CONTRIBUTII LA MODELAREA SI ANALIZA ZGOMOTULUI LA...
Transcript of CONTRIBUTII LA MODELAREA SI ANALIZA ZGOMOTULUI LA...
1
CONTRIBUTII LA MODELAREA SI ANALIZA ZGOMOTULUI LA
MOTOARELE DE INDUCTIE CU TURATIE REGLABILĂ
Teză de doctorat
Ing. Răzvan Mihai IONESCUCoordonator stiintific: Prof. Dr. Ing. Gheorghe SCUTARU
6/09/2011
2
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
CUPRINSListă de notatiiListă de abrevieriIntroducere
Capitolul 1. Mărimi acustice, vibratii si zgomote
Capitolul 2. Stadiul actual privind analiza zgomotului motoarelor de inductie
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză
Capitolul 4. Măsurători experimentale
Capitolul 5. Concluzii generale. Contributii originale în cadrul tezei, modul de valorificare. Directii de cercetare.
Bibliografie
ANEXE
3
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
Introducere
» Actualitatea si necesitatea temei» Problema propusă spre rezolvare» Obiectivele tezei:
- studiul influentei tipului de înfăsurare (simplu strat sau dublu strat) asupra nivelului de zgomot produs de motoarele de inductie cu două trepte de turatie;- modelarea si analiza solutiilor constructive ale motoarelor selectate;
» Metodologia cercetărilor doctorale» Noutatea stiintifică a rezultatelor obtinute» Valoarea aplicativă a lucrării» Diseminarea rezultatelor» Structura tezei
4
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
Introducere (continuare)
Actualitatea si necesitatea temei
• Motoarele de inductie sunt motoare electrice cu o largă utilizare atât în domeniul industrial cât si casnic. Acestea sunt utilizate inclusiv în sistemele care necesită un reglaj de viteză, în trepte sau fin.
• O conditie necesară pentru proiectarea si realizarea sistemelor cu motoare de inductie este încadrarea în limitele de zgomot impuse de standardele internationale, în scopul de a reduce poluarea sonoră.
• Astfel, pentru producătorii de motoare de inductie, un aspect extrem de important îl constituie analiza costurilor de productie necesare încadrării motoarelor în limitele de zgomot impuse de standardele internationale. În cadrul acestei lucrări au fost luate în considerare costurile solutiilor tehnice care pot fi adoptate pentru încadrarea motoarelor selectate spre analiză în normele de zgomot.
5
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
Introducere (continuare)
Problema propusă spre rezolvare
• Această lucare îsi propune să realizeze un studiu al motoarelor de inductie cu turatie reglabilă, referitor la nivelul de zgomot emis de acestea si la costurile de productie.
• Din punct de vedere al nivelului de zgomot au fost determinate prin modelare si simulare frecventele fortelor magnetice rezultate din analiza electromagnetică si frecventele naturale de vibratie obtinute din analiza modală a motoarelor selectate spre studiu (validate experimental).
•Modelarea a fost implementată prin intermediul unor software-uri de element finit. Motoarele au fost ulterior supuse unor măsurători de zgomot, realizate în interiorul unei camere semianecoice, prin intermediul unui sonometru clasă de precizie 1.
•Analiza de cost a fost realizată prin implementarea a două solutii tehnice de proiectare a
motoarelor de inductie: cu înfăsurare în dublu strat si cu înfăsurare în simplu strat.
6
Capitolul 1. Mărimi acustice, vibratii si zgomote
» Definirea mărimilor acustice
» Efectele nocive ale zgomotelor si vibratiilor
» Norme existente pentru zgomote si vibratii
» Aparate de măsură si metode de măsurare a zgomotului motoarelor electrice
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
7
Capitolul 1. Mărimi acustice, vibratii si zgomote (continuare)
Definirea mărimilor acustice utilizate pe parcursul lucrării
- intensitatea acustică [W/m2]
- nivelul de intensitate acustică [dB]
- presiunea acustică [N/m2]
- nivelul de presiune acustică [dB]
- nivelul de putere acustică [dB]
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
.ρ
2
cpI
0
log10)(IIdBL x
LII
T
i ttpT
p0
2 d1
0
log20ppL
0
log10PPLp
8
Capitolul 1. Mărimi acustice, vibratii si zgomote (continuare)
Efectele nocive ale zgomotelor si vibratiilor
- diferenta între standardul initial bazat pe datele experimentale obtinute de cercetătorii britanici D.W. Robinson si R.S. Dadson, din 1956 si standardul actual (2003) revizuit; există regiuni unde diferenta ajunge la15 dB, pentru frecvente mai mici de 1 kHz.
