PROGRAMUL DE STUDII UNIVERSITARE: ELECTROMECANICA [604131]
UNIVERSITATEA DIN PITEȘTI
FACULTATEA DE ELECTRONICĂ, COMUNICAȚII ȘI CALCULATOARE
DEPARTAMENTUL ELECTRONICĂ, CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ
PROGRAMUL DE STUDII UNIVERSITARE: ELECTROMECANICA
LUCRARE DE LICENTA
Absolvent: [anonimizat] 2019
UNIVERSITATEA DIN PITEȘTI
FACULTATEA DE ELECTRONICĂ, COMUNICAȚII ȘI CALCULATOARE
DEPARTAMENTUL ELECTRONICĂ, CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ
PROGRAMUL DE STUDII UNIVERSITARE: ELECTROMECANICA
LUCRARE DE DISERTAȚIE
OPTIMIZAREA ECONOMICA SI ENERGETICA A MOTO ARELOR
ASINCRON MONOFAZAT E PENTRU ECHIPAMENTE ELECTROCASNICE
Absolvent: [anonimizat] 2019
DECLARAȚIE PRIVIND ORIGINALITATEA LUCRĂRII DE DISERTAȚIE
UNIVERSITATEA DIN PITEȘTI
FACULTATEA DE ELECTRONICĂ, COMUNICAȚII ȘI CALCULATOARE
DEPARTAMENTUL ELECTRONICĂ, CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ
PROGRAMUL DE STUDII UNIVERSITARE: ELECTROMECANICA
NUMELE ȘI PRENUMELE : CIOCANEL BOGDAN MARIUS
PROMOȚIA : 201 9
SESIUNEA DE EXAMEN DE LICENTA : IULIE 201 9
DENUMIREA LUCRĂRII DE LICENTA :
OPTIMIZAREA ECONOMICA SI ENERGETICA A MOTOARELO R
ASINCRON MONOFAZATE PENTRU ECHIPAMENTE ELECTROCASNICE
Declar pe propria răspundere că lucrarea de față este rezultatul muncii proprii, pe baza
cercetărilor mele și pe baza informațiilor obținute din surse care au fost citate și indicate conform
normelor etice, în textul lucrării, în note și în bibliografie.
Declar că nu s -a folosit în mod tacit sau ilegal munca altora și că nicio parte din lucrare
nu încalcă drepturile de proprietate intelectuală ale altcuiva, persoană fizică sau juridică.
Declar că lu crarea nu a mai fost prezentată sub această formă vreunei instituții de
învățământ superior în vederea obținerii unui grad sau titlu științific ori didactic.
În cazul constatării ulterioare a unor declarații false, voi suporta rigorile legii.
Data:
absolvent: [anonimizat], prenumele și semnătura
CUPRINS
Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 5
CAPITOLUL I – CONSIDERAȚII TEORETICE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 3
1.1. STUDIUL MAȘINII ASINCRONE MONOFAZATE ………………………….. ………………………….. …………… 3
CAPITOLUL II – METODE DE OPTIMIZARE ENERGETICĂ A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE …………. 10
CAPITOLUL III – PROIECTARE A, CONSTRUCȚIA ȘI TESTAREA MOTORULUI ASINCRON
MONOFAZAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 12
3.1 LISTA DE MATERIALE UTILIZATE ÎN CONSTRUCȚIA MOTORULUI ASINCRON
MONOFAZAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 12
3.2 PROIECTAREA SCUTURILOR MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT ………………………….. …… 16
3.3 PROIECTAREA STATORULU I MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT ………………………….. …… 18
3.4 PROIECTAREA ROTORULUI MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT ………………………….. …….. 25
3.5 CONSTRUCȚIA TEHNOLOGICĂ A MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT ………………………… 29
3.6 CONDIȚII EXPERIMENTALE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 35
3.7 DETERMIN AREA EXPERIMENTALĂ A PARAMETRILOR MOTORULUI ASINCRON
MONOFAZAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 38
CAPITOLUL IV – OPTIMIZAREA ENERGETICĂ A MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT ……………….. 42
4.1 REPROIECTAREA STATORULUI MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT ………………………….. . 42
4.2 REPROIECTAREA ROTORULUI MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT ………………………….. .. 45
4.3 DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A PARAMETRILOR MOTORULUI ASINCRON
MONOFAZAT OPTIMIZAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 46
CAPITOLUL V – REZULTATE EXPERIMENTALE – OPTIMIZAREA ENERGETICĂ A MOTORULUI
ASINCRON MONOFAZAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 50
5.1 COMPARAȚIA CONSTRUCTIVĂ A CELOR DOUĂ MOTOARE ………………………….. …………………. 50
5.2 ANALIZA COMP ARATIVĂ A PARAMETRILOR CELOR DOUĂ MOTOARE ………………………….. 53
5.3 PREZENTAREA OPTIMIZĂRII ENERGETICE A MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT …….. 57
CONCLU ZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 59
LISTA FIGURILOR
Figura 1. 1 – Rotorul mașinii asincrone ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 3
Figura 1. 2 – Schema echivalentă și diagrama de fazori ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 5
Figura 1. 3 – Diagrama bilanțului puterilor în motorul asincron ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 6
Figura 1. 4 – Caracteristicile mecanice naturale ale motorului asincron ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 7
Figura 1. 5 – Caracteristica de reglare a turației cu ajutorul convertizoarelor statice de frecvență ………………………….. ………………………….. ………… 8
Figura 3. 1 – Modelul 3D al motorului asincron monofazat optimizat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 12
Figura 3. 3 – Modelul 3D al Scutului antrenare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 17
Figura 3. 4 – Proiectarea 2D și 3D a bolțului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 17
Figura 3. 5 – Poziția bolțului în configurarea motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 17
Figura 3. 6 – Exemplu de excentricitate prezentă în motoarele electrice ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 20
Figura 3. 7 – Crestătura statoru lui ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 21
Figura 3.8 – Schema electrică a motorului asincron monofazat cu condensator permanent ………………………….. ………………………….. ……………….. 22
Figura 3.9 – Repartizarea numărului de spire pentru v ariație în spațiu și timp a câmpului magnetic ………………………….. ………………………….. ….. 23
Figura 3.10 – Schema de bobinaj a motorului asincron ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 24
Figura 3.11 – Realizarea în 3D a statorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 24
Figura 3.12 – Crestătura rotorului. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 26
Figura 3.13 – Arborele motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 27
Figura 3.14 – Modelul 3D al arborele motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 27
Figura 3.15 – Ventilator pentru răcirea motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 27
Figura 3.16 – Rulmenți 6201 -2Z ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 28
Figura 3.17 – Realizarea 3D a rotorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 28
Figura 3.19 – Flow chart al procesului tehnologic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 30
Figura 3.20 – Scut turnat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 30
Figura 3.21 – Bolț ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 30
Figura 3.22 – Explode subansamblu stator ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 31
Figura 3.23 – Subansamblu stator împachetat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 31
Figura 3.24 – Subansamblu stator bobinat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 32
Figura 3.25 – Explode subansamblu rotor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 33
Figura 3.26 – Pachet rotoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 33
Figura 3.27 – Rotor asamblat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 34
Figura 3.28 – Poziția termocuplului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 37
Figura 3.29 – Eficiența energetică a motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 40
Figura 3.30 – Curentul absorbit de motor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 40
Figura 3.31 – Cuplul motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 41
Figura 3.32 – Cuplul motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 41
Figura 4.1 – Rezultanta câmpului magnetic produs de bobinaj ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 44
Figura 4.2 – Realizarea în 3D a statorului optimizat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 44
Figura 4.3 – Realizarea 3D a rotorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 45
Figura 4.4 – Realizarea 3D a rotorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 45
Figura 4.6 – Curentul absorbit de motor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 48
Figura 4.7 – Cuplul motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 49
Figura 4.8 – Cuplul motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 49
Figura 5.1 – Scuturile utilizate în construcția motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 50
Figura 5.2 – Statorul optimizat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 51
Figura 5.3 – Diferența constructivă a celor două rotoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 52
Figura 5.4 – Comparația caracteristicii mecanice a celor două motoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 54
Figura 5.5 – Curentul absorbit de cele două motoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 54
Figura 5.6 – Comparația cuplului celor două motoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 55
Figura 5.7 – 5.8 – Histogramele comparative ale randamentului și curentului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 55
în funcție de cuplul motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 55
Figura 5.9 – 5.10 – Histogramele comparative ale puterilor absobite și utile ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 56
în funcție de cuplul motorului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 56
Figura 5.11 – 5.12 – Histogramele comparative ale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 56
turațiilor și încălzirea celor două motoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 56
Figura 5.13 -5.14 – Clasele energetice admise în Uniunea Europeană pentru aplicații de uscat rufe ………………………….. ………………………….. …….. 58
LISTA TABELELOR
Tabelul 3.1 – Lista materialelor utilizate în construcția motorului asincron monofazat ………………………….. …………. 14
Tabelul 3.2 – Temperatura maximă a bobinajului în funcție de clasa de izolație conform IEC 60335 …………………. 37
Tabelul 3.3 – Rezultat experimental al rezistenței de izolație ………………………….. ………………………….. ……………….. 38
Tabelul 3.4 – Rezultat experimental al măsurătorii rigidității dielectrice ………………………….. ………………………….. … 38
Tabelul 3.5 – Rezultat experimental al măsurăt orii rezistenței electrice ………………………….. ………………………….. …. 39
Tabelul 3.6 – Rezultat experimentale ale parametrilor motorului – fără sarcină ………………………….. …………………… 39
Tabelul 3.7 – Rezultate experimentale al e parametrilor motorului – în sarcină ………………………….. ……………………. 39
Tabelul 4.1 – Tipuri de table silicioase utilizate în construcția motoarelor electrice ………………………….. ……………… 42
Tabelul 4.2 – Rezult at experimental al rezistenței de izolație ………………………….. ………………………….. ……………….. 46
Tabelul 4.3 – Rezultat experimental al măsurătorii rigidității dielectrice ………………………….. ………………………….. … 46
Tabelul 4.4 – Rezultat expe rimental al măsurătorii rezistenței electrice ………………………….. ………………………….. …. 46
Tabelul 4.5 – Rezultat experimentale ale parametrilor motorului – fără sarcină ………………………….. …………………… 47
Tabelul 4.6 – Rezulta te experimentale ale parametrilor motorului – în sarcină ………………………….. ……………………. 47
Tabelul 5.1 – Comparația statoarelor celor două motoare ………………………….. ………………………….. …………………….. 51
Tabelul 5.2 – Comparația rotarel or celor două motoare ………………………….. ………………………….. ……………………….. 52
Tabelul 5.3 – Comparația parametrilor celor două motoare în gol ………………………….. ………………………….. …………. 53
Tabelul 5.4 – Comparația parametrilor celor două motoare în sarcină ………………………….. ………………………….. ……. 53
Introducere
Evoluția continuă a tehnicii a permis optimizarea constantă a tuturor echipamentelor
proiectate. Motorul asincron monofazat este creația lui N. Tesla la începutul secolului XX. Acest
motor electric face parte din categoria echipamentelor electrice care au evoluat constructiv și
energetic constant de -a lungul timpului. Din cauza creșterii rapide a populației lumii, consumul
de energie electrică a crescut constant, iar asta a dus la optimizarea energetică a echipamentelor
electrice.
Lucrarea ”Optimizarea energetică a unui motor electric asincron monofazat cu
condensator permanent” își propune demonstrarea unei optimizări energetice a motorului.
Motorul electric folosit pentru acest studiu este utilizat în aplicații electrocasnice, unul
dintre motivele optimizării energetice este încadrarea aplicațiilor și ale motoarelor într -o clasă
energetică superioară.
La baza claselor energetice se află directivul eurpean 2010/30/EU, în care este stabilit un
consum de enrgie admis pentru fiecare clasă energetica. Acest directiv a fost implementat pentru
mai multe aplicatii ale industriei electrocasnice: mașini de spălat rufe, mașini de uscat rufe,
becuri de iluminat, mașini hibrid pentru spălat și uscat rufe, frigidere , mașini de spălat vase,
cuptoare electrice sau aplicații de răcire a aerului.
Eficiența energetică a aplicațiilor a stabilit clase energetice în ordine de la A la G, A fiind
clasa energetică cu cel mai mic consum de energie, iar G fiind clasa energetică cu cel mai mare
consum de energie.
Datorită optimizărilor energetice din ce în ce mai des întâlnite, începând din 2010 au fost
introduse noi clase energetice : A+, A++ si A+++.
Pentru mașinile de spălat rufe până în 2010, scala de eficiență energetică se calculează pe
baza unui ciclu de spălare bumbac la 60° C (140° F), cu sarcină maximă declarată. Această
încărcătură este de obicei de 6 kg. Indicele de eficiență energetică este exprimat în kW·h/Kg de
spălare, presupunând o alimentare cu apă rece la 15° C .
