Rezumat necula-daniel (1)

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI

UNIVERSITATEA VALAHIA DIN TÂRGOVIŞTE IOSUD – ŞCOALA DOCTORALĂ DE ŞTIINŢE INGINEREŞTI

Domeniul fundamental: ŞTIINŢE INGINEREŞTI Domeniul de doctorat: INGINERIE ELECTRICĂ

CONCEPŢIA MAŞINILOR ELECTRICE BAZATĂ PE ECONOMISIREA RESURSELOR ŞI

REDUCEREA IMPACTULUI ASUPRA MEDIULUI

CONCEPT OF ELECTRICAL MACHINES BASED ON SAVING RESOURCES AND REDUCING

ENVIRONMENTAL IMPACT

Rezumatul tezei de doctorat Summary of PhD Thesis

DOCTORAND Ing. Daniel NECULA

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC

Prof. univ. dr. ing. Nicolae VASILE

Târgovişte 2013

2

CUPRINS Cap. 1 – Introducere

1.1 Oportunitatea alegerii temei………………………………………………………… 4

1.2 Actualitatea şi necesitatea temei de cercetare................................................................ 5

1.3 Problema propusă spre rezolvare................................................................................... 5

1.4 Obiectivele tezei............................................................................................................. 5

1.5 Definirea conceptelor şi a cadrului legislativ................................................................. 6

1.6 Încadrarea epistemologică.............................................................................................. 6

1.7 Metodologia cercetărilor doctorale................................................................................ 7

1.8 Noutatea ştiinţifică a rezultatelor obţinute.................................................................... 7

1.9 Valoarea aplicativă a lucrării......................................................................................... 8

1.10 Diseminarea rezultatelor................................................................................................ 8

1.11 Structura tezei................................................................................................................ 8

Cap. 2 – Maşşşşina electrică integrator de materii prime, materiale şşşşi energie...................... 10

2.1 Elementele constructive de bază ale maşinii electrice................................................... 10

2.2 Caracteristicile generale ale maşinilor electrice............................................................ 10

2.3 Materiale utilizate la fabricarea maşinilor electrice....................................................... 11

2.3.1 Materiale electroconductoare utilizate pentru realizarea înfăşurărilor.......................... 11

2.3.2 Materiale feromagnetice utilizate pentru realizarea circuitelor magnetice.................... 12

2.3.3 Materiale magnetice utilizate pentru realizarea magneţilor permanenţi....................... 12

2.3.4 Materiale electroizolante................................................................................................ 13

2.3.5 Materiale utilizate pentru fabricarea arborilor, carcaselor şi scuturilor portlagăre........ 14

Cap. 3 – Clasificarea maşşşşinilor electrice................................................................................. 14

3.1 Maşini electrice de curent continuu............................................................................... 16

3.1.1 Construcţia maşinilor de curent continuu...................................................................... 16

3.1.2 Motorul de curent continuu............................................................................................ 17

3.2 Maşini electrice de curent alternativ.............................................................................. 18

3.2.2 Maşina electrică asincronă............................................................................................. 18

3.2.3 Maşina electrică sincronă............................................................................................... 19

Cap. 4 - Defecţţţţiunile maşşşşinilor electrice rotative................................................................... 20

3

4.1 Defecţiuni ale izolaţiei înfăşurărilor.............................................................................. 22

4.2 Defecţiuni ale organelor în mişcare datorate uzurii şi şocurilor................................... 23

4.2.1 Defecţiuni ale arborelui rotoric...................................................................................... 23

4.2.2 Defecţiuni ale lagărelor.................................................................................................. 23

4.3 Defecţiunile părţilor fixe ale maşinilor (carcase, scuturi portlagăre, tălpi de fixare).... 24

Cap. 5 - Întreţţţţinerea şşşşi repararea maşşşşinilor electrice........................................................... 24

5.6 Aplicaţii practice. Dispozitive pentru depresarea/presarea miezurilor magnetice statorice din/în carcasele maşinilor electrice................................................................. 25

Cap. 6 - Maşşşşina electrică posibil poluator al mediului.......................................................... 26

6.1 Impactul asupra mediului datorat exploatării şi consumului de resurse primare şi de energie............................................................................................................................ 27

6.2 Impactul asupra mediului datorat consumului de materiale şi energie.......................... 28

6.3 Impactul exploatării maşinii electrice asupra mediului................................................. 31

6.3.1 Impactul datorat conversiei energiei şi regimului termic al maşinii............................. 31

6.3.2 Impactul datorat zgomotelor şi vibraţiilor..................................................................... 31

6.3.3 Impactul asupra mediului datorat pierderilor de lubrefianţi şi agenţi de răcire............ 32

6.3.4 Poluarea cu particule de grafit provenite de la periile colectoare.................................. 32

6.4 Impactul asupra mediului datorat tehnologiilor de fabricare a maşinilor electrice....... 32

Cap. 7 Soluţţţţii de reducere a impactului maşşşşinilor electrice asupra mediului.................. 33

7.1 Aplicarea conceptelor de proiectare şi fabricare durabilă a maşinilor electrice............ 33

7.1.1 Soluţii constructive noi pentru realizarea de maşini electrice prietenoase mediului şi reciclării – motoare fără crestături................................................................................. 34

7.2 Utilizarea unor materiale noi, cu eficienţă ridicată la realizarea maşinilor electrice..... 35

7.3 Prelungirea duratei de viaţă a maşinilor electrice prin exploatare corespunzătoare şi mentenanţă preventivă................................................................................................... 35

7.3.1 Diagnoza defectelor maşinilor electrice......................................................................... 36

7.4 Recuperarea subansamblelor, componentelor şi materialelor din maşinile electrice.... 36

7.5 Managementul deşeurilor............................................................................................... 37

Cap. 8 Concluzii şşşşi contribuţţţţiile originale ale autorului....................................................... 39

4

Cuvinte cheie: concepţie, maşină electrică, energie, conversie de energie, mentenenţă, resurse, eficienţă energetică, putere, randament, deşeu, poluare, dezvoltare durabilă. Capitolul 1

INTRODUCERE

1.1 Oportunitatea alegerii temei

Problema interacţiunii dintre om şi natură a apărut odată cu primele colectivităţi umane, s-a amplificat şi s-a diversificat pe parcursul evoluţiei societăţii omeneşti. Creşterea populaţiei, nevoia de hrană şi confort au avut drept consecinţe atât utilizarea intensă a resurselor naturale cât şi intervenţia mai brutală a omului în poluarea mediului. Dacă la început omul era cel supus naturii, cu timpul, datorită forţei dată de cunoaştere, inteligenţă şi creativitate, acesta a început să transforme natura în funcţie de nevoile sale. Transformarea a fost făcută însă de cele mai multe ori în defavoarea condiţiilor normale de mediu, ajungându-se ca omul să devină astfel autorul crizei profunde cu care se confundă în prezent atât societatea omenească cât şi mediul înconjurător. Poluarea a ajuns să fie în zilele noastre una dintre principalele preocupări ale specialiştilor din aproape toate domeniile ştiinţei şi tehnicii precum şi a guvernelor majorităţii statelor lumii, datorită pericolului pe care îl reprezintă. Vasta varietate a formelor de poluare fizică şi perioada relativ mică de timp de când a atras atenţia oamenilor de ştiinţă a făcut ca ea să fie mai puţin studiată, însă în ultimul timp aceasta reprezintă o problemă majoră. Se constată că cele mai importante elemente ce stau la baza existenţei umane (apa, aerul, solul) sunt şi cele mai afectate de acţiunile principalului beneficiar - omul. Între căile principale prin care tehnologiile moderne contribuie la degradarea prin poluare a mediului înconjurător se numără procesele de producţie industrială şi producerea de energie electrică în centralele ce folosesc combustibili convenţionali, datorită eliberării diferitelor substanţe în atmosferă. Creşterea rapidă a populaţiei planetei a impus dezvoltarea activităţilor industriale, fiind imperios necesară obţinerea unor cantităţi cât mai mari de bunuri, într-un timp cât mai scurt şi la preţuri competitive. Pentru ritmul alert de dezvoltare industrială a trebuit să se plătească şi un preţ pe măsură – modificarea calităţii mediului înconjurător, datorată poluării. Fabricarea şi exploatarea maşinilor electrice sunt ca şi multe alte activităţi, benefice dar şi poluante. La fel este şi activitatea de dezmembrare a acestora la finalizarea perioadei de exploatare

5

(postutilizarea), în vederea reintroducerii materialelor rezultate în circuitul economic.

Având în vedere cele arătate anterior, am considerat că este oportună o analiză atentă a contribuţiei pe care o au maşinile electrice la poluarea mediului înconjurător.

1.2 Actualitatea şi necesitatea temei de cercetare

Maşinile electrice rotative reprezintă încă cele mai bune soluţii pentru conversia energiei electrice în energie mecanică şi respectiv a energiei mecanice în energie electrică. Având în vedere numărul extrem de mare al acestora (practic nu există domeniu în care să nu fie folosite), evaluarea impactului pe care îl au asupra mediului este necesară şi de strictă actualitate. Dată fiind preocuparea deosebită a oamenilor de ştiinţă pentru reducerea poluării, tema este actuală şi necesară, lucrarea propunându-şi să evidenţieze aportul pe care maşinile electrice îl aduc la poluarea mediului, prin ce elemente de impact şi cum pot fi acestea controlate.