Norme existente si criterii de normare a zgomotelor- CEI 34-9 limite de zgomot pentru masini electrice rotative- normarea se realizează în functie de:
-aspectul protejării auzului;-aspectul calitătii comunicării prin vorbire-aspectul supărător al actiunii zgomotului
CONTRIBUTII LA MODELAREA SI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCTIE CU TURATIE REGLABILĂ
9
Capitolul 2. Stadiul actual privind analiza zgomotului motoarelor asincron trifazate
» Consideratii generale privind stadiul actual în analiza zgomotului motoarelor de inductie
» Sursele de zgomot în motoarele electrice:
» Sursele electromagnetice de zgomot si analiza acestora
» Fortele magnetice radiale si frecventele la care se produc
» Efectul de rezonanta al statorului
» Sursele mecanice de zgomot
» Sursele aerodinamice de zgomot
CONTRIBUTII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
10
Capitolul 2. Stadiul actual privind analiza zgomotului motoarelor asincron trifazate (continuare)
• Consideratii generale privind stadiul actual în analiza zgomotului motoarelor de inductie
– studii referitoare la zgomotul motoarelor electrice – începând cu 1919 (W. Steil);
– nivelul de zgomot depinde de numărul crestăturilor rotorice – 1930 (Moller, Kron);
– studiul ansamblului motor de inducție – invertor – 1970 (Robertson, Bedford);
– zgomotul si vibratiile în motoarele de inductie alimentate prin invertor – 1990 (Belmans, Timar);
– modelare, simulare prin intermediul metodei elementelor finite – 2000 (Munoz, Schlensok);
– determinarea zgomotului în motoarele de inductie prin intermediul software-urilor de element finit – 2008 – 2011 (Le Besnerais, Torregrossa).
CONTRIBUTII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
11
Capitolul 2. Stadiul actual privind analiza zgomotului motoarelor asincron trifazate (continuare)
• Sursele de zgomot în motoarele electrice
– Sursele de natură electromagnetică• influenta crestăturilor si a distributiei neuniforme a infasurarilor;• influenta fenomenului de excentricitate;• influenta fenomenului de magnetostrictiune;• influenta utilizării invertoarelor;• influenta saturatiei magnetice.
– Sursele de natură mecanică• rulmenti;• dezechilibrul rotorului;• defecte ale arborelui;• cuplare motor-sarcină;• montaj pe fundatie;• asamblare neglijentă.
– Sursele de natură aerodinamică• ventilatorul.
CONTRIBUTII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
12
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză
» Modelarea numerică a producerii zgomotului de natură magnetică prin intermediul software-ului FLUX 2D si interpretarea rezultatelor obtinute
» Modelarea numerică a producerii zgomotului de natură mecanică prin intermediul software-ului ANSYS si interpretarea rezultatelor obtinute
» Program de calcul al zgomotului motoarelor de inductie trifazate implementat în limbajul de programare JAVA
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
13
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
• Modelarea numerică a producerii zgomotului de natură magnetică prin intermediul software-ului FLUX2D si interpretarea rezultatelor
• Se studiază motoare din acelasi gabarit, cu două tipuri de înfăsurări, pentru a determina presiunea magnetică pe suprafata statorului si armonicile acesteia:
- motor cu două turatii, Dahlander, gabaritul 71, M3AA 71 B4/8, 0.05 kW/0.2 kW, 750 rpm/1500 rpm – motorul este construit în mai multe variante: cu înfasurare în dublu strat, înfăsurare în simplu strat; înfăsurarea în simplu strat este concepută pentru realizarea bobinării mecanizate;
- motor cu două turatii, tip Dahlander, gabaritul 71, M3AA 71 B2/4, 0.05 kW/0.26 kW, 1500 rpm/3000 rpm – construit în două variante: cu înfăsurare în simplu strat si dublu strat.
