ5V6Z; D7 și D8 pot fi oricare dintre tipurile 1N4001-1N4007. De asemenea D7 și D8 pot fi înlocuite cu un singur dispozitiv DRD2 sau întreg grupul D6, D7, D8 cu un DL6V2 A sau B, respectiv DL6V8 A sau B. Releul RI13 este acționat de T2 și asigură cuplarea-decuplarea rețelei în funcție de starea de încărcare a bateriei. Acest releu poate fi înlocuit cu alte tipuri de relee cu bobina de 12 V, acordându-se o atenție deosebită izolației contactelor (acestea cuplează și deci trebuie să izoleze rețeaua de 220 V) și capabilității lor de curent (sarcina este transformatorul, deci puternic inductivă, iar curentul comutat de cca. 2 A). Acest montaj funcționează astfel: atâta vreme cât bateria este descărcată, datorită grupului R4P1R5 și D6D7D8 cu R6 între colectorul și emitorul lui T1 nu trece curent, iar T2, fiind polarizat pe bază prin R7 și R8, conduce anclanșând releul RI13. În momentul în care tensiunea bateriei depășește pragul fixat de P1, tranzistorul T1 trece în saturație scurtcircuitând pe R8 și se blochează T2, deci releul declanșează și se întrerupe alimentarea primarului transformatorului. Dioda D9 protejează pe T2 de tensiunile auto-induse de bobina releului.

În figura 3 sunt date schițele cablajului imprimat și de implantare pentru montajele din figurile 1 și 2. Grupurile RC sunt montate direct pe tiristor, respectiv pe releu-comutator. La fel și rezistența de 100 KΩ. Diodele luminiscente D3 și D4, precum și becul cu neon vor fi montate direct pe panoul aparatului.

Reglarea aparatului se face astfel: se pune bateria la bornele +/- ale redresorului. Tensiunea bateriei se urmărește cu un voltmetru de precizie, care asigură citirea tensiunii cu precizia de două zecimale. Reglajul se face la o temperatură a bateriei(și cea ambiantă) de 20 oC. Se pornește încărcarea bateriei și se acționează P1 astfel încât releul să decupleze când, la 20 oC , tensiunea la bornele bateriei atinge valoarea de 14.50 V. Se va descărca bateria pe un bec până scade tensiunea sub 13.5 V, când releul va anclanșa din nou. Se lasă să se încarce din nou la 14.50 V. În timpul acestor reglaje se recomandă ca din P2 să se stabilească un curent de 1/20 din capacitatea bateriei în Ah. Montajul astfel realizat va permite încărcarea completă a bateriei în funcție și de temperatura ambiantă, respectiv la o tensiune mai mică atunci când temperatura este ridicată și mai mare când temperatura ambiantă este mai mică. Autoreglarea (compensarea) în temperatură a încărcării este asigurată de D5D6D7 și D8 și constă în decalarea tensiunii de prag cu 6 mV/oC spre valori mai mari când temperatura este mai mică de 20oC, respectiv mai mici când temperatura depășește 20oC, prelungind astfel durata de exploatare a bateriei.

Încărcarea bateriei se face la un curent de maximum 1/10 din capacitatea în Ah dată de fabricant. În caz de forță majoră (urgență), se poate încărca și cu 1/5, însă numai de 1-2 ori în toată durata de utilizare a bateriei. În cazul utilizării montajului la încărcare4a bateriilor mai mari(electrocare etc.) se vor redimensiona corespunzător releul, transformatorul, puntea redresoare și tiristorul.

Figura 1

Figura 2

Cablajul imprimat

BIBLIOGRAFIE

Cioc, I., Nica, C. –Proiectarea mașinilor electrice. Editura Didactică și Pedagogică, București, 1994

Rațiu, Ghe.-Curs de Bazele electrotehnicii. Editura A.F.T, Sibiu, 2000

Mr. ing. Stroe, N., Mr. ing. Anghel, N. –Curs de electrotehnică, măsurători și mașini electrice. Editura Academia Militară Tehnică, București 1990

Col. conf. Univ. dr. Burlacu, Șt. –Curs de Sisteme de transmisiuni

Ursea, P., Rouădedeal, F., Ursea, B. –Electrotehnică aplicată. Editura Tehnică, București –1995

Lt. Col. ing. Mitrescu, I., Lt. ing. Iacob, P. –Electrotehnica și surse de electroalimentare

Câmpeanu. A. –Mașini electrice. Probleme fundamentale, speciale și de funcționare optimală. Editura Scrisul românesc, Craiova 1988

*** Îndrumar de laborator la cursul de mașini electrice și acționări automate. Editura AMT. București 1985

*** Buletinul transmisiunilor nr. 3-4, București 1995

*** Documentar privind Sistemul de Transmisiuni al Armatei României (S.T.A.R.)

*** T-3f1. Instrucțiuni pentru descrierea și exploatarea autostației radioreleu R-405HR

*** T-3h. Instrucțiuni pentru descrierea și funcționarea stației radioreleu R-404

*** T-3f1. Instrucțiuni pentru descrierea și exploatarea grupurilor electrogene tip AB-2-0/230 și AB-4T/230 și motoarelor tip UD-1 și UD-2, Editura Militară a Ministerului Forțelor Armate ale R.P.R., București 1964

*** T-11b. Instrucțiuni pentru cunoașterea, exploatarea și întreținerea grupului electrogen AB-8M, București 1970

*** T-11s. Instrucțiuni pentru descrierea și exploatarea surselor chimice de curent folosite în aparatura și autospeciale de transmisiuni, București 1969

*** T-15b. Memorator tehnic de transmisiuni –Editura Militară, București 1965