1.3 Problema propusă spre rezolvare

Lucrarea îşi propune o analiză multivalentă a maşinilor electrice, din punct de vedere al construcţiei, resurselor înglobate, regimurilor de funcţionare precum şi a întreţinerii şi mentenanţei, în vederea evaluării şi reducerii impactului acestora asupra mediului, în concordanţă cu conceptul de dezvoltare durabilă. Având în vedere dezideratul dezvoltării durabile, lucrarea are ca scop identificarea factorilor de impact asupra mediului datoraţi fabricării, exploatării şi dezmembrării maşinilor electrice, precum şi a unor soluţii de proiectare integrată, astfel încât gradul de poluare al acestora să scadă. În directă legătură cu acestea se doreşte creşterea fiabilităţii maşinilor electrice prin îmbunătăţirea fluxului de fabricaţie şi depistarea defectelor încă din această fază. Prelungirea duratei de viaţă a maşinilor electrice existente printr-o activitate de mentenanţă preventivă, proiectarea unor dispozitive noi, necesare în activitatea de reparaţii şi posibilitatea refolosirii unor elemente componente ale maşinilor electrice scoase din uz sunt alte preocupări ale autorului. 1.4 Obiectivele tezei

Obiectivele tezei de doctorat sunt: - analiza din punct de vedere constructiv, din punct de vedere al materialelor

înglobate şi a tehnologiilor de fabricaţie ale maşinilor electrice, în vederea identificării factorilor de impact generaţi în etapa de fabricaţie;

6

- analiza funcţionării maşinilor electrice şi a regimurilor tranzitorii pentru evaluarea gradului de poluare în etapa de exploatare;

- analiza defecţiunilor electrice şi mecanice ale maşinilor electrice rotative şi găsirea unor soluţii nepoluante de remediere a acestora, în vederea prelungirii perioadei de exploatare;

- analiza posibilităţilor de recuperare a materialelor rezultate din dezmembrarea maşinilor electrice în etapa postutilizare şi de refolosire a acestora în condiţiile reducerii impactului asupra mediului;

- identificarea unor soluţii de reducere a impactului maşinilor electrice asupra mediului.

1.5 Definirea conceptelor şi a cadrului legislativ

Lucrarea se încadrează în ariile tematice promovate de Proiectul celui de-al 7-lea Program Cadru pentru Cercetare şi Dezvoltare Tehnologică al Uniunii Europene (PC – 7) pentru perioada 2007 – 2013, realizat pentru a răspunde nevoilor Europei de creare a locurilor de muncă şi creştere a competitivităţii, astfel încât să-şi menţină rolul de lider în cadrul economiei globale a cunoaşterii. Obiectivele majore în ceea ce priveşte mediul ca o componentă a dezvoltării durabile sunt: utilizarea raţională a resurselor naturale regenerabile, minimizarea consumurilor de resurse neregenerabile, eficientizarea consumurilor energetice şi respectiv limitarea poluării mediului, măsuri în deplină concordanţă cu documentele elaborate de Comisia de la Brundtland care, încă din anul 1987 propunea ,,satisfacerea nevoilor prezentului fără a compromite posibilitatea generaţiilor viitoare de a-şi satisface propriile nevoi”. Dezvoltarea durabilă presupune respectarea a patru condiţii şi anume:

- resursele energetice să nu fie consumate într-un ritm mai rapid decât se pot reface pe cale naturală;

- emanaţiile de diverşi poluanţi să nu fie în cantităţi mai mari decât le poate neutraliza natura;

- spaţiile verzi, pădurile considerate ,,plămânii naturii” să nu fie reduse, ele contribuind major la regenerarea mediului;

- într-o societate a dezvoltării durabile consumurile trebuie să fie eficientizate şi raţionalizate iar producerea deşeurilor minimizată.

1.6 Încadrarea epistemologică Consecvent unor preocupări şi observaţii mai vechi în ce priveşte fiabilitatea şi mentenanţa maşinilor electrice şi ajutat de experienţa profesională în acest domeniu, mi-am propus realizarea unei lucrări fără pretenţia de a fi exhaustivă, care

7

să analizeze datele cunoscute, să le sintetizeze, să identifice probleme şi să propună unele soluţii de rezolvare a lor. Rezolvarea unei probleme impune analiza tuturor celor trei stări ale acesteia: starea iniţială (punctual de plecare), în cazul nostru datele cunoscute, scopul (starea finală), în cazul de faţă propunerile de rezolvare precum şi acţiunile sau operaţiile care pot conduce de la starea iniţială la cea finală. Aşadar, plecând de la stadiul actual al cunoaşterii în domeniu, cunoscând contextul socio-politico-economic intern, preocupările europene şi internaţionale în sensul dezvoltării durabile, mi-am propus identificarea unor soluţii de creştere a fiabilităţii maşinilor electrice, de prelungire a perioadei lor de exploatare şi de reducere a impactului acestora asupra mediului. Lucrarea cuprinde şi un studiu de caz, respectiv realizarea unor dispozitive care fac posibilă repararea motoarelor electrice cu un singur scut portlagăr demontabil prin extragerea miezului magnetic statoric, în vederea rebobinării. Din punct de vedere epistemologic lucrarea întruneşte caracteristicile curentului constructivist, bazându-se pe observaţie, culegere de date, intuiţie, înţelegere, experiment, raţionament, fiind realizată prin interacţiune cu lumea şi obiectele studiate şi conducând la realizarea unui obiectiv real şi util.

1.7 Metodologia cercetărilor doctorale Teza are la bază o serie de lucrări din domeniu respectiv cărţi, teze de doctorat, articole, documentare de pe Internet, documentaţii de firmă, instrucţiuni de exploatare pe care le-am menţionat in bibliografie, precum şi experienţa proprie în domeniul exploatării şi mentenanţei maşinilor electrice. Pornind de la alcătuirea maşinilor electrice s-au descris principalele elemente constructive, respectiv stator, rotor, colector, înfăşurări, lagăre şi carcasă, care pot deveni la un moment dat sediul unor defecţiuni. S-au analizat tehnologiile de fabricaţie şi materialele folosite, pentru a vedea rolul acestora în poluarea mediului. Au fost prezentate regimurile energetice, caracteristicile şi regimurile tranzitorii ale maşinilor, cunoscându-se faptul că supraîncălzirile şi vibraţiile cresc în aceste regimuri. S-au evidenţiat etapele şi formele de impact ale maşinilor electrice asupra mediului. După identificarea problemelor, lucrarea face o serie de propuneri în vederea rezolvării acestora. 1.8 Noutatea ştiinţifică a rezultatelor obţinute

Prezenta teză de doctorat abordează probleme aflate încă în fază de pionierat în ţara noastră şi anume poluarea mediului de către maşinile electrice, identificarea factorilor de impact şi etapelor din existenţa maşinilor în care ei se manifestă, precum şi găsirea unor soluţii de reducere a acestora. Pornind de la identificarea

8

acestor factori se pot trage concluzii cu privire la o nouă abordare a proiectării viitoarelor maşini electrice, a exploatării, mentenanţei şi refolosirii anumitor elemente constructive ale acestora după scoaterea din folosinţă. 1.9 Valoarea aplicativă a lucrării Rezultatele teoretice şi practice obţinute în cadrul acestei teze de doctorat pot ajuta la îmbunătăţirea proiectării viitoarelor maşini electrice, la elaborarea unor instrucţiuni de exploatare şi mentenanţă a acestora, pun într-o lumină nouă, favorabilă, posibilitatea refolosirii unor elemente constructive rezultate de la maşinile electrice scoase din uz pentru întreţinerea şi repararea altora aflate în exploatare. De asemenea, realizarea dispozitivelor de depresare/presare a miezului statoric din/în carcasa maşinilor electrice cu un singur scut portlagăr demontabil rezolvă o problemă practică, făcând posibilă rebobinarea acestui tip de motor ori înlocuirea rulmentului din scutul portlagăr nedemontabil, prelungindu-se astfel durata lor de viaţă.

1.10 Diseminarea rezultatelor Rezultatele obţinute în perioada pregătirii doctorale s-au materializat prin publicarea unui număr de 9 articole publicate în volumele unor conferinţe nationale, internaţionale ori în cadrul unor jurnale de specialitate, obţinerea unor premii internaţionale (Medalia de argint la Salonul Internaţional de la Geneva – 2012, în calitate de coautor al invenţiei cu titlul ,,Convector ceramic electric unimodul’’, Medalia de aur la Salonul Internaţional Eureka de la Bruxelles – 2012 şi Medalia de aur la Salonul Internaţional de la Geneva – 2013, în calitate de coautor la invenţia cu titlul ,, Convector electric motor “). Anterior elaborării tezei am obţinut două brevete de invenţie şi şapte certificate pentru realizări tehnice noi.

1.11 Structura tezei

Teza este structurată în 8 capitole, conţine 68 relaţii, 47 figuri, 4 tabele, 86 poziţii bibliografice şi 5 anexe.

- Capitolul 1 – Introducere – prezintă date referitoare la: oportunitatea alegerii temei, actualitatea şi necesitatea temei de cercetare, problemele propuse spre rezolvare, obiectivele tezei, definirea conceptelor şi a cadrului legislativ în care a fost realizată teza, încadrarea epistemologică a lucrării, metodologia cercetărilor

9

doctorale, noutatea ştiinţifică a rezultatelor obţinute, valoarea aplicativă a lucrării, diseminarea rezultatelor.