O nouă etichetă energetică, introdusă în 2010, se bazează pe indicele de eficiență
energetică (EEI) și are clase de energie cuprinse între A +++ și D. EEI a fost introdus ca o
măsură de reducere a consumului anual de energie electrică și include energia consumată în
timpul opririi și modurile de așteptare și energia consumată în 220 de cicluri de spălare. Pentru
ciclurile de spălare, se utilizează un amestec ponderat format din cicluri de încărcare de 42% la
60° C, cicluri de încărcare de 29% la 60° C și cicluri de încărcare de 29% la 40° C. Performanța
de spălare nu mai este menționată, deoarece toate mașinile de spălat trebuie să atingă clasa A.
Pentru o mașină de 6 kg, un EEI este echivalent cu 334 kWh/an sau 1,52 kWh pe ciclu.
Pentru mașinile de usca t rufe, scala de eficiență energetică este calculată utilizând ciclul
de uscare a bumbacului cu o sarcină declarată maximă. Indicele de eficiență energetică este
exprimat în kW·h/Kg de încărcare. Se aplică diferite scale pentru uscătoarele condensate și
ventilatoare.
Eficiența energetică a mașinii de spălat vase a fost modificată după 2010, se utilizează un
nou sistem, bazat pe un indice de eficiență energetică (EEI), care se bazează pe consumul anual
de energie, pe baza consumului de energie în stand -by și a 280 de cicluri de curățare, față de
consumul standard de energie pentru acest tip de spalator de vase. Pentru o mașină de spălat vase
de 12 locuri, un EEI de 100 corespunde la 462 kWh pe an.
1
Testele electro -mecanice efectuate de -a lungul lucrării s-au efectuat conform IEC 60 -335
și respectă toate normele europene de electro -securitate.
S-a realizat un studiu comparativ între două motoare, aproximativ identice din punct de
vedere al performanțelor (putere, cuplu), al structurii mecanice si constru ctive. Scopul este de a
optimiza motorul 1 M100 prin utilizarea unor materiale de o calitate superioară, reproiectarea
bobinajului motorului și reproiectarea rotorului motorului.
S-a realizat un studiu pe baza performanțelor ambelor motoare ( motor 1 M100 0 și motor
2 M600 optimizat) din care reiese că motorul optimizat are un randament superior, cu 9% mai
mare decat motorul 1 M1000 la un cuplu de M=50 N·cm.
Această optimizare permite incadrarea aplicatiei în care este folosit într -o clasa energetică
super ioară și va conduce impicit la reducerea consumului de energie electrică.
2
CAPITOLUL I – CONSIDERAȚII TEORETICE
1.1. STUDIUL MAȘINII ASINCRONE MONOFAZATE
1. Scurt istoric
Fenomenul inducției electromagn etice a fost descoperit în anul 1831 de către M.
Faraday, iar prima mașină de inducție a fost concepută de către Galielo Ferrarias. Motorul este
compus dintr -un miez feromagnetic cu poli ieșiți, polii sunt echipați cu înfășurări care se
alimenteză de la o sursă de tensiune. Rotorul motorului a fost conceput dintr -un cilindru de
cupru . Câmpul magnetic învârtitor a rezultat prin compunerea a două câmpuri magnetice
alternative. Câmpul rezultant induce o tensiune electromotoare în cilindrul de cupru și se
produ c curenți în rotor.
În anul 1886, Nicola Tesla a conceput un motor electric asincron cu înfășurare difazată
în stator; rotorul este format dintr -un miez feromagnetic alcătuit din tole și din inelul de scurt –
circuit turnat din aluminiu.
Se poate spune că Nicola Tesla a realizat prima optimizare a unui motor asincron, acesta
fiind denumit și motor cu inducție.
2. Elemente componenete ale mașinii asincrone monofazate
Statorul reprezintă partea imobilă a motorului cu rol inductor, este format dintr -un miez
feromagnetic care poartă o înfășurare monofazată sau trifazată. La mașinile de puteri mici, jugul
statoric este realizat din tole de oțel electrotehnic cu groșimea de (0,5÷1) mm, aceste tole sunt
ștanțate și împachetate în formă adecvată; tolele sunt izolate între ele cu un lac izolant. Tolele
sunt ștanțate astfel încât să dispună de crestături repartizate uniform în care să se așeze
înfășurarea.
Pentru a evita scurt -circuitul, între crestăturile statorice se introduc izolațiile de crestătură
formate din mate riale electroizolante.
Înfășurarea statorului la mașinile asincrone este repartizată în crestăturile motorului
(schema de bobinaj), acestea sunt alimentate la o tensiune alternativă. Înfășurarea motorului
poate fi din aluminiu sau cupru, de asemenea, cond uctorul este izolat pentru a nu produce
scurtcircuit între spirele bobinei cu un lac de email.
Rotorul reprezintă partea mobilă a mașinilor
electrice. Este elementul principal al unei mașini electrice,
funcția lui fiind generarea sau transmiterea puterii mecanice.
Miezul rotoric se execută din tole de oțel
electrotehnic cu grosimea de (0,5÷1) mm; tolele nu sunt
izolate între ele.
Pe arborele rotorului se presează miezul rotoric
format din împachetarea tolelor prin procedeul tehnologic de
agrafare. După agrafare, are loc turnarea aluminiului în
crestăturile rotorice. Odată cu turnarea în ancoșe are loc și
turnarea inelului de scurt -circuit.
Figura 1. 1 – Rotorul mașinii asincrone
3
3. Principiul de funcționare al masinii asincrone monofazate
Motorul asinc ron absoarbe de la rețea putere electrică prin conectarea statorului, energia
este convertită în energie mecanică, aceasta este disponibilă la axul rotorului.
Curentul absorbit de stator de la rețea produce un câmp electromagnetic învârtitor care
are form a :
[1]
Acest câmp produce în rotorul motorului un flux magnetic de forma :
[2]
Acest flux induce în rotor o tensiune electromotoare (t.e.m) de aceeași pulsație.
Înfășurarea rotorică este scurtcircuitată, t.e.m va induce un curent în înfășurarea rotori că. T.e.m
crează împreună cu un cuplu rezultat de forțe care va ajuta la punerea în mișcare a rotorului.
Fluxul magnetic creat de câmpul inductor va avea expresia :
[ ] [3]
Alunecarea câmpului inductor este definită astfel:
[4]
Evident, câ nd fluxul devine invariabil în timp și prin urmare nu se mai
induc t.e.m. în rotor, cuplul electromagnetic al motorului devenind nul. Deci, rotorul are tendința
de a se apropia de viteza de sincronism, dar nu o poate atinge.
Astfel câmpul magnetic învâr titor inductor si rotorul nu pot fi niciodata în sincronism. De
aici și denumirea de mașină asincronă.
Alunecarea s a motorului asincron se mai poate scrie:
[5]
unde:
[ ⁄ ] [ ⁄ ] [6]
Motoarele asincrone de construcție normală au în mod uzual alune cări nominale cuprinse
între (1÷5)%. Acest lucru arată că la frecvența statorică industrială , frecvența curenților rotorici
va fi:
[7]
4
4. Schema echivalentă și diagrama de fazori
Figura 1. 2 – Schema echivalentă și diagrama de fazori
În figura 1.2 s -a reprezentat schema echivalentă a mașinii asincrone în regim stationar,
unde:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Ecuațiile fazoriale de tensiuni pentru stator și rotor:
[8]
[9]
Ecuația pierderilor active în fier:
[10]
5
5. Bilanțul puterilor si randamentul masinii asincrone monofazate
Figura 1. 3 – Diagrama bilanțului puterilor în motorul asincron
Bilanțul puterilor în regim de motor:
[11]
[12]
[13]
Unde:
–
–
[14]
–
–
– puterea electromagnetic ă a mașinii care se transmite din stator în rotor la nivelul
întrefierului prin câmp magnetic învârtitor rezultant
–
–
–
–
Randamentul în regim de motor:
[15]
unde:
–
–
–
–
–
6
–
–
–
–
Caracteristicile mecanice naturale ale motorul ui asincron:
Figura 1. 4 – Caracteristicile mecanice naturale ale motorului asincron
6. Cuplul electromagnetic al mașinii asincrone monofazate
Expresia cuplului electromagnetic în regim staționar de funcționare se poate explica
pornind de la expresia generală a cuplului electromagnetic la mașinile de curent alternativ
(relația 16):
[16]
Expresia curentului rotoric a fost determinată cu ajutorul schemei echivalente:
[17]
√( ) ( )
Înlocuind în relația (1) expresia cuplului de vine:
[18] [( ) ( ) ]
Din relația de mai sus reiese că dezvoltarea cuplului electromagnetic de către motorul
asincron depinde de alunecarea s pentru o tensiune și frecvența , date ale rețelei de alimentare.
Valoarea alunecării s s-a determinat prin calculul derivatei , de unde rezultă:
7
[19]
√ ( )
Alunecarea din regimul de motor căreia îi corespunde cuplul maxim electromagnetic ,
posibil a fi dezvoltat de motor la tensiunea se numește alunecare critică și după cum se
observă din relația [1 9] este direct proportională cu rezistența rotorică de fază.
7. Reglarea turației motorului asincron
Reglarea turației motoarelor asincrone se poate face în trei modalități:
– variația frecvenței a tensiunii de alimentare
– modificarea numărului de perechi de poli p
– modificarea alunecării s, prin modificarea rezistenței rotorice
Variația frecvenței a tensiunii de alimentare
Pentru reglarea turației prin modificarea frecvenței este necesar să se păstreze raportul
constant. Această condiție este realiza tă cu ajutorul convertizoarelor statice de frecvență cu
tiristoare. Familia de caracteristici mecanice obținută pentru diverse frecvențe are un aspect
foarte favorabil menținând capacitatea de suprasarcină indiferent de viteză.
Figura 1 . 5 – Caracteristica de reglare a turației cu ajutorul
convertizoarelor statice de frecvență
Această metodă este mai puțin folosită în practică datorită prețului ridicat și pentru că
deformează rețeaua introducând armonici superioare și mărind astfel pie rderile suplimentare ale
motorului
8
Modificarea numărului de perechi de poli p
Modificarea numărului de perechi de poli se poate realiza folosind două metode :
– prin introducerea în crestăturile statorului a două înfășurari distincte cu un număr dif erit
de poli, obtinându -se astfel două turații de sincronism diferite. În acest caz, secțiunea
crestăturilor va fi mai mare, acest lucru va duce la creșterea curentului de mers în gol și a
reactanței magnetice de dispersie statorice. Acest lucru duce la sc ăderea factorului de
putere și a randamentului motorului.
– prin realizarea înfășurarii statorice pe fiecare fază din două secțiuni identice care printr –
un comutator special pot fi conectate în serie sau în paralel, determinând astfel
configurații cu p = 2 , respectiv p = 1.
9
CAPITOLUL II – METODE DE OPTIMIZARE ENERGETICĂ A
ECHIPAMENTELOR ELECTRICE
Sistemul electroenergetic este un ansamblu de echipamente electrice interconectate într –
un spațiu dat și re prezintă un tot unitar cu o funcționalitate bine determinată, formând o instalație
electrică.
Echipamentele electrice ale instalațiilor electrice sunt constituite din mașinile, aparatele,
dispozitivele și receptoarele electrice interconectate în cadrul in stalației prin rețelele electrice.
Receptorul electric este un ansamblu electric care absoarbe energia electrică și o transformă în
altă formă de energie (mecanică, termică, luminoasă, etc.) având scop util.
Ansamblul instalațiilor electrice de producere, transport, distribuție și utilizare a energiei
electrice, interconectate într -un anumit mod având un regim comun și continuu de producere și
consum de energie electrică alcătuiesc un sistem electroenergetic.
Sistemul electroenergetic cuprinde:
– instalați ile electrice de producere a energiei electrice (generatoarele din centralele
electrice);
– instalațiile electrice de transport al energiei electrice (linii aeriene si subterane, stații de
transformare);
– instalațiile electrice de distribuție a energiei ele ctrice (linii, posturi de transformare,
tablouri de distribuție, coloane, circuite);
– instalațiile electrice de utilizare a energiei electrice (receptoare electrice);
Optimizarea reprezintă ansamblul de metode și tehnici de cercetare de orice fel care aju tă
la găsirea soluției optime.
Deoarece datorită restricțiilor nu întotdeauna se poate accepta soluția optimă se admite o
soluție suboptimală.
Algoritmul soluționării unei probleme de optimizare impune ca pași:
– formularea modelului matematic al problemei de programare matematică;
– soluționarea modelului – adică aflarea soluției modelului apelând la metodele,
procedeele și tehnicile de optimizare adecvate.
Întotdeauna este necesar să studiem și să analizăm aspectul economic al problemei
tehnice, adică ace astă soluția problemei este viabilă în măsura în care efectele sale economice
sunt viabile.
Modelul matematic al oricărei probleme de optimizare are o structură comună, care
cuprinde următoarele aspecte de bază: variabile de optimizat, funcția criteriu și restricții.