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
14
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inducție cu turație variabilă selectate spre analiză (continuare)
- motor cu două turatii, Dahlander, gabaritul 71, M3AA 71 B4/8, 0.05 kW/0.2 kW, 750 rpm/1500 rpm –înfasurare în dublu strat (a), înfăsurare în simplu strat (b)
a) b)
- motor cu două turații, tip Dahlander, gabaritul 71, M3AA 71 B2/4, 0.05 kW/0.26 kW, 1500 rpm/3000 rpm –înfășurare în dublu strat (a), infasurare in simplu strat (b)
a) b)
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
15
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Cu ajutorul software-ului de element finit FLUX 2D s-au creat 4 modele de motoare M3AA 71 B4/8: - 750 rpm, dublu strat; - 1500 rpm, dublu strat; - 750 rpm, simplu strat; - 1500 rpm, simplu strat.
Linii de câmp la t=0.5s, 750 rpm, dublu strat Linii de câmp la t=0.5s, 750 rpm, simplu strat
Linii de câmp la t=0.5s, 1500 rpm, dublu strat Linii de câmp la t=0.5s, 1500 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
16
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Inductia magnetică la t=0.5s, 750 rpm, dublu strat Inductia magnetică la t=0.5s, 750 rpm, simplu strat
Inductia magnetica la t=0.5s, 1500 rpm, dublu strat Inductia magnetica la t=0.5s, 1500 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
17
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Distributia inductiei magnetice, 750 rpm, dublu strat Distributia inductiei magnetice, 750 rpm,simplu strat
Distributia inductiei magnetice, 1500 rpm, dublu strat Distributia inductiei magnetice, 1500 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
18
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Variatia turatiei, 0 - 750 rpm, dublu strat Variatia turatiei, 0 - 750 rpm,simplu strat
Variatia turatiei, 0 - 1500 rpm, dublu strat Variatia turatiei, 0 - 1500 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
19
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Presiunea magnetică stator + armonici, 750 rpm, dublu strat Presiunea magnetică stator + armonici, 750 rpm,simplu strat
Presiunea magnetică stator+armonici, 1500 rpm, dublu strat Presiunea magnetică stator+armonici, 1500 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
20
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Cu ajutorul software-ului de element finit FLUX 2D s-au creat 4 modele de motoare M3AA 71 B2/4: - 1500 rpm, dublu strat; - 3000 rpm, dublu strat; - 1500 rpm, simplu strat; - 3000 rpm, simplu strat.
Linii de câmp la t=0.5s, 1500 rpm, dublu strat Linii de câmp la t=0.5s, 1500 rpm, simplu strat
Linii de câmp la t=0.5s, 3000 rpm, dublu strat Linii de câmp la t=0.5s, 3000 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
21
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Inductia magnetică la t=0.5s, 1500 rpm, dublu strat Inductia magnetică la t=0.5s, 1500 rpm, simplu strat
Inductia magnetica la t=0.5s, 3000 rpm, dublu strat Inductia magnetica la t=0.5s, 3000 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
22
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Distributia inductiei magnetice, 1500 rpm, dublu strat Distributia inductiei magnetice, 1500 rpm,simplu strat
Distributia inductiei magnetice, 3000 rpm, dublu strat Distributia inductiei magnetice, 3000 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
23
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Variatia turatiei, 0 - 1500 rpm, dublu strat Variatia turatiei, 0 - 1500 rpm,simplu strat
Variatia turatiei, 0 - 3000 rpm, dublu strat Variatia turatiei, 0 - 3000 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
24
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Presiunea magnetică stator + armonici, 1500 rpm, dublu strat Presiunea magnetică stator + armonici, 1500 rpm,simplu strat
Presiunea magnetică stator + armonici, 1500 rpm, dublu strat Presiunea magnetică stator + armonici, 1500 rpm, simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
25
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
• Modelarea numerică a producerii zgomotului de natură mecanică prin intermediul software-ului ANSYS si interpretarea rezultatelor
•Se realizează analiza modală a motoarelor din acelasi gabarit, cu două tipuri de înfăsurări:
- motor cu două turatii, Dahlander, gabaritul 71, M3AA 71 B4/8, 0.05 kW/0.2 kW, 750 rpm/1500 rpm – motorul este construit în mai multe variante: cu înfasurare în dublu strat, înfăsurare în simplu strat, concepută pentru realizarea bobinării mecanizate; statorul motorului cu infăsurare în dublu strat are o lungime de 55 mm, iar statorul motorului cu înfăsurare în simplu strat are o lungime de 65 mm; carcasa este aceeasi.