- Capitolul 2 - Maşina electrică - integrator de materii prime, materiale şi energie prezintă o serie de date constructive şi caracteristici generale ale maşinilor electrice rotative precum şi materialele din care sunt realizate elementele acestora, dorindu-se a fi un punct de plecare in intreprinderea mea de a estima impactul maşinilor electrice rotative asupra mediului.

- Capitolul 3 – Clasificarea maşinilor electrice face o prezentare a maşinilor de curent continuu şi de curent alternativ. De asemenea face o analiză a regimurilor tranzitorii ale acestor maşini, regimuri în care pierderile de căldură, vibraţiile şi zgomotele sunt mai importante, respectiv impactul asupra mediului.

- Capitolul 4 – Defecţiunile maşinilor electrice rotative identifică defecţiunile care apar la părţile fixe şi cele în mişcare ale maşinilor electrice.

- Capitolul 5 – Întreţinerea şi repararea maşinilor electrice, cuprinde o serie de soluţii de remediere a defecţiunilor identificate în capitolul anterior. De asemenea face o prezentare a unor dispozitive de depresare/presare a miezurilor magnetice statorice în vederea rebobinării sau înlocuirii rulmentului din scutul portlagăr nedemontabil al motoarelor speciale, dispozitive brevetate sau în curs de brevetare.

- Capitolul 6 – Maşina electrică posibil poluator al mediului. În acest capitol sunt prezentate formele de impact asupra mediului datorate consumului de resurse primare şi energie, tehnologiilor de fabricaţie, exploatării şi postutilizării maşinilor electrice.

- Capitolul 7 – Soluţii de reducere a impactului maşinilor electrice asupra mediului. După identificarea în capitolul 6 a formelor de impact asupra mediului, în acest capitol sunt prezentate o serie de soluţii de reducere a acestuia, cum ar fi: proiectarea durabilă şi soluţii constructive noi, mentenanţa preventivă, recuperarea subansamblelor, componentelor şi materialelor din maşinile electrice, managementul deşeurilor.

- Capitolul 8 - Concluzii şi contribuţiile originale ale autorului.

10

Capitolul 2

MAŞINA ELECTRICĂ ROTATIVĂ - INTEGRATOR DE MATERII

PRIME ŞI MATERIALE

Maşinile electrice sunt convertoare electrice alcătuite dintr-un ansamblu de elemente fixe şi/sau mobile unele faţă de altele aflate sub acţiunea unor câmpuri magnetice, care s-au perfecţionat continuu odată cu tehnicile de fabricaţie şi realizarea de materiale electrotehnice cu calităţi superioare.

2.1 Elementele constructive de bază ale maşinilor electrice

Maşina electrică rotativă poate fi considerată un sistem, având în vedere faptul că este constituită din mai multe elemente care ajută la realizarea scopului definit (motor sau generator). Indiferent că este de curent continuu sau de curent alternativ, maşina electrică este alcătuită din trei subansambluri de bază şi anume:

- statorul, parte fixă alcătuită din carcasă (cu sau fără tălpi de fixare), miez feromagnetic statoric, înfăşurare statorică şi/sau magneţi permanenţi, cutia cu placa de borne;

- rotorul, parte mobilă care este alcătuit la rândul său din arbore rotoric pe care este fixat concentric şi solidar miezul feromagnetic rotoric şi ventilatorul, înfăşurarea rotorică şi/sau magneţi permanenţi iar la unele tipuri inelele colectoare/colector;

- scuturile portlagăre, necesare pentru a închide din punctde vedere mecanic maşina şi a menţine rotorul coaxial cu statorul, asigurând uniformitatea întrefierului; pe scuturi sunt montate lagărele de alunecare sau de rostogolire (rulmenţii), dispozitivul portperii, grilele de aerisire şi protecţie, dispositive de ungere etc.

2.2 Caracteristicile generale ale maşinilor electrice

Funcţionarea unei maşini electrice la un moment dat, este caracterizată de un ansamblu de valori numerice electrice şi termomecanice care impun regimul de funcţionare al acesteia. Regimul pentru care maşina este destinată să funcţioneze se numeşte regim nominal. Valorile ce caracterizează regimul nominal de funcţionare sunt inscripţionate de fabricant pe plăcuţa indicatoare a maşinii şi se numesc mărimi nominale. Se deosebesc astfel puteri, tensiuni, curenţi, viteze şi alte mărimi

11

nominale. Este foarte important ca pe durata exploatării maşinii aceste valori să nu fie depăşite, pentru că, anumite părţi constructive care în mod normal se încălzesc (bobinajele, miezurile magnetice, lagărele) s-ar supraîncălzi, punând în pericol integritatea acesteia.

2.3 Materiale utilizate la fabricarea maşinilor electrice

Fabricarea maşinilor electrice este o activitate în care se utilizează o gamă largă de materiale. Acestea pot fi clasificate în trei categorii:

- materiale active, care servesc la realizarea condiţiilor de desfăşurare a conversiei energiei (materiale conductoare pentru înfăşurări, materiale feromagnetice pentru circuite magnetice); sunt cazuri în care materialele active pot avea şi un rol mecanic şi atunci ele trebuie să aibă proprietăţi mecanice, electrice şi magnetice corespunzătoare [74];

- materiale electroizolante, care au rolul de a izola părţile electroconductoare ale maşinii între ele ori faţă de alte elemente;

- materiale auxiliare diverse, care intră în construcţia subansamblurilor mecanice (materiale constructive).

2.3.1 Materiale electroconductoare utilizate pentru realizarea înfăşurărilor

Înfăşurările maşinilor electrice constituie un circuit cu rolul de a asigura circulaţia curenţilor electrici în scopul realizării câmpurilor electromagnetice. Datorită efectului Joule - Lenz, în înfăşurări au loc pierderi de putere sub formă de căldură. Deoarece este nevoie ca aceste pierderi să fie cât mai mici, materialele utilizate la fabricarea conductoarelor pentru bobinaj trebuie să aibă o conductivitate electrică cât mai mare. În mod normal se folosesc cuprul şi aluminiul cu o puritate de 99,9%, fiind şi foarte maleabile, permiţând modelarea în bune condiţii a bobinelor. Se mai folosesc de asemenea aliaje ale aluminiului (în special la turnarea coliviilor motoarelor asincrone de inducţie) şi unele aliaje ale cuprului (alama, bronzul fosforos) [74]. De diametrul conductorului din care sunt realizate înfăşurările depinde puterea maşinii.

12

2.3.2 Materiale feromagnetice utilizate pentru realizarea circuitelor magnetice

În maşinile electrice, câmpurile magnetice sunt produse de conductoare parcurse de curenţi dispuse pe miezuri feromagnetice ori de către magneţi permanenţi. Ca materiale feromagnetice se folosesc: oţelul electrotehnic, oţelul forjat sau laminat, oţeluri speciale aliate în special cu nichel precum şi fonta. Pentru proiectarea şi realizarea miezurilor magnetice trebuie luate în calcul două elemente importante: solenaţia şi pierderile. În vederea reducerii solenaţiei de magnetizare (respectiv a consumului de energie) şi pentru dirijarea liniilor de câmp către zone preferenţiale, este necesară realizarea circuitului magnetic din materiale feromagnetice cu o permeabilitate magnetică cât mai ridicată şi pierderi specifice cât mai mici. Acest lucru este posibil prin utilizarea unor materiale caracterizate de un ciclu histerezis cu o pantă cât mai mare şi o suprafaţă cât mai mică. Pentru construcţia maşinilor electrice de mică putere se utilizează tole din oţel electrotehnic aliat cu 0,4…0,8% siliciu, laminate la cald, având grosimea de 0,5 mm şi pierderi specifice de 3…3,6 W/Kg la 1T şi frecvenţa de 50 Hz, în timp ce pentru maşinile de putere medie şi mare se folosesc tole din oţel electrotehnic mediu aliat (1,8…2,3% siliciu), laminate la cald, cu grosimea de 0,5 mm, având pierderi specifice de 2...2,4 W/Kg la 1T şi frecvenţa de 50 Hz. În ultimul timp se folosesc tot mai mult, în special la maşinile de puteri mari, tole cu grosimea de 0,5 mm, laminate la rece şi care au pierderi specifice de 0,8...1,1 W/Kg la 1T şi 50 Hz, respectiv 1,75…2,45 W/Kg la 1,5 T în cazul tolelor cu cristalele orientate în direcţia de laminare şi pierderi aproape duble în cazul orientării în direcţia cea mai defavorabilă [74].

2.3.3 Materiale magnetice utilizate pentru realizarea magneţilor permanenţi

Magneţii permanenţi sunt caracterizaţi printr-un câmp magnetic remanent care poate rămâne constant o perioadă îndelungată de timp.Caracteristica de bază a magneţilor permanenţi o constituie curba de demagnetizare care reprezintă partea din cadranul al II-lea al ciclului de histerezis. Pe curba de magnetizare se identifică inducţia remanentă Br şi câmpul coercitiv Hc. În funcţie de circuitul magnetic în care se utilizează, se mai identifică şi punctul de funcţionare [1].