Datorită prețurilor energiei în continuă creștere, companiile sunt tot mai des nevoite să
găsească modalități pentru a economisi energie și să reducă costurile. Este de mirare însă că în
acest domeniu, discuția se învârte în principal în juru l temei surse alternative de energie și
tehnologii noi de economisire energiei, în timp ce soluțiile tehnice care există deja, care oferă
posibilități enorme de economisire, primesc relativ puțină atenție
În construcția circuitului magnetic al mașinilor e lectrice se utilizează diferite materiale
feromagnetice : oțelul electrotehnic sau magneții permanenți. Oțelul electrotehnic are un conținut
redus de carbon ( sub 0.1%), se folosește în formă masivă sau sub formă de tablă cu grosimi
variabile între 0.1 mm și 2 mm.
10
Oțelul este prelucrat prin laminare și este aliat cu siliciul ( 0.8 -1.8%). Procentul de siliciu
din compoziția chimică a oțelului ajută la limitarea pierderilor în circuitul magnetic. De
asemenea, folosirea excesivă a siliciului duce la o î ncălzire ridicată a motorului electric. Prin
alierea fierului cu siliciul crește rezistența electrică (0.4 -0,65 Ω mm2 /m) și scad pierderile în
miez prin curenți turbionari.
În construcția miezului feromagnetic pentru mașinile electrice medii se folosesc tole de
oțel electrotehnic slab aliat (0.4 -0.8% Si) de 0.5 mm grosime, laminate la cald.
Prezentul proiect are la bază o optimizare energetică ce folosește un material magnetic de
o calitate superioară.
S-a reușit o optimizare energetică prin înlocuirea materialului magnetic.
11
CAPITOLUL III – PROIECTAREA, CONSTRUCȚIA ȘI TESTAREA
MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT
3.1 LISTA DE MATERIALE UTILIZATE ÎN CONSTRUCȚIA
MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT
În proiectar ea motoarelor electrice un rol foarte important îl au materialele utilizate în
construcția lor. Mai jos este prezentat modelul 3D al motorului proiectat, precum și lista
materialelor utilizate în construcția sa. Tabelul este centralizat în 4 coloane, acest e coloane
cuprind:
NIVEL – repartizarea materialelor în grupe, aceste grupe reprezintă subansamblele
motorului. Nivelul 0 indică ansamblul general motor, Nivelul 1 indică subansamblele principale
ale motoruli (ex: subansamblu stator, subansamblul rotor) f olosite în montarea ansamblului
general. Nivelul 2 indică părțile componente alte subansamblului (ex: bobinaj, pachet statoric),
în timp ce Nivelul 3 reprezintă materialul care stă la baza componentelor subansamblelor.
DENUMIRE – reprezintă denumirea comp letă a ansamblului/subansamblului/
materialului folosit în construcția motorului asincron monofazat.
UNITATE DE MĂSURĂ – Reprezintă unitatea de masură în care se măsoară
componentele.
CANTITATE – Reprezintă cantitatea de material sau numărul de component e utilizat în
construcția motorului.
Figura 3. 1 – Modelul 3D al motorului asincron monofazat optimizat
Figura 3.1 indică modelul 3D al motorului asincron monofazat ce urmează a fi optimizat;
modelul a fost realizat în softul de proie ctare CREO -Pro Engineering, la baza modelului 3D stă
modelul fizic construit și testat. Proiectarea motoarelor are la bază realizarea unui model
matematic, construcția modelului matematic și testarea modelului matematic. În urma testării
modelului matemati c se fac ajustări experimentale pentru ca modelul practic să corespundă
modelului numeric.
12
NIVEL DENUMIRE UNITATE DE CANTITATE
MĂSURĂ
0 Motor asincron monofazat Nr. 1
1 Subansamblu stator complet Nr. 1
2 Bobinaj motor Nr. 1
3 Al 0,48 G2 MW 3 5-C – 397spire/ fază Kg. 0.508
2 Pachet statoric Nr. /Kg 1 / 1.508
3 Tablă silicioasă M1000 X 0.65mm Nr. 47
2 Izolație de crestătură Nr. 24
3 Myler 0.19 X 50 Kg. 0.0039
2 Izolație de închidere crestătură Nr. 24
3 Myler 0.25 X 10.8 Kg. 0.0039
2 Ață d e consolidare bobinaj M. 22
1 Cablaj de conexiuni complet Nr. 1
2 Protector supraîncălzire – 15AM 183 Sensata Nr. 1
2 Cablaj conexiune bobinaj -cutie borne Nr. 1
3 Al MW 35 -C Nr. 3
2 Faston Nr. 3
3 AMP 42098 -2 Kg. 0.001
2 Cutie de borne Nr. 1
3 Radi lon Kg. 0.0068
2 Colier plastic pentru consolidare cablaj Nr. 3
3 PLT1M -XMR30 – negru Kg. 0.001
2 Tub termocontractibil (1 X 60) Nr. 3
2 Lac impregnare stator L. 0.001
3 Modified Polyester 155°C
1 Condensator 7µF Nr. 1
1 Subansamblu rotor complet Nr. 1
2 Pachet rotoric Nr. /Kg 1 / 0,470
3 Tablă silicioasă M1000 X 0.65mm Nr. 47
2 Inele scurt -circuit Nr. 2
3 AlE 99.7% Kg. 0.06
2 Arbore Nr. 1
3 Oțel 11SMn30+C Kg. 0.198
2 Rulmenți Nr. 2
3 Tip 6201 -2Z Kg. 0,030
2 Ventilatoare răcire subansamblu rotor Nr. 2
3 PA-66 Kg. 0,090
2 Rondelă pr esare ventilatoare Nr. 2
1 Scut opus antrenare Nr. 1
3 LEGA EN AB 46100 Kg. 0.137
1 Scut antrenare Nr. 1
3 LEGA EN AB 46100 Kg. 0.149
2 Rondelă compensare joc axial Nr. 1
13
3 SEEGER Kg. 0,01
1 NIT Nr. 4
1 Rondelă de strângere Nr. 4
1 Piuliță stângere condensator scut antrenare Nr. 1
1 Bolț întindere curea Nr. 1
3 LEGA EN AB 46100 Kg. 0,015
1 Etichetă indentificare motor Nr. 1
Tabelul 3.1 – Lista materialelor utilizate
în construcția motorului asincron monofazat
Al 0,48 G2 MW 35 -C – Tipul de material utilizat în construcția motorului asincron
monofazat pentru bobinaj este aluminiul. Diametrul spirei a fost determinat matematic la
diametrul de Ø 0,48 mm. G2 reprezintă gradul de izolație al aluminiului, adică 2 straturi
subțiri de email. M W 35 -C reprezintă norma care stă la baza testării gradului de izolație
pentru acest tip de bobinaj. În acest caz, aluminiul a fost ales pentru construirea motorului
datorită prețului mult mai scăzut decât cel al cuprului. Rezistivitatea electrică are
valoa rea = 2.7410-8m (=3,65107S/m) iar coeficientul ei de variație cu temperatura
este mare = 410-3K-1. Are o densitate masică de 2700Kg/m3, temperatura de topire
6580C și rezistența la rupere 70…110MN/m2 la aluminiul moale (recopt) și
150…250MN /m2 la aluminiul tare (tras la rece).
Tablă silicioasă M1000 – Oțel masiv prelucrat prin laminare aliat cu siliciu (0.8÷ 1.8%
Si), are densitatea de 7.8 Kg/dm3 și grosimea tablei este de 0.65 mm. În construcția
pachetului statoric al mașinilor electrice sp eciale se utilizează foi de tablă care au o formă
dreptunghiulară cu dimensiuni uzuale, se ștanțează tole din care se construiesc miezul
feromagnetic. Tolele se izolează cu un strat de oxizi ceramici sau lac de email. M1000
reprezintă pierderile în fier, a dică, la o grosime de 0.65 mm/tolă, densitatea de 7.8 Kg/
dm3 , la f=50Hz și 1.5 T, pierderile in fier vor fi de 10W/Kg.
Myler – Material din plastic utilizat ca izolație de crestătură. Numele de myler reprezintă
denumirea comercială a unui producător de astfel de izolații. Este comercilizat pentru
diverse tipuri de aplicații și utilizat pentru diverse clase de izolații. Întrucât clasa de
izolatie a acestui tip de motor va fi F (155 C), se poate preciza că rezistența la topire este
de maxim 165 C și rezist ența dielectrică este de 7000V/50Hz pentru o tensiune aplicată
timp de 2 secunde.
AMP 42098 -2 – Tip de terminal utilizat în construcția mașinii, materialul care stă la baza
sa este staniul în aliaj cu alamă.
Radilon – Tip de poliamidă care se topește la o temperatură cuprinsă între 270÷290 C.
Densitatea de material este egală cu 1.8÷1.9 Kg/m3. Acest tip de material se injectează in
cochilă cu o viteză de curgere medie. În construcția motoarelor electrice, acest tip de
poliamidă trebuie să îndeplinească an umite criterii pentru a fi utilizată. Aceste criterii au
la bază grosimea minimă a peretelui (2 mm), temperatura de încălzire sa fie egală cu 10
C/minut. Flamabilitatea materialului plastic este ales în funție de tipul de aplicație
utilizat. În cazul acest ui motor s -a ales ca flamabilitatea sa fie V0 (adică în eventualitatea
în care motorul electric este expus la foc, arsura plasticului sa fie capabilă să se oprească
14
în mai puțin de 10 secunde de la izbucnire.). Proprietățile electrice să fie confor m IEC
60093, rezistența suprafeței să reziste la o tensiune U=500V.
Modified Polyester 155°C – Lac de impregnare al subansamblului stator, cu o
vâscozitate scăzută la temperatura camerei, o foarte bună stabilitate la stocarea în baia de
impregnare, protec ție sporită a bobinajului. Rezistența dielectrică are o valoare egală cu >
3000 V/ 0.025 mm, metodă de testare ASTM D -115.
AlE 99.7% – Are o densitatea masică de 2700Kg/m3, temperatura de topire 6580C și
rezistența la rupere 70…110MN/m2 la aluminiul moal e (recopt) și 150…250MN/m2 la
aluminiul tare (tras la rece). Este aluminiu cu o puritate de 99.7%, utilizat în turnarea
inelelor de scurt -circuit ale rotorului.
Oțel 11SMn30+C – Tip de oțel care are la bază aliaje cu diverse materiale: carbon,
siliciu, mangan sau fosfor. Duritatea acestui material este cuprinsă între 112 -169,
rezistența la rupere este de mimin 410 MN/m2. Acest tip de oțel este folosit pentru
rezistența sa sporită împotriva coroziunii. Întrucât arborele mașinii poate intra în contact
cu apa, se preferă acest tip de material.
PA-66 – poliamidă care se topește la o temperatură cuprinsă între 260÷290 ⁰C. Densitatea
de material este egală cu 1.3 Kg/ . Acest tip de material se injectează in cochilă cu o
viteză de curgere medie. Flamabilitatea materialului plastic este ales în funție de tipul de
aplicație utilizat. În cazul acestui motor s -a ales ca flamabilitatea sa fie V0 (adică în
eventualitatea în care motorul electric este expus la foc, arsura plasticului sa fie capabilă
să se oprească în m ai puțin de 10 secunde de la izbucnire). Proprietățile electrice să fie
conform IEC 60093, rezistența suprafeței să reziste la o tensiune U=500V.
LEGA EN AB 46100 – Material compus din aluminiu și siliciu + alte elemente chimice
cum ar fi: fier, mangan, z inc sau plumb. Temperatura de turnare a acestui aliaj este
cuprinsă între 565÷585 ⁰C, iar densitatea de material este egală cu 2.67 Kg/dm3.
Conductibilitatea termică la o temperatură de 20 C este egală cu 120 -130 W/(m·K). Acest
tip de material se injectează in cochilă cu o viteză de curgere medie.
15
3.2 PROIECTAREA SCUTURILOR MOTORULUI ASINCRON
MONOFAZAT
Proiectarea mecanică a scuturilor a fost reali zată în softul de proiectare 3D CREO -Pro
Engineering. De asemenea, în imagi nile de mai jos se pot observa detaliile ambelor scuturi ale
motorului (scut antrenare și scut opus antrenare). Ambele scuturi au fost obținute prin turnarea
aluminiului sub presiune în cochile. Deosebirea între cele două scuturi este vizibilă, pe scutul
opus antrenare se observă un suport pe care stă sprijinită cutia de borne, în timp ce
particularitatea scutului antrenare constă în turnarea unui suport de care este anexat
condensatorul și turnarea unui locaș de inserție a bolțului mașinii.
Scutulurile au o formă pătrată, s -a preferat această formă datorită proiectării
electrotehnice a storului. Dimensiunile de prindere ale statorului sunt 108.8 X 108.8mm.
Ambele scuturi prezintă câte două piciore, acestea au rol de fixare în interiorul aplicației
în care este folosită. Scutul opus antrenare are o masă teoretică de 137 de grame, această greutate
este greuatea scutului prelucrat.