- motor cu două turatii, tip Dahlander, gabaritul 71, M3AA 71 B2/4, 0.05 kW/0.26 kW, 1500 rpm/3000 rpm – cu înfăsurare în simplu strat si dublu strat; pentru ambele tipuri de constructii (dublu si simplu strat), statorul are o lungime de 60 mm; carcasa este aceeasi ca în cazul motorul M3AA 71 B2/4.
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
26
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Analiza modală realizată cu ANSYS asupra ansamblului stator-carcasă pentru motoarele de tipul M3AA 71 B4/8
ANSYSa) Stator 55 mmDublu stratb) Stator 65 mmSimplu strat
a) b)
CIOCAN DE IMPACTa) Stator 55 mmDublu stratb) Stator 65 mmSimplu strat
a) b)
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
27
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Analiza modală realizată cu ANSYS asupra ansamblului stator-carcasă pentru motoarele de tipul M3AA 71 B4/8a) Stator 55 mm (dublu strat) b) Stator 65 mm (simplu strat)
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
28
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Analiza modală realizată cu ANSYS asupra ansamblului stator-carcasă pentru motoarele de tipul M3AA 71 B2/4Stator 60 mmDublu si simplu stratANSYS
CIOCAN DE IMPACT
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
29
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Analiza modală realizată cu ANSYS asupra ansamblului stator-carcasă pentru motoarele de tipul M3AA 71 B2/4Stator 60 mm (dublu strat si simplu strat)
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
30
Capitolul 3. Modelarea software a motoarelor de inductie cu turatie variabilă selectate spre analiză (continuare)
Analiza modală realizată cu ANSYS asupra motoarelor selectate spre studiu
Stator 55mm: a) Mod 7 Stator 65 mm: a) Mod 11 Stator 60 mm: a) Mod 9 (dublu strat) 3140.2 Hz (simplu strat) 3428.3 Hz (dublu si simplu strat) 3326.7 Hz
Stator 55 mm: b) Mod 11 Stator 65 mm: b) Mod 15 Stator 60 mm: b) Mod 11 (dublu strat) 3351.2 Hz (simplu strat) 4132.9 Hz (dublu si simplu strat) 3403.4 Hz
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
31
Capitolul 3. Modelarea motoarelor de inducție cu turație variabilă selectate spre analiză (continuare)
Realizarea unui program rapid si precis de calcul al zgomotului motoarelor de inductie trifazate, implementat în limbajul de programare JAVA.
Modul de calcul zgomot aerodinamic si mecanic Modul de calcul zgomot magnetic
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
32
Capitolul 3. Modelarea motoarelor de inducție cu turație variabilă selectate spre analiză (continuare)
Realizarea unui program rapid si precis de calcul al zgomotului motoarelor de inductie trifazate, implementat în limbajul de programare JAVA.Modul de calcul zgomot total Rezultate obtinute in cazul motoarelor
studiate
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
33
Capitolul 4. Măsurători experimentale
» Prezentarea mediului de lucru pentru realizarea măsurătorilor experimentale
» Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate de la retea
» Analiza comparativă a rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate prin invertor trifazat
» Analiza comparativă a rezultatelor experimentale obtinute pentru două tipuri de înclinări ale barelor rotorice pentru motorul de tip M3AA 71 B4/8
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
34
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Prezentarea modului de lucru pentru realizarea măsurătorilor experimentale:- realizarea de măsurători de zgomot, cu ajutorului unui sonometru clasă de precizie 1, produs de Bruel&Kjaer, model 2250, în cameră semi-anecoică, conform standardelor internationale existente
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
35
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate de la retea
A fost analizat nivelul de zgomot si frecventele la care apar vârfuri importante pentru motoarele selectate spre analiză, în mod comparativ între înfăsurarea în dublu strat si simplu stratM3AA 71 B4/8
Conexiune Y – dublu strat Conexiune Y –simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
36
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate de la retea
A fost analizat nivelul de zgomot si frecventele la care apar vârfuri importante pentru motoarele selectate spre analiză, în mod comparativ între înfăsurarea în dublu strat si simplu stratM3AA 71 B4/8
Conexiune YY – dublu strat Conexiune YY – simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
37
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate de la retea
A fost analizat nivelul de zgomot si frecventele la care apar vârfuri importante pentru motoarele selectate spre analiză, în mod comparativ între înfăsurarea în dublu strat si simplu stratM3AA 71 B2/4
Conexiune Y – dublu strat Conexiune Y – simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
38
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate de la retea
A fost analizat nivelul de zgomot si frecventele la care apar vârfuri importante pentru motoarele selectate spre analiză, în mod comparativ între înfăsurarea în dublu strat si simplu stratM3AA 71 B2/4