Având învedere că densitatea de energie magnetică este:

, (2.4)

13

putem concluziona că există un punct de funcţionare pentru care produsul BH este maxim:

(2.5)

Există în momentul de faţă o gamă largă de materiale magnetice utilizate în construcţia maşinilor electrice:

- ferite;

- aliaje tip Al-Ni-Co;

- aliaje mangan – aluminiu – carbon (Mn–Al–C);

- materiale sinterizate pe bază de samariu – cobalt;

2.3.4 Materiale electroizolante

Materialele electroizolante au o importanţă deosebită în construcţia maşinilor electrice, de calitatea lor depinzând în mare măsură durata de viaţă a acestora. Ele asigură izolaţia pe crestături, între spire, între straturi şi tot din ele se realizează penele, ecranele frontale, diverse manşoane şi bandaje. Aceste materiale trebuie să aibă o grosime cât mai redusă, rezistenţă mare la străpungere şi o absorbţie mare faţă de lacurile de impregnare. Materialele electroizolante se utilizează separat foarte rar, în general fiind folosite în diverse combinaţii numite scheme de izolaţie.

Materialele electroizolante se clasifică în două mari grupe:

- materiale naturale: şelac, parafină, mică, bumbac, mătase, hârtie, bituum;

- materiale sintetice: polivinilclorid, polivinilcarbozol, polistirol, polietilentereftalat, policarbonat, teflon, poliamid, răşini siliconice, răşini epoxidice, cauciuc siliconic, cauciuc policloropren.

Aceste materiale sintetice pot fi trase în folii, benzi, tuburi care se utilizează la izolaţia maşinilor electrice.

14

2.3.5 Materiale utilizate pentru fabricarea arborilor, carcaselor statorice şi scuturilor

Arborii sunt organe de maşini simple destinate mişcării de rotaţie. În cazul maşinilor electrice ei se mai numesc şi fusuri. Pe acestea sunt montate şi solidarizate miezurile feromagnetice rotorice, colectoarele/inelele şi ventilatoarele. La capete ele se sprijină pe lagăre. Datorită funcţiei pe care trebuie să o realizeze arborii sunt solicitaţi la torsiune şi încovoiere şi de aceea materialele din care sunt confecţionaţi trebuie să aibă rezistenţă mecanică mare, să aibă modulul de elasticitate ridicat, astfel încât deformaţiile flexionale şi de torsiune să fie cât mai mici iar vibraţiile să aibă amplitudine mică. De asemenea trebuie să poată fi prelucrate în condiţii normale şi să aibă un preţ de cost redus. În funcţie de mărimea maşinii electrice se folosesc diverse tipuri de oţeluri. Astfel, pentru fabricarea arborilor la maşinile de mică putere se folosesc oţeluri carbon obişnuite, de rezistenţă ridicată cum ar fi OL 50, OL 60. La fabricarea arborilor pentru maşini electrice de putere medie sunt utilizate oţeluri de calitate (OLC 35, OLC 45, OLC50), îmbunătăţite şi tratate termic. Pentru fabricarea arborilor maşinilor electrice de puteri mari sunt recomandate oţelurile aliate cum ar fi 30Mn16, 33MoCrNi11, 31MoCr11 îmbunătăţite. Dacă arborii trebuie să fie durificaţi şi rectificaţi ei se confecţionează din OLC15, 18MnCr10 sau 18MoCrNi13.

Carcasele şi scuturile portlagăre sunt confecţionate de obicei din oţel, fontă sau aluminiu. Carcasele din oţel sunt realizate din tablă îndoită, sudată şi prelucrată prin aşchiere. Carcasele din fontă sunt realizate prin turnare şi prelucrare. Fonta se obţine prin topirea şi reducerea minereurilor de fier în furnale. Ea se toarnă bine şi se prelucrează uşor. Poate fi cenuşie (Fc), nodulară (cu grafit nodular- Fn) sau maleabilă (Fm). Carcasele din aluminiu se folosesc la maşinile de putere mică. După fier, aluminiul este metalul cu cea mai largă utilizare. Acesta se toarnă şi se prelucrează bine şi este rezistent la coroziune.

Capitolul 3

CLASIFICAREA MAŞINILOR ELECTRICE

Maşinile electrice se clasifică după mai multe criterii. În funcţie de particularităţile constructive şi funcţionale, acestea pot fi:

- de tip electrostatic atunci când procesele fizice din maşină au loc numai pe baza cuplajului electric;

15

- de tip electromagnetic (de inducţie) atunci când procesele fizice au la bază fenomenul de inducţie electromagnetică;

- de tip magnetoelectric, în cazul în care câmpul magnetic principal se obţine cu ajutorul magneţilor permanenţi.

În funcţie de rolul lor în conversia energiei maşinile electrice pot fi:

- motoare electrice, atunci când transformă energia electrică în energie mecanică;

- generatoare electrice, atunci când transformă energia mecanică în energie electrică;

- convertizoare electrice.

În funcţie de natura mişcării părţii mobile maşinile electrice pot fi clasificate astfel:

- maşini electrice rotative, atunci când partea mobilă execută o mişcare continuă de rotaţie;

- maşini electrice liniare atunci când partea mobilă execută o mişcare liniară.

În funcţie de modul de realizare a ventilaţiei maşinile electrice pot fi:

- cu ventilaţie naturală, caz în care evacuarea căldurii se face numai prin radiaţie, conductivitate termică şi convecţie naturală;

- cu autoventilaţie forţată, caz în care este prevăzută cu un ventilator montat solidar pe arbore;

- cu ventilaţie forţată independentă, situaţie în care este prevăzută cu o instalaţie de ventilare acţionata de o maşină separată.

Trebuie menţionat că maşina electrică construită să funcţioneze ca motor poate funcţiona în anumite cazuri şi în regim de frână electromagnetică. În acest caz maşina absoarbe energie electrică pe la borne, energie mecanică pe la arbore, ambele forme de energie fiind transformate în căldură dezvoltată în înfăşurări şi reostatele de frânare. După tensiunea de alimentare/generată, maşinile electrice pot fi de curent continuu sau de curent alternativ. De asemenea ele pot fi cu sau fără colector. Trebuie remarcat faptul că performanţele maşinilor electrice cu colector sunt afectate serios de acesta, durata de viaţă a maşinii fiind determinată de durata de viaţă a ansamblului colector-perii.

16

Fig.3.1 – Clasificarea maşinilor electrice rotative

3.1 Maşini electrice de curent continuu

Maşinile electrice de curent continuu sunt caracterizate de faptul că prin circuitul exterior circulă curent continuu, tensiunile electromotoare fiind induse prin mişcare.

Regimului nominal de funcţionare al maşinii de curent continuu îi sunt specifice o serie de mărimi nominale pentru care a fost construită maşina, mărimi ce se găsesc înscrise pe placa indicatoare a acesteia [68]:

3.1.1 Construcţia maşinilor de curent continuu

Ca şi celelalte maşini electrice rotative maşina de curent continuu este compusă din următoarele trei subansambluri principale (fig.3.2):

- statorul (inductorul), parte fixă, cu polii principali (de excitaţie - 4), polii auxiliari (de comutaţie - 5), înfăşurarea de excitaţie (19), înfăşurarea auxiliară (18), dispozitivul portperii (10), periile colectoare (22), îmbrăcate la exterior de carcasa (1) pe care se află cutia de borne (16) şi inelul de ridicare (20);

- rotorul (indusul), parte mobilă, alcătuit din miezul magnetic (6), fixat solidar pe arborele rotoric (9) cu ajutorul unor pene, înfăşurarea rotorică (8), colector (12); tot pe arbore fixat prin intermediul unei pene şi asigurat cu un şurub se află ventilatorul (21);

17

- scuturile (2, 3) cu rolul de închidere mecanică a maşinii, de susţinere şi aliniere a lagărelor şi de fixare a suportului portperii (10).

Fig.3.2 – Elementele constructive ale maşinii de curent continuu:1 - carcasă; 2,3 - scuturi; 4 - pol principal; 5 - pol de comutaţie; 6 - miezul rotorului; 7 - bandaj; 8 - înfăşurarea rotorului; 9 – arbore rotoric; 10 - suport portperii; 11 – resort; 12 - colector; 13 - capac exterior; 14, 15 - rulmenti; 16 - cutie de borne; 17 – prezoane de fixare a scuturilor portlagăre de carcasă; 18 - bobina polului de comutaţie; 19 - bobina polului de excitaţie; 20 - inel de ridicare; 21 - ventilator; 22 - perie; 23 - colier portperie.

3.1.2 Motorul de curent continuu

Ca orice maşină electrică ce poartă numele de motor, transformă energia electrică de curent continuu primită pe la borne, în energie mecanică cedată la arbore. Pe lângă avantajul unei reglări în limite largi a vitezei prezintă şi pe cel al schimbării relativ simple a sensului de rotaţie. Motorul de curent continuu a fost inventat de Zenobe Gramme în anul 1873.

La baza funcţionării motorului de curent continuu stă forţa electromagnetică ce apare între un conductor parcurs de curent electric şi cîmpul magnetic în care se află amplasat. Pentru funcţionare, este necesar ca atât înfăşurarea de excitaţie cât şi cea rotorică să fie alimentate cu o tensiune continuă. Din punctul de vedere al felului în care este alimentată înfăşurarea de excitaţie motoarele de curent continuu pot fi clasificate astfel:

- motoare cu excitaţie separată; - motoare cu excitaţie în serie; - motoare cu excitaţie în derivaţie; - motoare cu excitaţie mixtă.