Figura 3. 2 – Modelul 3D al Scutului opus antrenare
Scutul antrenare prezintă o formă asemănătoa re cu forma scutului, singura diferență
vizibilă o reprezintă includerea turnării unui modul în care se presează bolțul pe care se sprijină
cureaua aplicației în care este folosit. Scutul opus antrenare are o masă teoretică de 149 de
grame, această greutat e este greutatea scutului prelucrat.
16
Figura 3. 3 – Modelul 3D al Scutului antrenare
În imaginea de mai jos este prezentat modelul 3D al bolțului care se presează în interiorul
scutului antrenare, acesta este realizat din acela și material ca și scuturile motorului. Are o masă
teoretică netă de 15 grame după prelucrările mecanice la care a fost supus.
Figura 3. 4 – Proiectarea 2D și 3D a bolțului
Figura 3. 5 – Poziția bolțului în configurarea m otorului
17
3.3 PROIECTAREA STATORULUI MOTORULUI ASINCRON
MONOFAZAT
Fundamentul calculului teoretic are la bază formulele de calcul din “Construcția și
calculul mașinilor electrice – Mașina asincronă de “Ion Cioc, cât și în volumele de specialitate.
Aceste calcule teoretice au ajutat la proiectarea și optimizarea ulterioară a mașinii electrice.
Motorul proiectat are următoarele date constructive :
Toate valorile indicate în următoarele calcule au fost alese conform tabelelor și grafi celor
din cărțile de specialitate.
Determinarea mărimilor de calcul
1. Numărul de perechi de poli:
2. Puterea aparentă nominală:
3. Tensiunea electromotoare de fază:
în care :
4. Puterea aparentă interioară:
5. Curentul nominal pe fază:
18
6. Factorul de formă și factorul de acoperire ideală a pasului polar :
Cele două valori au fost alese din tabelele precizate la începutul proiectării statorului
Calculul dimensiunilor principale
1. Diametrul interior al statorului: √ √
în care:
2. Diametrul exterior al statorului:
în care:
3. Pasul polar:
4. Solicitările electromagnetice și au valorile:
5. Lungimea ideală:
în care:
19
6. Valoarea (orientativă) a raportului :
,
Valoare foarte ap ropriată de cea estimată în calculul diametrului D.
Determinarea lățimii întrefierului
Diametrul interior al statorului este de 5,5 cm, p=2, iar turația mașinii este egală cu 3000
rpm. S -a ales un întrefier egal cu 0,35 mm din motive constructive. În eve ntualitatea în care
centrul statorului nu este perfect aliniat cu centrul rotorului, se produce fenomenul de
excentricitate a rotorului. Excentricitatea rotorului produce o forta magnetica radiala în interiorul
arborelui rotorului, care este cunoscută ca ș i dezechilibrul câmpului magnetic de atracție.
Dezechilibrul de atracție al câmpului magnetic mută rotorul chiar mai departe de centrul
statorului, acest defect cauzează o mutare forțată a centrului în mașina de inducție.
Excentricitatea rotorului, determ inată de existența întrefierului neuniform, poate fi statică
sau dinamică, în practică fiind întâlnite ambele tipuri simultan. Defectele de excentricitate se pot
diagnostica prin monitorizarea fluxului magnetic în întrefier.
Figura 3. 6 – Exemp lu de excentricitate prezentă în motoarele electrice
Înfășurarea și crestăturile statorului
1. Numărul de crestături ale statorului:
în care:
2. Pasul dentar al statorului:
20
3. Pasul înfășurării:
4. Factorul de înfășurare al statorului:
5. Numărul de spire pe pol:
unde:
6. Fluxul magnetic util pentru un pol:
7. Secțiunea conductorului:
Denistatea de curent necesară , din densitatea de curent s -a calculat
secțiunea conductorului din aluminiu.
8. Dimensiunile definitive ale crestăturii:
Înălțimea crestăturii: 12 mm
Lățimea crestăturii: 6,96 mm
Secțiune crestătură:
Figura 3. 7 – Crestătura statorului
21
Schema electrică și schema de bobinaj a motorului asincron monofazat
1. Schema electrică
În figura de mai jos este prezentată schema electrică a motorului asincron monofazat cu
condensator permanent. Schema este compusă din o înfășurare comună, legată la un
termoprotector (T.P – are rolul de a opri alimtarea motorului cu energie electrică în cazul în care
acesta se supraîncălzește) și două înfășurări: înfășurarea principală și înfășurarea auxiliară.
Pentru pornirea motorului se folosește un condensator care este legat între înfășurarea
principală și înfășurarea auxiliară. Alimen tarea pentru pornirea în sensul orar se va face
alimentând înfășurarea comună și înfășurarea principală, iar pentru pornirea motorului în sensul
anti-orar se va face alimentând înfășurarea comună și înfășurarea auxiliară. În funcționare,
condensatorul are doar rolul de pornire al motorului.
Figura 3.8 – Schema electrică a motorului asincron monofazat
cu condensator permanent
2. Calculul schemei de bobinaj:
Crestăturile statorului sunt ocupate de mai multe bobine distribuite de obicei sime tric de –
a lungul circumferinței interioare a statorului împărțit egal pe cele 2 faze. Bobinele unei faze sunt
legate între ele astfel încât să formeze numărul de poli dorit în întrefierul motorului atunci cand
sunt parcurse de curent.
Pentru a construi sc hema de înfășurare a unui motor asincron monofazat trebuie cunoscut
în primul rând numărul de crestături din stator:
Numărul de crestături pe pol:
Numărul de crestături pe pol trebuie să fie cât mai mare pentru a obține o variație în
spațiu și timp a câmpului magnetic cât mai apropriată de sinusoidă.
22
Calculul unghiului de defazaj între tensiunea electromotoare din crestăturile
alăturate (unghi electric):
Variație în spațiu și timp a câmpului magnetic : S-a calculat unghiul rezultant R pentru
determinarea spațială și repartizarea într -o formă sinusoidală a numărului de conductoare
dintr -o crestătură. Cu cât unghiul rezultant R este mai mic, cu atât pierderile în bobinaj
sunt mai mici:
Z
Z | | | | √
a – real, b – imaginar,
Figura 3.9 – Repartizarea numărului de spire pentru
variație în spațiu și timp a câmpului magnetic
Rezultanta repreintă variația în timp a câmpului magnetic produs de suma bobinelor.
Aceste bobine sunt defazate cu 15 .
Calculul factorul ui de umplere:
Factorul de umplere reprezintă calculul prin care se poate deduce dacă acest motor
electric se poate realiza din punct de vedere tehnologic.
– suprafața utilă a crestăturii
23
– suprafața ocupată de izolație în crestătură
Pentru bobin ajul din aluminiu cu diametrul , diametrul total al bobinajului va
fi egal cu datorită lacului de izolație din email.
S-a calculat factorul de umplere pentru crestătura cea mai încărcată; din punct de vedere
tehnologic, motorul se po ate bobina până la un factor de umplere de maxim 70%.
Figura 3.10 – Schema de bobinaj a motorului asincron
Modelul 3D al statorului și principalele date constructive:
Dimensiune tolei: 108,8 x 108,8 mm
Diametru interior :
Numărul de crestături: 24
Număr total de spire: 2x(128 -134-135)
Diametrul conductorului:
Lungimea pachetului statoric
Grosimea tolei: 0,65 mm
Număr tole pachet statoric: 46 de tole
Material folosit: Tablă silicioasă M1000
o
Figura 3.11 – Realizarea în 3D a statorului
24
3.4 PROIECTAREA ROTORULUI MOTORULUI ASINCRON
MONOFAZAT
Înfășurarea și crestăturile rotorului în scurtcircuit
1. Colivia în scurtcircuit:
Se execută din aluminiu prin injectarea aluminiului în crestăturile rotorice . Acest
procedeu tehnologic dificil se realizează prin introducerea pachetului rotoric într -o cochilă de
turnare sub presiune a aluminiului. Injecția aluminiului se face într -o singură direcție, partea
respectivă numindu -se parte de injecție și având dimen siuni superioare părții opuse injecției.
2. Numărul de crestături ale rotorului:
3. Pasul dentar al rotorului:
unde:
4. Tensiunea electromotoare pe fază :
5. Curentul prin bară:
unde:
6. Curentul inelului de scurt circuit: ( ) ( )
25
7. Dimensiunile coliviei rotorului:
a. Secțiunea barei:
Conform STAS:
b. Dimensiunile barei se stabilesc conform STAS 649911 -74:
Datorită formei rotunde a crestăturii s -a făcut referire la cotele generale ale barei.
c. Densitatea de c urent din bară:
d. Secțiunea inelului de scutcircuit:
8. Dimensiunile definitive ale crestăturii:
Înălțimea crestăturii: 7,8 mm
Lățimea crestăturii: 2,84 mm
Secțiune crestătură:
Figura 3.12 – Crestătura rotorului.
26
Proie ctarea arborelui motorului
Figura 3.13 – Arborele motorului
În figura 3.13 este prezentat modelul 2D al arborelui motorului. Din desen se observă că
lungimea arborelui , iar diametrul arborelui este în partea dinspre fulie și în partea o pusă.
Construcția arborelui motorului are o importanță deosebită
în funcționarea motorului deoarece pe arbore se presează pachetul rotoric al motorului.
După proiectarea 2D, s -a realizat modelul 3D al arborelui, acesta este prezentat în figura
de mai jos:
Figura 3.14 – Modelul 3D al arborele motorului
Folosirea ventilatoarelor de plastic pentru răcirea motorlui
Ventilatoarele au rolul de a răci motorul electric din
interiorul său (partea rotorică și bobinajul motorului). Sunt realiza te
din plastic și sunt presate pe arborele motorului în ambele capete ale
pachetului statoric.
Figura 3.15 – Ventilator pentru răcirea motorului
27
Tipul de rulmenți utilizați în definirea rotorului
Rulmenții folosiți în consrucția motorului sun t de tipul 6201 -2Z și
sunt, de asemenea, presați pe arborele motorului.
Figura 3.16 – Rulmenți 6201 -2Z
Modelul 3D al rotorului și principalele date constructive :
:
Număr de crestături: 32
Lungimea pache tului rotoric
Grosimea tolei: 0,65 mm
Număr tole pachet rotoric : 45
Material folosit: Tablă silicioasă
Dim. arbore:
Material: Oțel
M1000
Figura 3.17 – Realizarea 3D a rotorului
28
3.5 CONSTRUCȚIA TEHNOLOGICĂ A MOTOR ULUI ASINCRON MONOFAZAT
10
6
4
9
8
5
7
1
3
Figura 3.18 – Indentificarea principalelor componente ale motorului
1 – Nituri de stângere motor 6 – Condensator
2
2 – Scut opus antrenare 7 – Scut antrenare
3 – Suba nsamblu stator complet 8 – Bolț fixare curea
4 – Cutie de borne 9 – Piuliță fixare condensator
5 – Subansamblu rotor complet 10 – rondelă elastică pentru compensare joc axial
29
Pentru realizarea tehnologică a motorului asincron proiectat este nevoie de stabilirea unui
proces de producție. Acest proces de producție constă în transformarea materialelor și
semifabricatelor în produse finite. Pregătirea fabricației are la bază lista de materiale utilizate și
consumurile stabilite în faza de pregătire. Pentru realizarea mot orului s -a stabilit crearea
subansamblelor scuturi, stator, rotor și realizarea procesului de asamblare.
Din punct de vedere tehnologic, subansamblul reprezintă o parte a motorului, această
parte este executată individual de celelalte subansamble ale moto rului.
Subansamblu Scuturi motor
Proces de
Subansamblu stator complet Motor complet asamblare
Subansamblu rotor complet
Figura 3.19 – Flow chart al procesului tehnolog ic
Realizarea tehnologică a scuturilor motorului:
Realizarea tehnologică a scuturilor motorului se face prin turnarea și prelucrarea ulterioară
a acestora. Turnarea reprezintă procesul tehnologic prin care se realizează piese prin solidificarea
unei cantități determinate de material lichid introdus în matrițe. Materialul folosit în realizarea
scuturilor motorului are la bază compuși din aluminiu și siliciu + alte elemente chimice cum ar
fi: fier, mangan, zinc sau plumb. Temperatura de turnare a acestui aliaj este cuprinsă între
565÷585 C iar densitatea de material este egală cu 2.67
Kg/dm3.
După turnarea scuturilor au loc procese tehnologice de
prelucrare prin rectificare. Rectificarea este procedeul tehnologic de
prelucrare prin așchiere a pieselor metalice în vederea asigurării unei
precizii dimensionale superioare și a unui grad ridicat de netezire a
suprafetelor. Această rectificare se face în zona în care rulmenții
arborelui sun așezați. După obținerea subansamblelor scuturi antrenare
și opus antrenare, urmează obținerea bolțului din scutul antrenare.