Conexiune YY – dublu strat Conexiune YY – simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
39
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate de la retea
Rezultatele măsurătorilor de zgomot:
M3AA 71 B4/8
M3AA 71 B2/4
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
40
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate prin invertor trifazat
În cazul motorului de tipul M3AA 71 B4/8, conexiune Y, a fost analizat nivelul de zgomot în functie de tipul de înfăsurare si de tipul de alimentare – retea si invertor (frecventa de comutatie 2 kHz):
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
05
101520253035404550
Rețea – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (40 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Invertor (50 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Invertor (60 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Înfășurare dublu strat Înfășurare simplu strat
41
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate prin invertor trifazat
În cazul motorului de tipul M3AA 71 B4/8, conexiune Y, a fost analizat nivelul de zgomot în functie de tipul de înfăsurare si de tipul de alimentare – retea si invertor (frecventa de comutatie 4 kHz):
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
05
101520253035404550
Rețea – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (40 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Invertor (50 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Invertor (60 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Înfășurare dublu strat Înfășurare simplu strat
42
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate prin invertor trifazat
În cazul motorului de tipul M3AA 71 B4/8, conexiune Y, a fost analizat nivelul de zgomot în functie de frecventa de comutatie a invertorului: 2 kHz si 4 kHz si în functie de tipul de înfăsurare
Dublu strat Simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
41
42
43
44
45
46
47
Invertor (40 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (50 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (60 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Frecvență de comutație 2 kHz Frecvență de comutație 4 kHz
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Invertor (40 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (50 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (60 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Frecvență de comutație 2 kHz Frecvență de comutație 4 kHz
43
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate prin invertor trifazat
În cazul motorului de tipul M3AA 71 B2/4, conexiune Y, a fost analizat nivelul de zgomot în functie de tipul de înfăsurare si de tipul de alimentare – retea si invertor (frecventa de comutatie 2 kHz):
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
0
10
20
30
40
50
60
Rețea – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (40 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Invertor (50 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Invertor (60 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Înfășurare dublu strat Înfășurare simplu strat
44
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate prin invertor trifazat
În cazul motorului de tipul M3AA 71 B2/4, conexiune Y, a fost analizat nivelul de zgomot în functie de tipul de înfăsurare si de tipul de alimentare – retea si invertor (frecventa de comutatie 4 kHz):
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
0
10
20
30
40
50
60
Rețea – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (40 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Invertor (50 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Invertor (60 Hz) – nivelpresiune acustică [dB]
Înfășurare dublu strat Înfășurare simplu strat
45
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza rezultatelor experimentale obtinute în cazul motoarelor M3AA 71 B4/8 si M3AA 71 B2/4, alimentate prin invertor trifazat
În cazul motorului de tipul M3AA 71 B2/4, conexiune Y, a fost analizat nivelul de zgomot în functie de frecventa de comutatie a invertorului: 2 kHz si 4 kHz si în functie de tipul de înfăsurare
Dublu strat Simplu strat
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
Invertor (40 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (50 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (60 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Frecvență de comutație 2 kHz Frecvență de comutație 4 kHz
42
44
46
48
50
52
54
Invertor (40 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (50 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Invertor (60 Hz) – nivel presiuneacustică [dB]
Frecvență de comutație 2 kHz Frecvență de comutație 4 kHz
46
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza comparativă a rezultatelor experimentale obtinute pentru două tipuri de înclinări ale barelor rotorice pentru motorul de tip M3AA 71 B4/8