18

3.2 Maşini electrice de curent alternativ

Din punct de vedere funcţional, maşinile electrice rotative de curent alternativ pot fi de două feluri: sincrone sau asincrone.

Acestea au însă caracteristici comune cum ar fi producerea câmpului magnetic, producerea cuplului electromagnetic, realizarea înfăşurărilor, inducerea tensiunilor electromotoare. Câmpul magnetic al maşinii de curent alternativ este produs de curenţi alternativi care străbat înfăşurările acesteia. În cele mai multe cazuri maşinile electrice sunt trifazate (având bobinajul alcătuit din trei înfăşurări identice dispuse spaţial la 1200), sau monofazate. Înfăşurarea unei maşini electrice este caracterizată de următoarele elemente:

- numărul de faze (m);

- numărul de perechi depoli (p); - pasul polar (yt), ce poate fi definit cu ajutorul relaţiei:

, (3.23)

unde D reprezintă diametrul armăturii feromagnetice în ale cărei crestături se află dispusă înfăşurarea;

- numărul de straturi; - numărul de crestături pe pol şi pe fază (q); - felul pasului ( y1) al înfăşurării.

Înfăşurările pot fi realizate cu pas diametral (y1 = yt) sau cu pas scurtat (y1 < yt).

Dacă înfăşurarea este realizată cu pas diametral se obţine un flux magnetic şi o tensiune electromotoare indusă de valori maxime însă în întrefier se produc câmpuri magnetice cu un conţinut mare de armonici superioare.

3.2.2 Maşina electrică asincronă

Acestui tip de maşină îi este caracteristic faptul că la o frecvenţă dată a reţelei de alimentare, viteza rotorului scade odată cu creşterea sarcinii. Maşina asincronă în construcţie normală este prevazută cu înfăşurări alimentate în curent alternativ atât pe stator cât şi pe rotor. Este bine de precizat că între înfăşurarea statorică şi cea rotorică nu există o legătură electrică ci una electromagnetică, datorată inducţiei.

19

Din acest motiv, unii autori o numesc şi maşină de inducţie. Poate funcţiona în regim de motor, de generator şi de frână electrică. Cel mai des este întâlnită ca motor asincron trifazat. Acesta are o construcţie relativ simplă (fig.3.4), este fiabil şi robust în funcţionare şi de aceea este preferat pentru sistemele de acţionare electrică în circa 80% din cazuri. Atunci când funcţionează ca motor, înfăşurarea statorică are de regulă rolul de înfăşurare primară, pe la bornele căruia primeşte energie electrică de la reţeaua de alimentare. Înfăşurările statorice produc atunci când sunt parcurse de curenţi electrici un câmp magnetic învârtitor, care dă naştere unor tensiuni electromotoare în înfăşurarea rotorică. Curenţii electrici care iau naştere în înfăşurarea rotorului în scurtcircuit, sau în cazul motoarelor cu rotorul bobinat, la închiderea circuitului înfăşurărilor pe un reostat exterior, interacţionează cu câmpul magnetic învârtitor statoric şi crează astfel cuplul electromagnetic al maşinii.

Maşinile asincrone pot fi cu rotorul bobinat, sau cu rotorul în scurtcircuit, caz în care înfăşurarea rotorică constă în conductori sub formă de bare introduse în crestăturile miezului feromagnetic rotoric şi scurtcircuitate la capetele rotorului cu ajutorul unor inele de scurtcircuitare.

Fig.3.4 – Elementele componente ale motorului asincron trifazat: 1- carcasa statorică; 2- miezul magnetic statoric; 3- bobinajul statoric; 4-talpa de fixare; 5-arbore rotoric; 6-miez magnetic rotoric; 7- rulment; 8-scut portlagăr; 9-placa de borne; 10-cutia de borne; 11-ventilator; 12- capacul ventilatorului.

3.2.3 Maşina electrică sincronă

Este o maşină cu câmp magnetic învârtitor, caracterizată prin aceea că are turaţia rotorului egală cu a câmpului magnetic învârtitor statoric indiferent de valoarea sarcinii, adică între viteza unghiulară Ω a rotorului şi pulsaţia ω reţelei trifazate la care se află conectată există o legătură rigidă exprimată prin relaţia:

20

, (3.48)

în care p este numărul de perechi de poli ai maşinii.

În cazul maşinii sincrone cu construcţie normală, armătura inductoare este rotorul, alimentat cu curent electric continuu, dar poate fi şi statorul în cazul maşinii cu construcţie inversată. Construcţia normală prezintă avantajele că permite realizarea în condiţii mai bune a izolaţiei indusului (statorului) care funcţionează la tensiuni ridicate şi că acesta se poate conecta direct la reţea.

Capitolul 4

DEFECŢIUNILE MAŞINILOR ELECTRICE

Funcţionarea anormală ori defectarea maşinilor electrice pot avea cauze interne sau externe. Datorită manipulării, depozitării, transportului, solicitărilor electrice sau mecanice la care sunt supuse în timpul exploatării, pot apare defecţiuni la oricare dintre elementele componente ale acestora [68]. Astfel, la elementele pasive pot apărea defecte de natură mecanică (slăbirea penelor de fixare a miezului magnetic rotoric pe ax,

deformarea alezajelor pentru lagăre, uzura lagărelor, slăbirea ori ruperea prezoanelor de fixare a scuturilor portlagăre de carcasă, excentritatea axului rotoric faţă de stator ori îndoirea acestuia etc.), iar la elementele active (izolaţie, înfăşurări, colectoare) pot apărea defecte electrice (scurtcircuitări) având la origine de exemplu depăşirea temperaturii de lucru provocată de supraâncărcarea maşinii ori de natură mecanică (dezlipirea capetelor bobinelor de pe plăcuţele colectoare, uzura până la distrugere a colectoarelor, ruperea barelor coliviei la maşinile cu rotoare în scurtcircuit etc.). Cauzele interne ale defectelor maşinilor electrice pot fi de natură electrică, termică sau mecanică (fig.4.1).

21

Figura 4.1- Cauzele interne ale defectării maşinii electrice rotative

În ce priveşte cauzele externe acestea pot fi de natură electrică ( provenind de la reţeaua de alimentare), de mediu sau de natură mecanică, induşi de maşina de lucru (fig.4.2). Pentru motoarele care se cuplează direct pe elementul de acţionat este foarte importantă centrarea coaxial cu axa acestuia. Nerespectarea toleranţelor de centrare conduce la vibraţii anormale şi la distrugerea prematură a rulmenţilor, precum şi la fisurarea şi chiar ruperea arborelui. Verificarea coaxialităţii în vederea stabilirii unei cuplări mecanice corecte se poate face prin determinarea jocurilor radiale şi axiale în patru poziţii ale cuplei dispuse la 90 de grade. În afara fenomenelor specifice conversiei energiei, în maşinile electrice au loc şi fenomene aleatorii, într-o inlănţuire care ne permite să spunem că la un moment dat, efectul unuia este cauza altui efect. De exemplu, creşterea nepermisă a sarcinii, conduce la creşterea temperaturii maşinii peste valoarea de lucru, care la rândul ei este cauza imbătrânirii mai rapide a izolaţiei, ceea ce poate duce la străpungerea acesteia şi la apariţia scurtcircuitelor. Iată cum, o cauză de natură mecanică poate avea ca efect un defect electric al maşinii.

22

Fig.4.2 – Cauzele externe ale defectelor maşinilor electrice rotative

4.1 Defecţiuni ale izolaţiei înfăşurărilor

Rezistenţa de izolaţie se poate defini conform legii lui Ohm ca raportul dintre tensiunea continuă aplicată intre doi electrozi în contact cu un dielectric şi curentul care străbate acest dielectric. În cazul maşinii electrice cei doi electrozi pot fi două înfăşurări diferite sau una dintre înfăşurări şi carcasă iar dielectricul îl constituie izolaţia dintre acestea.

Defectele cele mai des întâlnite ale înfăşurărilor maşinilor electrice sunt: scăderea rezistenţei de izolaţie faţă de masă, dezechilibrul înfăşurării statorice, întreruperea înfăşurărilor şi scurtcircuitarea. Scăderea rezistenţei de izolaţie se produce de obicei, datorită umezirii izolaţiei înfăşurărilor, ca urmare a depozitării

23

timp îndelungat în încăperi umede, neîncălzite, a pătrunderii apei sau vaporilor de apă în maşină, a nefuncţionării timp îndelungat în anotimpul rece al anului.

4.2 Defecţiuni ale organelor în mişcare datorate uzurii şi şocurilor

Uzura este un proces fizic inerent datorat funcţionării. Acest proces poate fi mai lent sau mai rapid, viteza sa de instalare datorându-se: soluţiilor constructive, alegerii necorespunzătoare a materialelor, formei diferitelor elemente, tipului elementelor de cuplare dintre motor şi elementul antrenat, montajului defectuos, condiţiilor de exploatare (abateri de la regimul de lucru), calităţii mediului în care funcţionează maşina (mediu cu umezeală excesivă, cu temperatură ridicată, cu pulberi în suspensie), calităţii întreţinerii (nerespectarea duratei de schimb a lubrefianţilor şi a calităţii acestora) etc. Defecţiunile cauzate de şocurile mecanice transmise de către elementul antrenat provin din acţiunea sarcinii variabile corelată cu discontinuitatea de viteză şi au o pondere de circa 10-15% din totalul defectelor maşinilor electrice.