Figura 3.20 – Scut turnat
Bolțul se obține prin turnare iar apoi prin prelucrări mecanice
clasice. Următorul proces utilizat în obținerea bolțului este strunjirea.
Strunjirea este operația de prelucrare prin așchiere a suprafeței exterioare
sau interioare a pieselor, ce reprezintă în general corpuri de rotație, cu
ajutorul cuțitelor, pe masini unelte. Ultimul procedeu tehnologic la care
este supus bolțul este rectificarea.
După obținerea bolțului, are loc procesul tehnologic de presare al
bolțului în scutul antrenare.
Figura 3.21 – Bolț
30
Realizarea tehnologică a statorului:
Din punct de vedere tehnologic, realizarea subansamblului stator este un proces complex
ce includ e mai multe procedee tehnologice. Procesul tehnologic are la bază identificarea
componentelor statorului în primă fază și realizarea ordinii operațiilor pentru obținerea unui
subansamblu conform.
1 – Bobinaj statoric
2 – Pachet statoric
3 – Izolație închidere crestătură
4 – Izolație crestătură
4
1
3 2
Figura 3.22 – Explode subansamblu stator
În flow chartul de mai jos este prezentat procesul tehnologic prin care se realizează
pachetul statoric al motorului în ordinea executării operațiilor.
Tablă Debitare Ștanțare Debavurare Împachetare
Prima operație o reprezintă debitarea tablei
silicioase la dimensiunile precizate anterior, urmează
ștanțarea tolelor din materialul debitat. După debavurare
are loc sortarea tolelor conforme de cele ne conforme.
Ultima acțiune înaintea obținerii subansamblului pachet
statoric este împachetarea tolelor. Toate aceste acțiuni se
pot realiza cu ajutorul unei ștanțe performante ce poate
realiza operații succesive. O astfel de ștanță are o acțiune
succesivă ce poate executa mai multe operații de ștanțare
prin deplasarea succesivă a semifabricatului de la o
operație la alta în sensul avansului.
Figura 3.23 – Subansamblu stator împachetat
31
După obținerea subansamblului statoric împachetat, viitorul su bansamblu statoric este
supus unui proces semi -automatizat de realizare a statorului. În flow chartul care urmează este
descris întreg procesul tehnologic de realizare a statorului.
Stator
Introducere izolație Bobinare Introducere izolație închidere Presare
împachetat de crestătură stator crestătură bobinaj
Montare cablaj și
Consolidare bobinaj
Impregnare stator TP (legare aț ă și presare bobinaj)
Introducerea izolației de crestătură în crestăturile statorului ștanțat și împachetat se face cu
ajutorul unui dispozitiv automat care taie și introduce izolația în crestătură. Următoarele dou ă
operații se realizează simultan, bobinele motorului sunt inițial bobinate în interiorul unui
inserter care, la rândul său este introdus în același timp cu izolația de închidere crestătură în
interiorul celor 24 de crestături. Acest bobinaj respectă schema de bobinaj prezentată în
subcapitolul anterior. După introducerea spirelor în crestătură, următoarea acțiune o reprezintă
presarea bobinajului pentru obținerea condițiilor impuse de proiectant. Forma
subansamblului bobinat este prezentată în figura 2.24. Această condiție trebuie respectată
deoarece permite o montare mult mai ușoară și sigură a rotorului, împiedică dezizolarea
sau
distrugerea bobinajului în timpul asamblării motorului.
Figura 3.24 – Subansamblu stator bobinat
Montarea cablajului și a termoprotectorului se realizează simultan, la capătul cablajului
se află cutia de borne a motorului. O operație tehnologică importantă este consolidarea
bobinajului prin legarea cu ață specială. Această operație se realizează automat și are rolul de a
proteja bobinajul în timpul montării. Forma definitivă a bobinajului o dă operația tehnologică de
presare a bobinajului. Ultima operație a statorului o reprezintă impregnarea cu lac de impregnare
cu o vâscoz itate scăzută la temperatura camerei, cu o foarte bună stabilitate la stocarea în baia de
impregnare. Rezistența dielectrică are o valoare egală cu >3000 V/ 0.025 mm. Rolul impregnării
este de a proteja bobinajul în timpul montării și de a disipa căldura î n funcționare.
Realizarea tehnologică a rotorului:
Din punct de vedere tehnologic, realizarea subansamblului rotor este un proces complex
ce include mai multe procedee de prelucrare mecanică. Procesul tehnologic are la bază
identificarea componentelor ro torului în primă fază și realizarea ordinii operațiilor pentru
obținerea unui subansamblu conform.
32
5
4
1 – Arbore motor
3
2 2 – Rulmenți 6201 -2Z
3 – Rondelă asigurare joc axial
4 – Pachet rotoric
5 – Ventilatoare din plastic
1
Figura 3.25– Explode subansamblu rotor
În flow chartul de mai jos este prezentat procesul tehnologic prin care se realizează
pachetul rotoric al motorului în ordinea executării operațiilor.
Tablă
Turnare aluminiu în crestături Debitare Ștanțare Debavurare Împachetare
și inelele de scurt circuit
Prima operație o reprezintă debitarea tablei silicioase la
dimensiunile precizate anterior, urmează ștanțarea tolelor din
materialul debitat. După debavurare are loc sortarea tolelor conforme
de cele neconforme. După sortarea tolelor, are loc împachetarea lor
întrun subansamblu în care urmează turnarea aluminiului. După
turnarea aluminiului în crestăturile și se formează inele de scurtcircuit,
are loc debavurarea subansamblului rotoric.
Figura 3.26 – Pachet rotoric
După obținerea subansamblului rotoric, pachetul rotoric este supus unui proces semi –
automatizat de realizare a rotorului. În flow chartul care urmează este desris întreg procesul
tehnologic.
Pachet rotoric
Pachet rotoric Obținere Presare simultană pachet
Turnat turnat arbore rotoric, ventilatoare plastic și
rulmenți
33
După obținerea pachetului rotoric, un alt subansamblu important al rotorului este arborel e. Arborele se obține prin turnarea
oțelului în cochile. Duritatea acestui material este cuprinsă între 112 -169, rezistența la rupere este de mimin 410 MN/m2. Acest tip de
oțel este folosit pentru rezistența sa sporită împotriva coroziunii. Întrucât arbore le mașinii poate intra
în contact cu apa, se preferă acest tip de material. După obținerea produsului brut, bara este debitată
la lungimea totală a arborelui și este supus prelucrărilor prin așchiere. După obținerea arborelui, are
loc procesul de asambla re a rotorului. Cu ajutorul unei prese semi -automate, se presează simultan pe
arborele motorului pachetul rotoric, rondela de compensare joc axial, ventilatoarele de aer și
rulmenții motorului. Acest proces se poate observa în figura 3.27.
Figura 3.27 – Rotor asamblat
Procesul de asamblare al motorului:
Scut Rondela elastica Scut
Scut opus Rotor Sbs Stator Piesa protectie
de compensare antrenare bobinaj stator antrenare
În imaginile de mai sus, se prezintă procesul de asamblare al motorului. După asamblarea motorului, următoarea acțiune o
reprezintă nituirea motorului. De asemenea, ca motorul să fie complet se montează cutia de borne și condensatorul motorului p e
scuturile motorului, descris anterior în proi ectarea scuturilor.
34
3.6 CONDIȚII EXPERIMENTALE
Condițiile de testare au fost impuse de către proiectant, aceste condiții de testare trebuie
sa respecte normele de testare impuse de normele si standardele aflate în vigoare. Testele au la
bază s tandardul IEC 60335. Acest standard este un standard de testare și proiectare european,
standard după care se vor încerca motoarele din acest proiect. De precizat însă, standardul
american de testare al motoarelor electrice UL 1446.
Pentru testarea motoar elor, s -au ales următoarele teste conform IEC 60335:
– Rezistența izolației
– Rigiditate dielectrică
– Rezistența electrică
– Test în gol
– Caracteristicile mecanice ale motorului
– Încălzirea motorului
1. Rezistența izolației
– Testul rezistenței izolației se face la t emperatura camerei și constă între raportul dintre
tensiunea continuă aplicată între doi electrozi în contact cu dielectricul și curentul global
care străbate acest dielectric.
– Conform IEC 60335,
2. Rigiditate dielectrică
– Testul trebuie făcut la temper atura camerei și nu sunt conectate la rețeaua de alimentare
– O tensiune alternativă este aplicată părților metalice care intră în contact cu suprafața
accesibilă a materialului izolant.
– Conform IEC 60335, pentru acest tip de aplicație se aplică o tensiune de 2000 V/50 Hz
pentru 2 secunde
– Curentul de scurgere trebuie să fie mai mic de 0,5mA
3. Rezistența electrică
– Se realizează după stabilizarea motoarelor timp de 24 de ore în laborator, la temperatura
de 20 C
– Se citește cu ajutorul unui ohm -metru aplicat la începutul și sfârșitul spirei.
– Se măsoară în [ ]
– Transformarea la temperatura de 20 C se face cu formula :
[ ]
unde temperatura la care s -au stabilizat motoarele
35
4. Test în gol
– Reprezintă testul motorului electric la care nu este aplicată nicio sarcină externă.
– Pentru realizarea sa este nevoie de o sursă de tensiune, un multimetru și un tahometru
pentru măsurarea turației.
– Se vor înregistra valorile: Tensiunii de alimentare U[V], curentul I[A], Puterea abosbită
P[W], turația n[rpm]
5. Caracter isticile mecanice ale motorului
– Reprezintă toate valorile pe care le putem măsura în sarcină ale motorului.
– Trasarea curbelor s -a făcut experimental cu ajutorul unui sistem de achiziții de date.
o Acest sistem de achiziții de date este compus din : Frână Magtrol
Sistem softwer – Magtrol
Multimetru pentru citirea curentului, puterii, tensiunii
Sursa de tensiune de curent continuu
Traductor de măsurare a turației
o Testul s -a efectuat conform IEC 60335 -1, pentru realizarea experimentului s -au
urmat pași i :
Motorul a fost așezat în poziție orizontală pe elementul de fixare.
S-a conectat arborele motorului la frâna sistemului de achiziții.
S-a creat programul de testare în softul M.exe al Magtrol, în care s -a trasat
caracteristica mecanică
S-a trasat ca racteristica mecanică a motorului cu ajutorul programului.
6. Încălzirea motorului
– Se realizează după stabilizarea motoarelor timp de 24 de ore în laborator, la temperatura
de 20 C conform IEC 60335 -1, măsurătorile se vor efectua pentru a verifica dacă moto rul
se încadrează în clasa de izolație. Măsurătorile se vor efectua cu ajutorul unui sistem de
achiziții de date, acesta va înregistra valorile rezistenței electrice pe înfășurarea principale
și înfășurarea auxiliară. De asemenea, sistemul de achiziții va citi și temperatura la care
termoprotectorul trebuie să decupleze.
– Acest test se realizează cu rotorul blocat la o tensiune de 240V, 50Hz
– În timpul testului temperatura maximă a motorului nu trebuie să depășească 180 C pentru
clasa de izolație F.
– Testul se va efectua timp de o oră.
– Temperatura în zona termoprotectorului se va citi cu ajutorul unui termocuplu
(poziționat ca în fig. 2.28)
– Temperatura bobinajului va fi calculată cu formula: ,
unde:
– temperatura bobinajului (calculată)
– rezistența la începutul testului
– rezistența la sfârșitul testului
=234,5 pentru bobinaj din Cu și 225 pentru bobinaj din Al
36
– temperatura camerei la începutul testului
– temperatura camerei la sfârșitul testului
Figura 3.28 – Poziția termocuplului
– Pentru consultarea dacă motorul se încadrează în clasa de izolație, se va consulta tabelul
de mai jos, extras din IEC 60335
TIPUL DE APLICAȚIE TEMPERATURA [ C]
CLASA CLASA CLASA CLASA CLASA CLASA CLASA CLASA
A E B F H 200 220 250
Alte aplicații decât cele care au 200 215 225 240 260 280 300 330
condiții deja stabilite
Aplicați care au stabilite condițiile
– protejate prin impedanță 150 165 175 190 210 230 250 280
– protejate cu termoprotector
în timpul primei ore de 200 215 225 240 260 280 300 330
testare (valoare maximă)
175 190 200 215 235 255 275 305 după prima oră de testare
(valoare maximă)
150 165 175 190 210 230 250 280 după prima oră de testare
(media a ritmetică)
Tabelul 3.2 – Temperatura maximă a bobinajului în funcție de clasa de izolație conform IEC
60335
37
3.7 DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A PARAMETRILOR
MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT
După stabilirea condițiilor de testa re, s-au efectuat încercările corespunzătoare cu
următoarele rezultate:
1. Rezistența de izolației
– Date impuse: , conform IEC 60335
– Motorul va fi stabilizat timp de 24h la temperatura camerei înainte de efectuarea testului
Nume M Valoare impusă Rezultat
Motor 1 M100 100 100 OK
Tabelul 3.3 – Rezultat experimental al rezistenței de izolație
Testul de rezistență a izolației este un test de electro -securitate, test pe care motorul l -a
trecut.