În cazul motorului de tipul M3AA 71 B4/8, înfăsurare în simplu strat, s-a studiat o metodă constructivă de reducere a nivelului de zgomot, prin înclinarea barelor rotorice la 2 unghiuri diferite: 2°20' si 3°17‘. În cazul alimentării de la retea, s-a obtinut:
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Conexiune Y Conexiune YY
Nivel de zgomot (înclinare 2°20’) [dB] Nivel de zgomot (înclinare 3°17’) [dB]
47
Capitolul 4. Măsurători experimentale (continuare)
Analiza comparativă a rezultatelor experimentale obtinute pentru două tipuri de înclinări ale barelor rotorice pentru motorul de tip M3AA 71 B4/8
În cazul motorului de tipul M3AA 71 B4/8, înfăsurare în simplu strat, s-a studiat o metodă constructivă de reducere a nivelului de zgomot, prin înclinarea barelor rotorice la 2 unghiuri diferite: 2°20' si 3°17‘. În cazul alimentării prin invertor, s-a obtinut:
Frecventă de comutatie 2 kHz Frecventă de comutatie 4 kHz
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
0
10
20
30
40
50
60
70
Conexiune Y Conexiune YY
Nivel de zgomot (înclinare 2°20’) [dB] Nivel de zgomot (înclinare 3°17’) [dB]
0
10
20
30
40
50
60
70
Conexiune Y Conexiune YY
Nivel de zgomot (înclinare 2°20’) [dB] Nivel de zgomot (înclinare 3°17’) [dB]
48
Capitolul 5. Concluzii generale. Contributii originale în cadrul tezei, modul de valorificare. Directii de cercetare
» Concluzii generale
» Contributii originale în cadrul tezei, modul de valorificare
» Directii de continuare a cercetărilor
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
49
Capitolul 5. Concluzii generale. Contributii originale în cadrul tezei, modul de valorificare. Directii de cercetare (continuare)
Concluzii generale
• Pentru producătorii de motoare de inductie, un aspect extrem de important îl constituie analiza solutiilor constructive care permit încadrarea motoarelor în limitele de zgomot impuse de standardele internationale cu costuri de fabricatie cât mai reduse.
• Măsurătorile de zgomot si vibratii, efectuate de producător, permit realizarea a două obiective:
- încadrarea produsului finit în limitele de zgomot prevăzute de standardele internationale;
- detectarea erorilor de conceptie si fabricatie prin recunoasterea unui nivel ridicat de zgomot sau a unor spectre de frecvente neobisnuite.
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
50
Capitolul 5. Concluzii generale. Contributii originale în cadrul tezei, modul de valorificare. Directii de cercetare (continuare)
Contributii originale in cadrul tezei, modul de valorificare
1) Realizarea unui studiu comparativ pentru motoarele de inductie cu turatie variabilă, din punct de vedere al influentei tipului de înfăsurare asupra nivelului de zgomot si asupra costurilor de productie.
2) Modelarea fiecărei solutii constructive supusă analizei cu ajutorul software-ului de element finit, FLUX 2D în scopul determinarii comportamentului acestora din punct de vedere al zgomotului de natură electromagnetică. Rezultatele obținute prin calcul au fost validate prin măsurători experimentale.
3) Analiza modală a ansamblului stator – carcasă, principalul radiator de zgomot în motoarele electrice, prin intermediul software-ului de element finit ANSYS Workbench. Au fost determinate frecventele naturale de vibratie pentru fiecare soluție constructivă supusă analizei. Analiza modală asupra ansablului stator – carcasă a fost validată prin intermediul unor măsurători experimentale efectuate cu ciocanul de impact.
4) Analiza acustică si vibratorie completă a motoarelor studiate realizată pe baza unei comparatii între frecventele fortelor magnetice radiale si frecventele naturale ale ansamblului stator – carcasă pentru a identifica posibilele cazuri de rezonantă.
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
51
Capitolul 5. Concluzii generale. Contributii originale în cadrul tezei, modul de valorificare. Directii de cercetare (continuare)
Contributii originale in cadrul tezei, modul de valorificare (continuare)
5) Analiza experimentală comparativă a motoarelor care au făcut obiectul studiului.
6) Realizarea unui software original de analiză rapidă a zgomotului motoarelor trifazate de inductie.
Directii de cercetare
• Efectuarea unui studiu comparativ extins pentru mai multe gabarite ale motoarelor de inductie.
• Realizarea analizei modale pentru diferite componente si ansambluri si validarea experimentală în scopul determinării frecventelor de rezonantă pentru fiecare componentă în parte.
• Extinderea posibilitătilor de calcul si analiză ale software-ului de calcul rapid pentru zgomotul motoarelor trifazate de inductie si pentru alte categorii de motoare asincrone.
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
52
Lista lucrărilor publicate1. I. Peter, Gh. Scutaru, R. M. Ionescu, „The Magnetic Noise of Three-Phase and Single-Phase Induction
Motors with Squirrel Cage Rotors”, EUROCON’09 IEEE, ISBN 978-1-4244-3861-7, pp. 853-860, 18-23 Mai 2009, Saint-Petersburg, Rusia.