4.2.1 Defecţiuni ale arborelui rotoric

Şocurile mecanice provenite de la maşina de lucru, atunci când depăşesc anumite valori, pot avea ca efect îndoirea arborelui rotoric sau chiar ruperea lui. De cele mai multe ori, la motoarele de putere mică, ruperea arborelui are loc în apropiere de lagărul dinspre elementul antrenat. Ruperea arborelui se produce frecvent şi atunci când motorul nu este centrat corect pe maşina de lucru, mai ales în cazul transmisiei prin pinioane. Îndoirea axului rotoric poate avea o serie de efecte precum: apariţia frecărilor între rotor şi stator, schimbarea poziţiei lagărelor şi apariţia încălzirilor excesive, deformarea alezajelor pentru lagăre, fisurarea sau spargerea scuturilor portlagăre. Toate aceste defecte pot scoate din funcţiune maşina electrică şi sunt însoţite de zgomote şi vibraţii.

4.2.2 Defecţiuni ale lagărelor

Defecţiunile care pot apărea la lagărele maşinilor electrice sunt: topirea compoziţiei şi griparea în cazul lagărelor de alunecare, uzura căii de rulare şi a corpurilor de rostogolire la rulmenţi. În primul caz defectul poate fi cauzat de întreruperea circuitului de ungere cu ulei, calitatea necorespunzătoare a acestuia (impurităţi) sau insuficienţa ungerii şi se ajunge inevitabil la oprirea maşinii. De obicei aceste tipuri de lagăre sunt folosite la maşini de puteri mari, prevăzute cu instalaţii de monitorizare şi protecţie, care semnalizează şi scot din funcţiune

24

maşina în caz de pericol.Ponderea defectelor apărute la lagăre in totalul defectelor maşinilor electrice este de 30-40%. Ungerea insuficientă a lagărelor maşinilor electrice se manifestă prin încălzirea acestora, mers zgomotos şi apariţia vibraţiilor.

4.3 Defecţiunile părţilor fixe ale maşinii. Defecte ale carcasei, scuturilor portlagăre şi tălpilor de fixare

În categoria defectelor scuturilor portlagăre pot fi enumerate:

- deformarea alezajelor pentru lagăre – aceasta se poate produce fie datorită funcţionării îndelungate la un nivel ridicat al vibraţiilor, fie gripării rulmenţilor şi rotirii inelului exterior al acestuia în alezaj.

- uzura cotei de autocentrare a scutului portlagăr în carcasa statorică, datorată vibraţiilor sau operaţiilor de demontare-montare repetate ori montării greşite şi care poate conduce la excentritatea rotorului faţă de stator;

- fisurarea scuturilor sau ruperea urechilor de fixare în prezoane datorate vibraţiilor sau şocurilor mecanice primite dinspre sarcină.

Capitolul 5

ÎNTREŢINEREA ŞI REPARAREA MAŞINILOR ELECTRICE

Activitatea de intreţinere a maşinilor electrice cuprinde acele operaţii sau lucrări care au ca scop menţinerea în stare bună de funcţionare a acestora, în timp ce activitatea de reparaţii îşi propune să readucă în stare de funcţionare maşinile defecte, păstrând gradul de eficienţă pentru care au fost proiectate. Aceste activităţi sunt obişnuite pentru maşinile aflate în uz şi presupun menţinerea sau aducerea la starea iniţială de funcţionare. În principiu, activitatea de întreţinere a motoarelor electrice constă în: verificarea pieselor de contact, a inelelor, periilor şi portperiilor, colectoarelor cu lamele, lagărelor, a lubrefierii precum şi a stării generale de curăţenie a acestora. De asemenea se verifică gradul de uzură al anumitor elemente şi se face corectarea deficienţelor. În categoria lucrărilor de întreţinere şi reparaţii intră lucrările executate la colectoare (5.1), la bobinajele statorice (5.2), la bobinajele rotorice (5.3), la circuitele magnetice (5.4) şi părţile mecanice ale maşinilor (5.5) – carcase şi scuturi (5.5.1), lagăre (5.5.2) şi arbori (5.5.3).

25

5.6 Aplicaţii practice. Dispozitive pentru depresarea/presarea miezurilor feromagnetice din/în carcasele motoarelor cu un singur scut portlagăr demontabil

Consecvent ideii că mentenanţa este una dintre soluţiile de reducere a costurilor şi a impactului asupra mediului, ajutat de experienţa îndelungată în domeniu şi de puţină inventivitate, m-a preocupat ideea reducerii importurilor motoarelor cu construcţie specială (un singur scut portlagăr demontabil) prin repararea celor existente în exploatare. Motoarele electrice cu un singur scut portlagăr demontabil sunt în general motoare asincrone, cu rotorul în scurtcircuit, cărora le este specific faptul că unul dintre scuturile portlagăre este realizat corp comun cu carcasa statorică prin turnare şi prelucrare prin aşchiere. Miezul feromagnetic statoric este presat la cald în carcasă. Acest gen de construcţie prezintă anumite avantaje cum ar fi: robusteţe, o mai bună etanşare, condiţii mai bune de păstrare a concentrităţii rotorului faţă de stator, posibilitatea montării pe scutul nedemontabil a frânei electrice şi altele. Defectele întâlnite la aceste motoare sunt comune, amintite anterior în lucrare, dar mai greu de remediat datorită construcţiei speciale. Spre exemplu, la acest tip de motoare rebobinarea statorului nu se poate realiza în condiţii normale, deoarece nu există acces pe la ambele capete ale acestuia pentru extragerea bobinelor defecte, pentru introducerea bobinelor noi, modelarea, împănarea şi realizarea altor operaţii specifice acestui gen de reparaţie. De asemenea nu se poate înlocui rulmentul din scutul nedemontabil.

Pentru a face posibile rebobinarea statorului, respectiv înlocuirea rulmentului din scutul portlagăr nedemontabil este nevoie ca miezul feromagnetic să fie extras din carcasă. Avînd în vedere că pentru prinderea miezului statoric în vederea extragerii singura cale de acces este spaţiul ocupat în mod normal de rotor (fig.5.5.a) a fost nevoie să se realizeze un dispozitiv ca în figura (5.6.b).

26

Fig.5.5.a – vedere în interiorul Fig. 5.6.b – secţiune prin stator şi

motorului dispozitivul de extragere

Pentru depresarea miezului se introduce dispozitivul în stator (fig.5.6.b), după care: cu ajutorul mânerului (2) se roteşte şurubul central (1), care înşurubându-se în piuliţa din bronz (3) fixată solidar în corpul cilindric (4) şi asigurată cu şuruburile (5), înaintează către partea inferioară, acţionează asupra ghearelor de fixare (6) care se rotesc în jurul bolţurilor (7) până ajung în poziţia de lucru (cu partea activă sub miezul statoric), comprimând resorturile (8) sprijinite la capetele opuse pe capacele (9). Piesa conică (11) se sprijină şi se autocentrează pe rulmentul (12) din scutul nedemontabil. Rulmentul de presiune (13) protejat de capacul (14) ajută la micşorarea frecării în momentul în care începe depresarea miezului statoric (10) din carcasa (15).

Capitolul 6

MAŞINA ELECTRICĂ POSIBIL POLUATOR AL MEDIULUI

Dacă analizăm ciclul de viaţă al maşinilor electrice se poate observa că el are trei etape importante: de realizare, de exploatare şi de dezmembrare. În prima etapă, poluarea mediului este o consecinţă a consumului de resurse, a proceselor tehnologice şi tehnologiilor folosite pentru prelucrarea acestora. În etapa de exploatare poluarea are loc datorită unor factori care însoţesc procesul de conversie a energiei realizată de maşina electrică. Etapa de dezmembrare, reciclare, sortare şi refolosire a materialelor include de asemenea procese tehnologice şi procedee mai mult sau mai puţin poluante.

27

6.1 Impactul asupra mediului datorat exploatării şi consumului de resurse primare şi energie Maşina electrică aşa cum o cunoaştem este rezultatul unui lanţ de procese tehnologice a căror desfăşurare influenţează negativ mediul într-o măsură mai mică sau mai mare (fig.6.1).

Fig.6.1 – Procesele tehnologice specifice realizării maşinilor electrice şi impactul lor asupra mediului

Dacă dorim să facem o analiză completă a dimensiunii impactului întregului ciclu de viaţă al maşinilor electrice asupra mediului, trebuie să începem cu procesul de exploatare a minereurilor, să continuăm cu prelucrarea lor, cu realizarea materialelor, a maşinilor electrice, cu perioada de exploatare şi să încheiem cu dezmembrarea, reintroducerea în circuit a unei părţi din materialele rezultate şi eliminarea deşeurilor. Acest lucru presupune o muncă laborioasă iar rezultatele ar include o marjă mare de eroare. De aceea, ne vom rezuma doar la trecerea în revistă a proceselor poluatoare şi vom începe analiza de la faza de materiale.

28

Aceasta are la bază cunoaşterea tipurilor si cantităţilor de materiale ce vor fi înglobate în maşinile fabricate şi ţine cont şi de pierderile tehnologice care, de cele mai multe ori se regăsesc ca deşeuri, cu impact asupra mediului.