2. Rigiditate dielectrică
– Date impuse: 2000 V/50 Hz pentru 2 secunde, conform IEC 60335
– Motorul va fi stabilizat timp de 24h la temperatura camerei înainte de efectuarea testului
Nume U[V]/f[Hz] Valoare impusă pentru 2 sec RESULT
Motor 1 M100 2000/50 2000/50 OK
Tabelul 3.4 – Rezultat experimental al mă surătorii rigidității dielectrice
Testul de rigiditate dielectrică este un test de electro -securitate, test pe care motorul l -a
trecut.
3. Rezistența electrică
– Date impuse:
o R înf. princ = 31,4÷34,8 [Ω]
o R înf. aux = 31,3÷34,6 [Ω]
– Motorul va fi sta bilizat timp de 24h la temperatura camerei înainte de efectuarea testului
38
Nume R[] Înf. princ R[] Înf. aux RESULT
Motor 1 M100 33.7 34.1 OK
Tabelul 3.5 – Rezultat experimental al măsurătorii rezistenței electrice
4. Test în gol
– Date impuse:
o U=230 V
o f=50 Hz
– Motorul va fi stabilizat timp de 24h la temperatura camerei înainte de efectuarea testului
Caracteristici Rezultate experimentale
I [A] 0.66
Pabs [W] 124.31
n [rpm] 2940
pf 0,81
ɳ[%] 9.15
Tabelul 3.6 – Rezultat experimentale ale p arametrilor motorului – fără sarcină
5. Caracteristicile mecanice ale motorului
În tabelul de mai jos sunt prezentate valorile curentului, cuplului, turației, putere
absorbită, puterea utliă, factorul de putere și ale randamentului. Aceste valori au fost extrase din
caracteristicile mecanice ale motorului, caracteristicile au fost trasate cu sistemul de achiziții de
date al Magtrol.
Nr. U [V] I [A] M [N·cm] n [rpm] Pabs [W] Put [W] pf [ ]
1 230 0.67 5 2931 128.42 15.60 0.84 12.15
2 230 0.68 10 2900 137.01 30.37 0.87 22.16
3 230 0.71 15 2866 146.58 44.78 0.90 30.54
4 230 0.73 20 2828 156.43 60.30 0.93 38.55
5 230 0.77 25 2790 167.23 74.49 0.94 44.57
6 230 0.81 30 2750 178.76 88.34 0.96 49.46
7 230 0.85 35 2715 189.81 98.84 0.97 52.11
8 230 0.91 40 2669 203.02 111.61 0.98 55.01
9 230 0.96 45 2619 216.74 123.04 0.98 56.80
10 230 1.02 50 2562 232.03 134.32 0.99 57.92
11 230 1.09 55 2498 248.25 143.98 0.99 58.02
12 230 1.16 60 2423 265.44 152.50 0.99 57.48
13 230 1.26 65 2332 286.92 158.74 0.99 55.32
14 230 1.37 70 2203 312.08 161.76 0.99 51.83
Tabelul 3.7 – Rezultate experimentale ale parametrilor motorului – în sarcină
39
Se observă că, la un cuplu nominal M=50 N·cm , valoarea randamentului este egală cu
. În urma acestor rezultate, s -au efectuat teste și încercări pentru optimizarea energetică
a motorului.
Figura 3.29 – Eficiența energetică a motorului
În figura 3.29– Eficiența energetică a motorului este reprezentată caracteristica motorului
Figura 3.3 – Curentul absorbit de motor
În figura 3.30 – curentul absorbit de motor se observă valorile curentului pe toată
caracteristica.
40
Figura 3.31 – Cuplul motorului
În figura 3.31 – Cuplul motorului, se observă valorile cuplului pe toată caracteristica
mecanică a motorului.
6. Încălzirea motorului
Figura 3.32 – Cuplul motorului
– Temperatura pe înfășurarea principală : 184 C
– Temperatura pe înfășurarea auxiliară : 151 C
41
CAPITOLUL IV – OPTIMIZAREA ENERGETICĂ A MOTORULUI
ASINCRON MONOFAZAT
4.1 REPROIECTAREA STATORULUI MOTORULUI ASINCRON
MONOFAZAT
Pentru optimizarea energetică a motorului asincron monofazat s -a încercat utilizarea unor
materiale de o calitate superioa ră. Reproiectarea statorului a avut la bază reproiectarea numărului
de spire și a diametrului conductorului și utilizarea unei table electrotehnice de calitate
superioară. În tabelul de mai jos se regăsesc materialele utilizate în construcția motoarelor
electrice actuale.
Nr. Tip material Grosime Densitate
[mm] [ ] [W/kg]
1 M1000 -65A 0.65 7.8 10
2 M800 -65A 0.65 7.8 8
3 M700 -65A 0.65 7.75 7
4 M600 -65A 0.65 7.75 6
5 M500 -65A 0.65 7.7 5.3
6 M400 -65A 0.65 7.65 4
7 M310 -65A 0.65 7.6 3.1
8 M1000 -50A 0.5 7.85 9.4
9 M800 -50A 0.5 7.8 8
10 M700 -50A 0.5 7.8 7
11 M600 -50A 0.5 7.75 6
12 M500 -50A 0.5 7.7 5.3
13 M400 -50A 0.5 7.7 4
14 M310 -50A 0.5 7.65 3.1
15 M250 -50A 0.5 7.6 2.5
16 M300 -35A 0.35 7.35 3
17 M210 -35A 0.35 7.6 2.1
Tabelul 4.1 – Tipuri de table silicioase utilizate în construcția motoarelor electrice
În tabelul 4.1 sunt prezentate tipurile de table silicioase utilizate în construcția motoarelor
electrice în funcție de grosimea tablei. Se observă că, utilizând un materi al mai bun se pot obține
perfomanțe mai bune ale motoarelor. Materialul utilizat în construcția motorului asincron a fost
M1000 -65A, cu grosimea de 0.65mm și piederi in fier de 10W/kg la 1,5T. Prin utilizarea unui
material cu pierderi mai mici se micșoreaz ă pierderile motorului. Din motive tehnico -economice
se vor folosi materiale care să permită realizarea fizică a motorului la un preț optim. Se vor
utiliza tole cu gorsimea de 0,65 mm și 0,50 mm. Scăderea grosimii tablei reprezintă micșorarea
pierderilor î n fier.
42
Pentru a optimiza motorul asincron s -au efectuat teste cu diverse tipuri tablă silicioasă
utilizate în construcția tolelor:
– M1000 -65A cu grosimea materialului de 0,65mm (material ales în proiectarea
motorului),
– M600 -50A cu grosimea material ului de 0,50 mm
Greutatea teoretică a pachetului statoric este de aproximativ 1,508kg, lungimea fierului
, un calcul aproximativ indică următoarele pierderi în funcție de tipul de tablă
utilizată :
–
–
După optimizarea pierderilor în fier, v a avea loc optimizarea energetică a bobinajului
statoric. Așa cum a fost precizat în capitolul anterior, bobinajul motorului proiectat este egal cu
2x(128 -134-135).
Pentru limitarea pierderilor în bobinaj, s -a cercetat reducerea diametrului spirei și mări rea
numărului de spire pentru a reduce rezistența ohmica a bobinajului. Pentru a se realiza această
optimizare, s -au efectuat următoarele calcule:
,
unde:
– R – rezistența ohmică
–
–
–
–
Se va determina lungimea medie a spirei:
[ ]
Vom ca lcula numărul de spire pentru un diametru și o rezistență ohmică
egală cu 37,5Ω. =
Spirele se vor repartiza în poli asemănător capitolului anterior: s -a calculat unghiul
rezultant R pentru determinarea spațială și repartizarea într -o formă sinu soidală a numărului de
43
conductoare dintr -o crestătură. Cu cât unghiul rezultant R este mai mic, cu atât pierderile în
bobinaj sunt mai mici:
Z
Z | | | | √
a – real, b – imaginar,
Figura 4.1 – Rezultanta câmpului magnetic
produs de bobinaj
Realizarea calculului factorului de umplere prin care se poate deduce dacă acest motor
electric se poate realiza din punct de vedere tehnologic:
– suprafața utilă a crestăturii
– suprafața ocupată de izolație în crestătură
Pentru bobinajul din alum iniu cu diametrul , diametrul total al bobinajului va
fi egal cu datorită lacului de izolație din email.
Mai jos este prezentat noua configurație a statorului optimizat
Dimensiune tolă : 108,8 x 108,8 mm
Diametru interior :
Numărul de crestături : 24
Număr total de spire : 2x(137 -138-139)
Diametrul conductorului :
Lungimea pachetului statoric
Grosimea tolei : 0,50 mm
Număr tole pachet statoric : 60 de tole
Material folosit : Tablă silicioasă M600
Figura 4.2 – Realizarea în 3D a statorului optimizat
44
4.2 REPROIECTAREA ROTORULUI MOTORULUI ASINCRON
MONOFAZAT
Reproiectarea rotorului reprezintă în același timp modificarea parametrilor cuplu, curent
absorbit și putere utilă. Pentru reproiectarea rotorului, s-a făcut o analiză asupra componentelor
rotorului pentru a reduce pierderile rotorice.
Un prim pas este scăderea rezistenței rotorice prin turnarea unei cantități mărite de
aluminiu. În figura de mai jos este reprezentată reproiectarea rotorului motorul ui:
În noua configurare a motorului se
observă că pachetul rotoric a suferit câteva
schimbări față de versiunea precedentă.
Ventilatoarele din plastic au fost înlocuite cu
pale de aluminiu turnate împreună cu inelele
de scurt -circuit. Ambele inele sunt identice
din punct de vedere tehnic, prezintă un număr
de 8 pale ce au ca scop răcirea motorului.
Totodată, prin turnarea palelor de aluminiu,
se vor reduce pierderile mecanice ale
rotorului. Din punct de vedere al realizării
tehnologice, rotorul se va rea liza asemenea
motorului 1, cu precizarea că palele din
plastic nu se vor mai presa (apare o reducere
Figura 4.3 – Realizarea 3D a rotorului
îmbunătățire a procesului tehnologic. De asemenea, prețul motorului se va reduce prin eliminarea
a două pale din p lastic, două rondele de compensare a jocului axial și prin reducerea numărului
de operații tehnologice la care este supus sub -ansamblul rotoric.
Noul rotor se va folosi doar pentru variantele constructive ce conțin tablă M600 -50A cu
pachet de 30 mm.
În continuare, se vor prezenta statoarele reproiectate ale motoarelor ce urmează a fi
testate:
:
Număr de crestături : 32
Lungimea pachetului rotoric
Grosimea tolei : 0,5 mm
Număr tole pachet rotoric : 59
Material folosi t : Tablă silicioasă
Dim. arbore :
Material : Oțel
M600
Figura 4.4 – Realizarea 3D a rotorului
45
4.3 DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A PARAMETRILOR
MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT OPTIMIZAT
După stabilirea condițiilor de testare, s -au efectuat înce rcările corespunzătoare cu
următoarele rezultate :
1. Rezistența izolației
– Date impuse: , conform IEC 60335
– Motorul va fi stabilizat timp de 24h la temperatura camerei înainte de efectuarea testului
Nume M Valoare impusă Rezultat
Motor 2 M600 100 100 OK
Tabelul 4.2 – Rezultat experimental al rezistenței de izolație
Testul de rezistență a izolației este un test de electro -securitate, test pe care motorul l -a
trecut.
2. Rigiditate dielectrică
– Date impuse: 2000 V/50 Hz pentru 2 secunde, conform IE C 60335
– Motorul va fi stabilizat timp de 24h la temperatura camerei înainte de efectuarea testului
Nume U[V]/f[Hz] Valoare impusă pentru 2 sec RESULT
Motor 2 M600 2000/50 2000/50 OK
Tabelul 4.3 – Rezultat experimental al măsurătorii rigidității dielec trice
Testul de rigiditate dielectrică este un test de electro -securitate, test pe care motorul l -a
trecut.
3. Rezistența electrică
– Date impus :
o R înf. princ = 36÷40 [Ω]
o R înf. aux = 36÷40 [Ω]
– Motorul va fi stabilizat timp de 24h la temperatura ca merei înainte de efectuarea testului
Nume R[] Înf. princ R[] Înf. aux RESULT
Motor 2 M600 37.5 37.5 OK
Tabelul 4.4 – Rezultat experimental al măsurătorii rezistenței electrice
46
4. Test în gol
– Date impuse :
o U=230 V
o f=50 Hz
– Motorul va fi sta bilizat timp de 24h la temperatura camerei înainte de efectuarea testului
Caracteristici Rezultate experimentale
I [A] 0,49
Pabs [W] 99,2
n [rpm] 2962
pf 0,87
ɳ[%] 11,3
Tabelul 4.5 – Rezultat experimentale ale parametrilor motorului – fără sarcină
5. Caracteristicile mecanice ale motorului
În tabelul de mai jos sunt prezentate valorile curentului, cuplului, turației, putere absobită,
putere utliă, factor de putere și ale randamentului. Aceste valori au fost extrase din
caracteristicile mecanice a le motorului, caracteristicile au fost trasate cu sistemul de achiziții de
date al Magtrol.