2. R. M. Ionescu, Gh. Scutaru, M. Cernat, „General Considerations Regarding The Magnetic Noise Reduction Methods of Induction Motors”, ICIE 2009, 21-22 Mai 2009, Vilnius, Lituania.
3. R. M. Ionescu, Gh. Scutaru, „Analysis of the Noise in Induction Machines”, 5th International PhD&DLA Symposium, 19-20 October 2009, „Pollack Periodica”, Akademiai Kiado Press, Pecs, Hungary.
4. Gh. Scutaru, I. Peter, R. M. Ionescu, A. Negoiţă, „The Magnetic Noise of Inverter-Fed Three-Phase Induction Motors with Squirrel Cage Rotors”, Proceedings of 12th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment, OPTIM 2010, 20-21 Mai 2010, Braşov, România.
5. R. M. Ionescu, Gh. Scutaru, A. Negoiţă, „A Simulation Technique for the Eccentricity of a Three-Phase Squirrel-Cage Induction Motor”, International Conference on Advances in Electro-Technologies, ICADET’2010, 27-28 Mai 2010, Journal of Electrical and Electronics Engineering, Editura Universităţii din Oradea, Vol. 3, Nr. 1, 2010, Oradea, România.
6. A. Negoita, Gh. Scutaru, I. Peter, R. M. Ionescu, „A New Software Approach to Noise Level Calculation”, International Conference on Advances in Electro-Technologies, ICADET’2010, 27-28 Mai 2010, Journal of Electrical and Electronics Engineering, Editura Universităţii din Oradea, Vol. 3, Nr. 2, 2010, Oradea, România.
7. Gh. Scutaru, A. Negoiţă, R. M. Ionescu, „Three-Phase Induction Motor Design Software”, Proceedings of 2010 IEEE International Conference on Automation, Quality and Testing, Robotics, AQTR 2010, 28-30 Mai 2010, Cluj-Napoca, România.
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ
53
Lista lucrărilor publicate (continuare)8. R. M. Ionescu, Gh. Scutaru, I. Peter, A. Negoita, „Three-Phase Induction Motors with Squirrel-Cage Rotor Noise-to-Frequency Characteristics, Bulletin of the Transilvania University of Brasov – Series I: Engineering Sciences, 2010, Brasov, Romania.
9. A. Negoita, Gh. Scutaru, R. M. Ionescu, „A Brief Review of Monitoring Techniques for Rotating Electrical Machines”, Bulletin of the Transilvania University of Brasov – Series I: Engineering Sciences, 2010, Brasov, Romania.
10. A. Negoita, Gh. Scutaru, I. Peter, R.M. Ionescu, „Wireless Sensor Network System for Measuring the Magnetic Noise of Inverter-Fed Three-Phase Induction Motors with Squirrel-Cage Rotor”, IFIP Advances in Information and Communication Technology, DOCEIS’2011, pp. 518-525, 21-23 Februarie 2011, Lisabona, Portugalia.
11. A. Negoita, R.M. Ionescu, „Influence of rotor static eccentricity on the noise level of a squirrel cage induction motor”, Proceedings of 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering, pp. 1-4, 8-11 Mai 2011, Roma, Italia.
12. A. Negoita, Gh. Scutaru, R.M. Ionescu, „A LabView tool for designing low noise squirrel-cage induction motors”, Proceedings of 8th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation, 28 iunie-1 iulie 2011, Brasov, Romania.
13. S. Motoasca, Gh. Scutaru, A. Negoita, R.M. Ionescu, „Hysteresis Modelling Using a New Analytical Model Implemented in LabView”, Proceedings of ICESSE 2011 International Conference on Computer, Electrical Systems Sciences, and Engineering, pp. 1005-1008, 13-15 iulie 2011, Amsterdam, Olanda.
14. R. M. Ionescu, A. Negoita, A. N’Diaye, D. Torregrossa, A. Djerdir, A. Miraoui, Gh. Scutaru, „Numerical Modelling and Experimental Analysis of Vibratory and Acoustics Behaviours of a Special Design Squirrel-Cage Three-Phase Asynchronous Machine”, International Aegean Conference on Electrical Machines and Power Electronics, 8-10 septembrie 2011, Istanbul, Turcia (lucrare acceptată).
CONTRIBUȚII LA MODELAREA ŞI ANALIZA ZGOMOTULUI LA MOTOARELE DE INDUCŢIE CU TURAŢIE REGLABILĂ