6.2 Impactul asupra mediului datorat consumului de materiale şi energie

Evaluarea consumurilor de materiale ce vor fi înglobate în maşina electrică şi implicit a gradului de poluare a mediului, presupune o serie de calcule care să coreleze datele nominale ale maşinii ce urmează a fi realizată (tensiuni, curenţi, puteri, cupluri, turaţii), solicitările electrice şi magnetice din aceasta (densităţi de curent, inducţii etc.) cu dimensiunile geometrice ale maşinii. Aşadar, pornind de la dimensiunile principale ale maşinii, diametrul indusului D şi lungimea ideală a maşinii , se poate calcula volumul aparent Vi al indusului folosind relaţia următoare:

(6.1)

Cunoaşterea acestui volum are o mare importanţă, deoarece întreaga construcţie a maşinii se dezvoltă in jurul său şi contribuie la o primă evaluare a cantităţilor de materiale necesare pentru realizarea maşinii, respectiv a impactului asupra mediului. Având în vedere că reducerea impactului asupra mediului inseamnă implicit optimizarea consumurilor de materiale, se introduce în calcule un parametru de corelare între diametrul D şi lungimea ideală , numit factor de geometrie al maşinii, notat cu λ.

, (6.2)

unde: p reprezintă numărul de perechi de poli ai maşinii iar τ este pasul polar. Pentru orice tip de maşină, dimensiunile principale se determină în funcţie de puterea electromagnetică, care, reprezintă puterea convertită în procesul electromagnetic de conversie ce are loc în întrefierul maşinii. Aceasta reprezintă o parte din puterea P1 primită de maşină din reţeaua de alimentare.

Relaţiile de calcul diferă de la un tip de maşină la altul (maşina de curent continuu, maşina de curent alternativ, maşina de curent alternativ cu colector), datorită specificului modelului matematic [1],[4].

Spre exemplu, la maşina electrică de curent continuu, indiferent de regimul energetic de funcţionare (motor sau generator), puterea electromagnetică,

29

cunoscută şi sub numele de putere internă a maşinii Pi , se poate determina cu relaţia:

(6.3)

în care: Ue = tensiunea electromotoare din indus;

I = intensitatea curentului din indus.

La rândul ei, tensiunea electromotoare se poate calcula cu relaţia:

, (6.4)

unde:

p = numărul de perechi de poli ai maşinii;

a = numărul de căi de curent din indus;

n = turaţia maşinii;

N = numărul de conductoare ale infăşurarii indusului;

αi = factorul de acoperire polară ideală a polilor inductori;

li = lungimea ideală a maşinii;

τ = pasul polar al maşinii;

Bσ = inducţia magnetică maximă în întrefierul maşinii.

Intensitatea curentului din indus I este în stransă legătură cu o mărime ce caracterizează solicitările electrice ale maşinii numită pânză de curent A şi care se poate exprima cu relaţia:

(6.5)

La rândul ei pânza de curent este în legătură directă cu pierderile Joule din indus, deci cu incălzirea maşinii. Intensitatea curentului din indus în funcţie de pânza de curent se poate exprima astfel:

(6.6)

Dacă înlocuim în relaţia 6.3 pe Ue (din rel.6.4) si pe I (din rel. 6.6) rezultă pentru puterea internă următoarea relaţie:

30

, (6.7)

Aceeaşi putere internă se poate exprima şi funcţie de volumul aparent al indusului cu relaţia (6.1).

Cuplul electromagnetic Me se poate exprima cu relaţia:

(6.8)

Înlocuind cu valorile din relaţiile anterioare, se obţine:

, aşadar: (6.9)

(6.10)

Din această relaţie rezultă clar că volumul aparent al indusului este direct proporţional cu cuplul electromagnetic pe care îl dezvoltă maşina şi invers proporţional cu pânza de curent din indus şi inducţia magnetică medie din întrefier. Deci, cu cât cuplul electromagnetic dezvoltat de maşină trebuie să fie mai mare, cu atât volumul aparent al indusului va fi mai mare, gabaritul şi greutatea maşinii, respectiv cantităţile de materiale folosite la fabricarea ei vor fi mai mari. Toate acestea conduc la un impact mai mare asupra mediului.

Cunoscând toate aceste date, tipul şi numărul maşinilor electrice ce urmează a fi realizate, se pot calcula cantităţile de materiale ce vor fi înglobate în acestea şi aproxima cantităţile diverselor tipuri de deşeuri ce vor rezulta şi polua într-un fel sau altul mediul înconjurător.

Impactul maşinilor electrice asupra mediului în perioada de fabricaţie are trei componente principale: consumul de materiale, consumul de energie necesar transformării acestora în piese necesare fabricării propriuzise a maşinilor electrice şi deşeurile rezultate. De exemplu în anul 2003, în România, totalul producţiei de motoare electrice a fost echivalentul a circa 2 000 MW, din care aproximativ 1 800 MW motoare cu puteri mai mici de 100 kW. Dacă luăm în calcul pentru acea dată o masă medie de materiale înglobate de circa 15 kg/kW, rezultă o cantitate de 30 000 tone de materiale brute. Ştiind că indicele de valorificare al materialelor brute este de aproximativ 85% putem aprecia că din producţia de motoare au rezultat circa 4 500 tone de deşeuri. Aşa cum se cunoaşte, 20 % din greutatea maşinii o reprezintă cuprul, în timp ce 35% o reprezintă greutatea oţelului silicios din care este realizat miezul feromagnetic, restul fiind materialele din care sunt confecţionate carcasa (fonta, oţel, aluminiu), arborele rotoric, lagărele etc. Este foarte important de reţinut însă că aceste deşeuri de tablă silicioasă, cupru, oţel rezultate (în urma proceselor

31

de stanţare, prelucrare prin aşchiere, bobinare etc.) sunt în mare parte reintroduse în circuitul economic însă cu anumite costuri energetice. În ultimii ani s-a ajuns la realizarea unor densităţi de putere de 1,2 kW/kg cu efecte benefice atât asupra consumurilor de materii prime cât şi a consumurilor de energie necesare transformării acestora. De asemenea, realizarea unor materiale electrotehnice de înaltă performanţă şi utilizarea unor materiale electroizolante de foarte bună calitate, au condus la fabricarea unor maşini electrice mult mai fiabile şi mai eficiente din punct de vedere energetic, care pot suporta o încărcare mai mare.

6.3 Impactul exploatării maşinii electrice asupra mediului

Perioada de exploatare (de viaţă) a maşinilor electrice este cea de la punerea în funcţiune până la retragerea din exploatare. Durata ei depinde de mai mulţi factori, este o certitudine însă că utilizarea pe o perioadă cât mai îndelungată este benefică din toate punctele de vedere.

6.3.1 Impactul datorat conversiei energiei şi regimului termic al maşinii

Maşina electrică rotativă este un convertor de energie. Conversia energiei trebuie să se realizeze cu un randament maxim. Pentru ca pierderile datorate conversiei să fie minime este necesar un câmp magnetic cu o anumită valoare şi formă de variaţie în timp şi spaţiu şi tensiuni electromotoare induse maxime. Gradul de conversie al maşinii electrice este subunitar, diferenţa dintre energia intrată şi cea ieşită fiind transformată în cea mai mare parte în căldură care trebuie să fie evacuată. În condiţiile în care această căldură nu este recuperată şi valorificată ea este considerată un deşeu care poluează mediul înconjurător.

6.3.2 Impactul datorat zgomotelor şi vibraţiilor maşinilor electrice

Atunci când discutăm despre poluarea fonică a maşinilor electrice avem în vedere în primul rând influenţa pe care zgomotul o are asupra personalului de exploatare şi mentenanţă şi riscurile care apar în situaţia expunerii îndelungate, precum: modificarea temporară sau permanentă a pragului auditiv, pierderea auzului, stressul, tulburările mentale, tulburările cardiovasculare şi ale sistemului imunitar etc. De aceea, având în vedere folosirea pe scară largă a maşinilor electrice, în special a motoarelor asincrone trifazate, studierea efectelor produse de zgomotul acestora asupra omului, a cunoscut în ultimul timp o preocupare intensă.

32

Se cunoaşte acum faptul că gradul de afectare diferă de la o persoană la alta şi că depinde de nivelul sonor, de durata de expunere şi de spectrul de frecvenţe.

6.3.3 Impactul asupra mediului datorat pierderilor de lubrefianţi şi agenţi de răcire

În funcţie de tip sau mărime, maşinile electrice rotative pot fi prevăzute cu lagăre de rostogolire (rulmenţi) sau de alunecare. Pentru ca frecarea în lagăre să fie cât mai mică şi să nu apară încălziri excesive care să conducă la deteriorarea lor, acestea trebuie să fie lubrefiate. Lubrefierea se face după caz cu diverse tipuri de vaseline ori cu uleiuri, prin intermediul unor instalaţii speciale. Pierderea agenţilor de lubrefiere poate avea loc fie datorită supraîncălzirii maşinii fie neetanşeităţilor instalaţiei de ungere. În ambele cazuri ajungerea lubrefianţilor pe sol poate provoca infesterea acestuia.