Nr. U [V] I [A] M [N·cm] n [rpm] Pabs [W] Put [W] pf [ ]
1 230 0.50 5 2954 102.86 15.68 0.88 15.22
2 230 0.53 10 2930 111.56 29.87 0.91 26.73
3 230 0.56 15 2904 122.57 46.14 0.94 37.52
4 230 0.60 20 2874 133.93 61.57 0.96 45.82
5 230 0.64 25 2846 144.21 76.63 0.97 53.06
6 230 0.69 30 2817 155.20 89.26 0.97 57.48
7 230 0.74 35 2791 167.39 100.68 0.98 60.16
8 230 0.8 40 2749 181.84 116.09 0.98 64.00
9 230 0.86 45 2712 197.14 127.24 0.99 64.67
10 230 0.93 50 2664 212.86 140.41 0.99 66.21
11 230 1.01 55 2610 231.64 151.67 0.99 65.73
12 230 1.10 60 2549 252.72 160.80 0.99 63.81
13 230 1.20 65 2466 276.41 168.26 0.99 61.05
14 230 1.34 70 2341 308.15 171.75 0.99 55.85
Tabelul 4.6 – Rezultate experimentale ale parametrilor motorului – în sarcină
47
Mai jos se vor reprezenta grafic caracteristicile mecanice ale motorului optimizat. De
asemenea, din tabelul 4.6 se observă datele nominale ale motorului asincron optimizat.
Figura 4.5 – Eficiența energetică a motorului optimizat
În figur a 4.5 – Eficiența energetică a motorului optimizat, este reprezentată caracteristica
mecanică a motorului. Se observă că, la un cuplu nominal M=50 N·cm , valoarea randamentului
este egală cu .
Figura 4.6 – Curentul absorbit de mot or
În figura 4.6 – curentul absorbit de motor se observă valorile curentului pe toată
caracteristica.
48
Figura 4.7 – Cuplul motorului
În figura 4.7 – Cuplul motorului se observă valorile cuplului pe toată caracteristica
mecanic ă a motorului.
6. Încălzirea motorului
Figura 4.8 – Cuplul motorului
– Temperatura pe înfășurarea principală: 182 ⁰C
– Temperatura pe înfășurarea auxiliară: 147 ⁰C
49
CAPITOLUL V – REZULTATE EXPERIMENTALE – OPTIMIZAREA
ENERGETICĂ A MOTORULUI ASINCRON MONOFAZAT
În acest capitol se vor compara cele două motoare, Motor 1 M1000 și Motor 2 M600 din
punct de vedere constructiv și al eficienței energetice. Din punct de vedere al performanțelor,
ambele motoare au aceeși putere utilă la arb ore la un cuplu de M = 50 [ N·cm ]. De asemenea, se
vor preciza principalele optimizări constructive ce a făcut posibilă optimizarea energetică a
motorului.
5.1 COMPARAȚIA CONSTRUCTIVĂ A CELOR DOUĂ MOTOARE
Din punct de vedere constructiv, ambele mo toare păstrează anumite caracteristici
mecanice și prezintă anumite deosebiri din punct de vedere al materialelor utlizate. În imaginile
de mai jos, se vor reprezenta modelele 3D ale principalelor elemente componente (scuturi, rotor,
stator) ale motorului.
1. Scuturilor motorului
Figura 5.1 – Scuturile utilizate în construcția motorului
Ambele motoare folosesc același tip de scuturi, ca în imaginea de mai sus. Modificarea
scuturilor nu poate avea niciun fel de influență asupra perfor manțelor energetice ale motorului.
Singurele influențe pe care scuturile le pot avea asupra întregului motor sunt de fixare în
aplicație și de supraîncălzire a motorului. În urma testelor de încălzire, s -a demonstrat că ambele
motoare au același nivel de î ncălzire.
50
2. Statoarele celor două motoare
În tabelul de mai jos sunt prezentate datele constructive ale celor două motoare.
Motor 1 – M1000 Motor 2 – M600
Dimensiune tolă 108,8 x 108,8 mm 108,8 x 108,8 mm
Diametru interior
Număr ul de crestături 24 24
Număr total de spire 2x(128 -134-135) 2x(137 -138-139)
Diametrul conductorului
Lungimea pachetului statoric
Grosimea tolei 0,65 mm 0,50 mm
Număr tole pachet statoric 46 de tole 60 de tole
Material folo sit Tablă silicioasă M1000 Tablă silicioasă M600
Tabelul 5.1 – Comparația statoarelor celor două motoare
Așa cum se poate observă, s -au păstrat în întregime dimensiunile tolei proiectate în
Capitolul III. Dimensiunea tolei, diametrul interior al tolei și numărul de crestături nu pot
influența performanțele motorului în cazul acestei optimizări. Prima diferență între cele două
motoare apare la numărul total de spire și diametrul acestora. Prin mărirea rezistenței ohmice de
la 33.7Ω la 37.5Ω s-a limitat curentul absorbit de motor. De asemenea, numărul de spire s -a
modificat de la 794 de spire/fază la 828 de spire/fază, așa cum și diametrul de a devenit .
Lungimea pachetului statoric a rămas aceeași, deși
performanțele motorului pot fi influen țate de acest detaliu tehnic. Prin mărirea pachetului
statoric, puterea motorului crește iar motorul funcționează într -un regim diferit. Motorul poate
avea o putere utilă mai mare, randamentul motorului poate varia în funcție de sarcina motorului.
Grosimea tolei s -a modificat deoarece pierderile în fier sunt mai mici cu cât grosimea tolei este
mai mică. De aceea, pentru a păstra aceeași lungime a fierului, numărul de tole a crescut de la 46
de tole la 60 de tole.
Cea mai importantă modificare adusă pachetu lui
statoric este utilizarea unui material cu pierderi în fier
mult mai mici – de la M1000, material cu pierderi de 10
[W/kg] la 1.5 T, s -a utilizat un material cu pierderi
semnificativ mai mici – M600, cu pierderi de 6 [W/kg] la
1.5 T. Greutatea teoretică a pachetului statoric ( fără
bobinaj) este de 1.508 Kg. Se poate deduce că pierderile
în fier pentru M1000 sunt de 15.08 [W/kg] în timp ce,
pentru M600 pierderile în fier sunt de 9.04 [W/kg]. Se
deduce că în urma schimbării materialului s -au redus
pierder ile în fier cu aproximativ 6 [W/kg].
Figura 5.2 – Statorul optimizat
51
3. Rotoarele celor două motoare
Motor 1 – M1000 Motor 2 – M600
Număr de crestături 32 32
Lungimea pachetului rotoric
Grosimea tolei 0,65 mm 0,5 mm
Număr tole pache t rotoric 45 59
Material folosit : Tablă silicioasă M1000 Tablă silicioasă M600
Dim. arbore :
Material arbore : Oțel Oțel
Tabelul 5.2 – Comparația rotarelor celor două motoare
Rotorul reprezintă cel mai important component al motorului deorece a cesta este
elementul mobil, elementul prin intermediul căruia se transformă energia electrică în energie
mecanică. Eficiența motorului poate fi modificată foarte ușor cu ajutorul rotorului. Diametrul
exterior, lungimea pachetului rotoric precum și arborele motorului au rămas neschimbate pentru
motorul optimizat. În construcția motorului se observă aceleați modificări de material ca și în
cazul statorului: trecerea de la tabla silicioasă M1000 la tabla silicioasă M600. Masa netă a
rotorului este de 0.470 Kg. Se poate deduce că pierderile în fier pentru M1000 sunt de 4.7
[W/kg], în timp ce pentru M600 pierderile în fier sunt de 2.8 [W/kg]. Se deduce că în urma
schimbării materialului s -au redus pierderile în fier cu aproximativ 2 [W/kg].
Pierderile datorate r otorului s -au redus și datorită modificării modalității de răcire a
motorului prin înlocuirea ventilatoarelor de plastic cu turnarea palelor de aluminiu. Palele de
aluminiu au scopul de a răci motorul și de asemenea, scade rezistența internă a inelului de scurt –
circuit turnat din aluminiu. De asemenea, pierderile mecanice au fost reduse prin înlocuirea
ventilatoarelor de plastic presate cu turnarea palelor de aluminiu. În imagimea de mai jos se
observă diferența tehnologică între cele două tipuri de rotoare .
Figura 5.3 – Diferența constructivă a celor două rotoare
52
5.2 ANALIZA COMPARATIVĂ A PARAMETRILOR CELOR DOUĂ
MOTOARE
Tabelul de mai jos reprezintă comparația celor două motoare la testul în gol, fără sarcină
mecanică la arbo re. Se observă că parametrii motorului 2 optimizat M600 sunt mai buni decât cei
ai motorului 1 M1000. Puterea absorbită a scăzut cu 25W (20%) în gol, iar curentul absorbit este
cu aproximativ 0,17A ( 25%) mai mic decât curentul absorbit de motorul 1 M1000.
M1000 M600
I [A] 0.66 0,49
Pabs [W] 124.31 99,2
n [rpm] 2940 2962
pf 0,81 0,87
ɳ[%] 9.15 11,3
Tabelul 5.3 – Comparația parametrilor celor două motoare în gol
În urma testelor individuale ale celor două motoare s -au obținu t date cu care s -a realizat
comparația motoarelor. În tabelul de mai jos se pot observa diferențele dintre motorul 1 M1000
și motorul 2 optimizat M600. Datele din tabelul de mai jos au fost selectate din graficul trasat cu
sistemul de achiziții de date al Magtrol.
Motor U f M n I Put [W] Pabs pf eff
[V] [Hz] [N·cm] [rpm] [A] [W] [%]
230 50 10 2900 0.68 30.37 137.01 0.87 22.16
230 50 20 2828 0.73 60.30 156.43 0.93 38.55
M1000
230 50 30 2750 0.81 88.34 178.76 0.96 49.46
230 50 40 2669 0.91 111.61 203.02 0.98 55.01
230 50 50 2562 1.02 134.32 232.03 0.99 57.92
230 50 60 2423 1.16 152.50 265.44 0.99 57.48
230 50 70 2203 1.37 161.76 312.08 0.99 51.83
230 50 10 2930 0.532 29.87 111.56 0.91 26.73
230 50 20 2874 0.607 61.57 133.93 0.96 45.82
M
60
0 230 50 30 2817 0.69 89.26 155.20 0.97 57.48
230 50 40 2749 0.8 116.09 181.84 0.98 64.00
230 50 50 2664 0.933 140.41 212.86 0.99 66.21
230 50 60 2549 1.104 160.80 252.72 0.99 63.81
230 50 70 2341 1.345 171.71 308.15 0.99 55.85
Tabelul 5.4 – Comparația parametrilor celor două motoare în sarcină
53
Ambele motoare au fost alimentate la o tensiune U=230V, frecvența f=50Hz și testate în
aceleași condiții descrise anterior. Din datele extrase s -au ales pentru tabelul de mai sus doar date
sugestive în vederea comparării celor două motoare. Cu ajutorul datelor din Magtrol (sistem de
achiziții de date) s -au trasat caracteristicile mecanice ale celor două motoare, acolo unde se
observă diferența randamentului cele două motoare.
În graficele de mai jos sunt reprezentate caracteristicile celor două motoare .
Figura 5.4 – Comparația caracteristicii mecanice a celor două motoare
În graficul 5.4 se observă caracteristica mecanică a motrului 2 M600 și caracteristica
mecanică a motorului M1000. În zona în care motorul funcționează în aplicați a la care este
utilizat se observă o îmbunătățire energetică a motorului. Diferența maximă de randament între
cele două motoare se observă la o turație cuprinsă între 2500 -3000rpm și un cuplu M=50 N•cm,
valoarea randamentului pentru motorul M1000 este de 5 8%, în timp ce valoarea randamentului
pentru motorul M600 este de 66%. Diferența randamentelor este de 8%, deci se observă o
îmbunătățire energetică a motorului.
Figura 5.5 – Curentul absorbit de cele două motoare
În figura 5.5 se obse rvă că motorul 1 și motorul 2 M600 absorb același curent pe întreaga
caracteristică mecanică. De aici, se poate spune că ambele motoare sunt asemănătoare din punct
de vedere al curentului absorbit.
54
Figura 5.6 – Comparația cuplului c elor două motoare
Așa cum se poate observa, cuplul de pornire al motorului neoptimizat M1000 este mai
mare decât cuplul de pornire al motorului optimizat M600. Aceasta este singura diferentă din
punct de vedere al paramaetrilor motoarelor. De asemenea, în zona în care motorul funcționează
în aplicație se observă că valoarea cuplului motorului optimizat M600 este mai mare.
Figura 5.7 – 5.8 – Histogramele comparative ale randamentului și curentului
în funcție de cuplul motorului
Din his tograma randamentului se observă că pe întreaga plajă a cuplului 10 -70 N•cm,
valoarea randamentului este mai mare pentru motorul optimizat M600 decât pentru motorul
neoptimizat M1000.
Din histograma curentului, se observă că la același cuplu, valoarea cur entului absorbit
este mai mică pentru motorul optimizat M600. Acesta este motivul pentru care cuplul de pornire
al motorului optimizat M600 este mai mic decât cuplul de pornire al motorului neoptimizat
M1000. De aici, se poate deduce că, în motoarele asinc rone monofazate există o dependență a
cuplului motorului în funcție de curentul absorbit.
55
Figura 5.9 – 5.10 – Histogramele comparative ale puterilor absobite și utile
în funcție de cuplul motorului
Din histograma puterii absorbi te (figura 5.9) se observă că la același cuplu, pe întreaga
caracteristică, puterea absorbită a motorului neoptimizat M1000 este mai mare decât puterea
absorbită a motorului optimizat M600. La un cuplu M=50 N•cm, puterea absorbită a motorului 2
optimizat M 600 este cu 20W mai mică decât cea a motorului 1 M1000.
Din histograma puterii utile se observă că puterea utilă a motorului optimizat M600 este
mai mare decât puterea utilă a motorului neoptimizat M1000. La un cuplu M=50 N•cm, puterea
utilă a motorului 2 optimizat M600 este cu 5W mai mare decât cea a motorului 1 M1000.
Figura 5.11 – 5.12 – Histogramele comparative ale
turațiilor și încălzirea celor două motoare
Din figura 5.11, se observă că motorul 2 optimizat M600 are o turație mai ma re
comparativ cu motorul 1 M1000 în toate punctele impuse ale cuplului. La un cuplu M=50 N•cm,
se observă că turația motorului 2 optimizat M600 este mai mare cu aproximativ 100 rpm.
Din figura 5.12 putem deduce că, în ciuda modificărilor suferite, ambele motoare au
aceeași încălzire; se poate spune că ambele motoare fac parte din aceeași clasă de izolație.
56
5.3 PREZENTAREA OPTIMIZĂRII ENERGETICE A MOTORULUI
ASINCRON MONOFAZAT
Aceasă optimizare a avut ca scop reducerea consumului energiei el ectrice. Motorul
asincorn monofazat este utlizat în aplicații electrocasnice, principala aplicație la care este utilizat
este dryerul cu care se usucă rufele.
Mașinile de uscat rufe sunt de două tipuri :
– Aplicații de tip Heatpump sau vented dryers = sunt aplicații ce implică o clasă energetică
superioară, de regulă consumă foarte puțină energie electrică. Constructiv, dispun de un
motor asincron monofazat cu condensator permanent utilizat pentru realizarea mișcării de
rotație a cuvei mașinii de uscat și u n alt motor electric de timp ventilator ce introduce aer
cald în interiorul cuvei pentru a usca rufele. Un principal dezavantaj al acestui tip de
aplicație este zgomotul mai ridicat pe care îl emite în timpul uscării. Un alt dezavantaj
major pe care acest tip de aplicație îl are este prețul ridicat al aplicației. Principalele
avantaje sunt consumul redus de energie utilizat și eficiența de uscare a rufelor.
– Aplicații de tip condenser = sunt aplicații ce implică o clasă energetică inferioară, au un
consum r idicat de energie electrică. Din punct de vedere al mișcării cuvei mașinii de
uscat rufe, se utilizează de asemenea, un motor asincron monofazat cu condensator.
Uscarea rufelor se face cu ajutorul unor rezistențe electrice iar aerul cald este introdus în
cuvă cu ajutorul unui ventilator din plastic presat la capătul motorului electric care
realizează mișcarea de rotație a cuvei. De asemea, în acest tip de aplicație se poate spune
că motorul asincron monofazat îndeplinește două funcții de bază în interiorul aplicației.
Principalele avantaje ale acestor tipuri de mașini de uscat sunt prețul de producere și
achiziționare scăzut, zgomotul produs de aplicație în timpul uscării este redus și
construcția aplicației este mult mai simplificată decât în cazul aplicați ilor de tip
Heatpump. Un dezavantaj major îl constituie consumul ridicat de energie.
Motorul asincron monofazat cu condensator permanent reproiectat în această lucrare este
utilizat pentru aplicații de tip heatpump. S -a realizat un studiu comparativ într e motorul inițial,
motorul 1 M1000 și motorul 2 M600 reproiectat. Studiul s -a realizat conform normelor
europene, pentru o utilizare medie de 3 uscări pe săptămână timp de 10 ani. Astfel, s -au obținut
următoarele date :
– 3 uscări/săptămână · 2h/ciclu = 6h/ săptămână
– 6h/săptămână · 52 săptămâni = 312h/an
– 312h/an ·10 ani= 3120h/ durată de viață
– Motor 1 M1000 = 0,232 kWh → 0,232kWh · 3120h = 723,84 kWh
– Motor 2 M600 = 0,212kWh → 0,212kWh · 3120h = 661,44 kWh
Consumul energetic s -a redus cu 62,4 kWh într -o peri oadă de 10 ani (8.6%), într -un
singur an energia consumată s -a redus cu 6,24 kWh.
Din punct de vedere financiar, 1kWh energie costă aproximativ 0.15€, ceea ce înseamnă
că timp de 10 ani s -au economisit 9,36€.
57
La un număr de 100.000 de mii de unităț i vândute se vor economisi aproximativ
936.000€ doar din optimizarea energetică a motorului.
Această optimizare a avut ca principal scop încadrarea aplicației de tip heatpump în clasa
energetică A. În tabele de mai jos, sunt reprezentate clasele energetic e ale aplicațiilor explicate
anterior. Se observă că diferența dintre clasa energetică B și clasa energetică A ( aplicații de tip
heatpump sau vented dryers) este de 80Wh/kg.
Figura 5.13 -5.14 – Clasele energetice admise în Uniunea Europeană pen tru aplicații de uscat rufe
Optimizarea energetică a permis motorului să fie încadrat în clasa energetică A, ceea ce
reprezintă un consum mai scăzut de energie utilizat în uscarea rufelor.
58
CONCLUZII
Lucrarea ”Optimizarea energetică a unui motor electric asincron monofazat cu
condensator permanent” prezintă o soluție pentru optimizaea energetică a motorului.
Motorul electric folosit pentru acest studiu este utilizat în aplicații electrocasnice, unul
dintre mo tivele optimizării energetice este încadrarea aplicațiilor și ale motoarelor într -o clasa
energetica superioară.
Pentru realizarea optimizării, s -a proiectat și încercat un motor electric denumit în studiu
motor 1 M1000 în care s -au utilizat materiale sta ndard utilizate în construcția motoarelor
electrice. Pentru realizarea optimizării s -au analizat rezultatele experimentale ale motorului 1
M1000 și s -a decis utilizarea unor noi materiale și principii de reproiectare a unui nou motor
electric, acesta este denumit în lucrare motor 2 M600.
La baza claselor energetice se află directivul eurpean 2010/30/EU, în care este stabilit un
consum de enrgie admis pentru fiecare clasă energetică. Acest directiv a fost implementat pentru
mai multe aplicatii ale industrie i electrocasnice: mașini de spălat rufe, mașini de uscat rufe,
becuri de iluminat, mașini hibrid pentru spălat și uscat rufe frigidere, masini de spalat vase,
cuptoare electrice sau aplicatii de racire a aerului.
În capitolul I – “Consideratii teoretice” sunt cuprinse noțiunile teoretice minime pentru
înțelegerea modului de funcționare și alte noțiuni de bază.
Capitolul II – “ Metode de optimizare energetica a echipamentelor electrice“ s -a prezentat
o metodă clasică de îmbunătățire energetică cu ajutorul convertizoarelor de frecvență. Această
metodă are la bază reglarea turației unui motor asincron în funcție de aplicația la care este folosit
și demostrarea că o optimizare energetică simplă prin care se reduc consumurile inutile pot salva
energie și mai al es, poate face economii financiare considerabile.
Capitolul III – “ Proiectarea, construcția și testarea motorului asincron monofazat“ sunt
prezentate modelul matematic, construcția motorului 1 M1000 și rezultatele experimentale
obținute. Acest capitol pr ezintă BOM -ul inițial al motorului cu toate materialele utilizate în
construcția sa, modelul matematic din care reies datele constructive și prezentarea procesului
tehnologic la care a fost supus motorul înainte de testare. Din acest capitol reies principa lele date
constructive ale componentelor motorului 1 M1000: statorul (bobinaj, materiale eletroizolante,
materialul pachetului statoric etc); rotorul (materialul pachetului rotoric, materialul arborelui și
ventilatoarele pentru răcire) și componentele auxi liare (scuturile turnate din aluminiu, cutia de
borne, cablaje etc).
Un alt factor important a fost construirea modelului matematic al motorului din care a
reieșit schema de bobinaj, repartiția spirelor în crestăturile statorului sau dimensiunile
crestătu rilor rotorice și statorice.
Următoarea etapă a reprezentat -o procesul tehnologic detaliat de realizare fizică a
motorului. De aici se poate observa că un motor electric este supus tuturor operațiilor
tehnologice în vederea opținerii unui produs calitativ și conform.
În acest capitol s -au prezentat totalitatea testelor la care un motor electric este supus
conform IEC 60 -335, normă care stă la baza standardizării motoarelor electrice.
În urma testelor, s -a constatat că motorul electric are un randament 57 % la un cuplu
M=50 N·cm. De asemenea, sunt prezentați toți parametrii motorului.
59
Capitolul IV – “Optimizarea energetică a motorului asincron monofazat“ este prezentată
optimizarea energetică care a fost aplicată motorului, și anume modificarea număr ului de spire,
modificarea materialului din care sunt realizate tolele statorului și rotorului și înlocuirea
ventilatoarelor de plastic ale motorului cu palele de aluminiu turnate împreună cu inelul de
scurtcircuit al rotorului. Aceste optimizări minime, d upă cum a fost precizat, nu au imfluențat
prețul sau costul de producție ale motorului.
În acest capitol s -au efectuat teste pe noul motor optimizat. Din aceste teste reiese că
randamentul motorului a crescut la 66% la un cuplu de M=50 N·cm. De asemenea, s-au
prezentat toți parametrii motorului optimizat.
Capitolul V – “ Rezultate experimentale“ – cuprinde date despre noul motor optimizat și
comparația dintre cele 2 motoare. În acest capitol este prezentată caracteristica mecanică a
motorului 1 M1000 și a motorului 2 M600. Cele două motoare sunt aproximativ identice din
punct de vedere al performanțelor obținute. Din această comparație rezultă că motorul optimizat
are un randament mai mare cu 8% decât motorul 1 M1000. A urmat o scurtă comparație a celor
două motoare prin suprapunerea datelor obținute experimental. Din histogramele comparative se
poate observa o îmbunătățire substanțială a randamentului și puterii absorbite. De asemenea, se
poate observa că motorul 1 M1000 are un cuplu de pornire mai mare de cât motorul 2 M600.
Un domeniu de interes în realizarea acestei optimizări a fost ca învestițiile pentru
fabricația noului motor să fie minime. Procesul de fabricație a suferit o singură schimbare, prin
înlocuirea presării ventilatoarelor de plastic cu ut ilizarea palelor turnate aluminiului cu inelul de
scurtcircuit al motorului; modificări s -au mai făcut prin utilizarea unei table electrotehnice
superioare, modificarea numărului de spire și diametrul acestora și înlocuirea
Datorită acestor modificări mot orul optimizat reușește reducerea energetică cu 6,24 kWh
pe an, astfel, la un număr mare de unități vândute impactul reducerii energetice poate fi unul
major.
60
BIBLIOGRAFIE
1. Cărți :
[1] J.P. Jerebetov – Electrotehnică E lementară
[2] Nicolae Galan, Constantin Ghiță, Mihai Cistelecan – Mașini electrice
[3] Alexandru Fransua, Ion Gheorghiu – Tratat de mașini electrice
[4] Costel Emil Teodoru, Mircea Gogu – Mașini electrice
[5] Ion Cioc – Proiectarea mașinilor electrice
2. Pagini web acce sate
[6] Wikipedia : https://en.wikipedia.org/wiki/European_Union_energy_label
[7] Wikipedia : https://en.wikipedia.org/wiki/UL_94
[8] Wikipedia : https://en.wikipedia.org/wiki/Nylon_66
[9] https://www.thyssenkrupp -steel.com/en/products/electrical -steel/electrical -steel-non-
grain -oriented/powercore -a/powercore -a.html
[10] www.synflex.com/download/produkte/en/synflex_impraegniermittel_traenklack –
dolphon -bc-365-lv.pdf
61
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: PROGRAMUL DE STUDII UNIVERSITARE: ELECTROMECANICA [604131] (ID: 604131)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.