6.3.4 Poluarea cu particule de grafit provenite de la periile colectoare

Aşa cum se ştie, atmosfera terestră este constituită din diferiţi componenţi aflaţi în diverse stări de agregare, distribuiţi în mod neuniform în jurul Pământului. Componenţii şi stările lor de agregare dau transparenţă sau opacitate atmosferei. Dintre poluanţii atmosferici care influenţează în mod deosebit proprietăţile radiative ale mediului cei mai importanţi sunt funinginea şi praful. Atât particulele lichide cât şi cele solide aflate în suspensie (aerosoli), au ca efect împrăştierea radiaţiei solare [66]. Dacă ne referim strict la incintele în care sunt amplasate şi funcţionează maşini electrice cu colector, se poate considera că acestea au o foarte mică contribuţie la poluarea atmosferei cu particule de grafit provenite de la uzura periilor.

6.4 Impactul asupra mediului datorat tehnologiilor de fabricare a maşinilor electrice

Tehnologia de fabricare este un ansamblu de procese, metode, procedee, reguli, operaţii şi condiţii tehnice care au loc în scopul realizării unui anumit produs (piesă, organ de maşină, sistem tehnic).

Tehnologia de fabricare a unui produs impune executarea operaţiilor într-o anumită succesiune prestabilită şi influenţează modul de valorificare a resurselor, a forţei de muncă, costurile şi organizarea intreprinderii.

De asemenea, în funcţie de gradul de tehnicitate al instalaţiilor de producţie ea poate fi mai mult sau mai puţin poluantă. O tehnologie bine aleasă conduce la

33

creşterea rentabilităţii, reducerea consumurilor de materiale şi a impactului asupra mediului, deziderate foarte importante în contextul economiei de piaţă şi dezvoltării durabile.

Capitolul 7

SOLUŢII DE REDUCERE A IMPACTULUI MAŞINILOR ELECTRICE ASUPRA MEDIULUI

Având în vedere cele trei etape în care se consideră că maşinile electrice poluează mediul (etapa de realizare, etapa de exploatare şi etapa de postutilizare) sunt necesare soluţii specifice fiecăreia dintre ele. Aceste soluţii ar fi:

- proiectarea integrată şi fabricarea durabilă a maşinilor electrice;

- utilizarea unor materiale cu eficienţă ridicată şi creşterea raportului putere/greutate/preţ;

- creşterea perioadei de utilizare a maşinilor electrice existente prin respectarea parametrilor de exploatare, găsirea unor soluţii de reparare a maşinilor cu construcţie specială şi mentenanţa preventivă;

- reutilizarea unor elemente constructive ale maşinilor electrice;

- identificarea unor soluţii de dezmembrare facile, mai prietenoase cu mediul.

7.1 Aplicarea conceptelor de proiectare şi fabricare durabilă a maşinilor electrice

Dezvoltarea durabilă presupune satisfacerea nevoilor generaţiei actuale fără compromiterea posibilitatilor generaţiilor viitoare de a-şi satisface propriile nevoi. Conceptul de dezvoltare durabilă este caracterizat de următoarele elemente:

- elementul economic, care presupune stabilitate, eficienţă, creştere;

- elementul social - nivel de trai, dialog social, protejarea culturii etc.;

34

- aspectul ecologic, respectiv resurse naturale, evitarea poluării, biodiversitate etc.

Proiectarea durabilă a maşinilor electrice ar însemna deci acea proiectare care să ţină cont de minimizarea consumurilor de materii prime, în special a celor neregenerabile, să permită creşterea la maximul posibil a randamentului maşinilor şi reducerea consumurilor de energie, să aibă în vedere înlocuirea uşoară şi interschimbabilitatea unor piese componente, să introducă elemente de monitorizare şi control al funcţionării maşinii, să prevadă soluţii facile de dezmembrare şi refolosire a elementelor sau materialelor rezultate din dezmembrare la sfârşitul perioadei de exploatare.

7.1.1 Soluţii constructive noi pentru realizarea de maşini electrice prietenoase mediului şi reciclării

Diversificarea continuă a nevoilor domeniilor utilizatoare de maşini electrice, eforturile specialiştilor în domeniu, necesitatea creşterii eficienţei energetice şi a obţinerii unor maşini cu performanţe superioare, au condus la apariţia motoarelor cu magneţii permanenţi fără crestături (MMPFC). Avantajele acestor motoare sunt variaţia liniară a cuplului la arbore, înlocuirea sistemului de excitaţie cu bobine, eliminarea pierderilor Joule din înfăşurarea rotorică, eliminarea sistemului inele-perii alunecătoare cu pierderile mecanice aferente, precum şi a sursei de excitaţie, cu efecte benefice în ce priveşte reducerea impactului asupra mediului. Toate aceste lucruri s-au obţinut prin folosirea magneţilor permanenţi la fabricarea rotoarelor.

Principalele elemente constructive ale MMPFC sunt aceleaşi ca la maşinile electrice clasice, respectiv stator, rotor, scuturi.

Statorul este de forma cilindrică, având jugul realizat din materiale amorfe cu caracteristici magnetice adecvate [70]. Înfăşurările sunt introduse în interiorul statorului fără crestături, dispuse astfel încât să se obţină un sistem de curenţi sinusoidali.

Rotorul este alcătuit din arborele rotoric pe care se află jugul de oţel cu magneţi permanenţi, sau un inel magnetic fixat în interiorul său. Cuplul motorului cu magneţi permanenţi fără crestături provine din interacţiunea dintre câmpul electromagnetic generat de stator si cel realizat de magneţii permanenţi ai rotorului.

35

Practic, soluţiile constructive ale motoarelor fără crestături se obţin prin renunţarea la partea cu crestături a miezului statoarelor obişnuite şi montarea bobinajului statoric în interiorul miezului de formă cilindrică, direct în întrefier [10],[71]. Deoarece prin înlăturarea crestăturilor grosimea întrefierului devine mai mare, se poate opta pentru creşterea înălţimii magneţilior rotorici sau pentru micşorarea diametrului maşinii. Întrucât întrefierul echivalent este mare, ambele câmpuri magnetice, atât cel de excitaţie cât şi cel de reacţie au valori mici şi permit realizarea miezurilor din fier-siliciu sinterizat.

7.2 Utilizarea unor materiale noi, cu eficienţă ridicată la fabricarea maşinilor electrice

Motoarele electrice reprezintă cel mai mare consumator de energie electrică la nivel mondial, consumul lor reprezentând circa 43 - 47% din totalul energiei produse. În trecut, reducerea costurilor de fabricaţie la motoarele electrice s-a făcut prin diminuarea cantităţilor de materiale active (oţel electrotehnic, cupru, aluminiu), ceea ce conducea inevitabil la scăderea eficienţei energetice şi a factorului de putere. Tehnic vorbind, creşterea eficienţei motoarelor de curent alternativ se poate realiza prin reducerea pierderilor în miezul feromagnetic, aşadar prin folosirea unor tole de calitate superioară, obţinute prin utilizarea unor soluţii tehnice avansate de predeterminare a proprietăţilor magnetice. Puritatea cuprului din care este realizat bobinajul influenţează de asemenea eficienţa energetică a maşinilor electrice. În ceea ce priveşte motoarele electrice cu magneţi permanenţi, calitatea magneţilor este deosebit de importantă pentru creşterea eficienţei energetice.

7.3 Prelungirea duratei de viaţă a maşinilor electrice prin exploatare corespunzătoare şi mentenanţă preventivă

Mentenanţa este ansamblul de măsuri tehnico-organizatorice menit să asigure menţinerea în stare de funcţionare, întreţinerea şi repararea sistemelor industriale.Pentru a se putea ajunge la cele mai bune practici de mentenanţă este nevoie ca simultan să se producă atât înnoirea tehnologiei cât şi de schimbarea mentalităţii oamenilor implicaţi în această activitate. În vederea obţinerii unor rezultate cât mai bune, costurile cu mentenanţa trebuie evidenţiate, astfel încât la un moment dat, să se poată trage concluzia dacă este mai eficientă repararea ori înlocuirea echipamentului respectiv. În trecut se considera că defectarea echipamentelor, în special a celor electrice nu poate fi prezisă, iar intervenţia se

36

considera satisfăcătoare atât timp cât maşina funcţiona la un nivel minim acceptabil (mentenanţa reactivă). Mentenanţa corectivă permite unui utilaj să funcţioneze pînă la apariţia unei probleme, este planificată şi caută să rezolve însăşi cauza defectului şi se focalizează pe sarcini planificate la intervale de timp regulate, în timp ce mentenanţa preventivă şi predictivă presupune funcţionarea unui utilaj în condiţii de siguranţă pâna la atingerea unui anumit grad de uzură sau la apariţia unui defect incipient. Un program real şi eficient de mentenanţă predictivă este acela în care sunt planificate reparaţiile, operaţiile de întreţinere şi ajustări (lubrefierea, curăţarea, reglarea presiunii în instalaţia de răcire de exemplu) şi recondiţionările. Toate programele de mentenanţă au la bază premisa că orice maşină/utilaj are o anumită durată de viaţă [86]. Dacă discutăm despre maşinile electrice, putem spune că starea lor tehnică se poate aprecia pe baza simptomelor manifestate în timpul funcţionării. Aşa cum arătam şi anterior, variaţia unor parametrii precum temperatura înfăşurărilor, a lagărelor, a presiunii circuitelor de răcire, creşterea nivelului de zgomote şi vibraţii sunt tot atâtea semne că în maşină se întâmplă ceva.

7.3.1 Diagnoza defectelor maşinilor electrice

Diagnoza defectelor maşinilor electrice rotative are la bază date statistice referitoare la frecvenţa apariţiei următoarelor defecte:

- defecte electrice ale statorului determinate de starea înfăşurărilor (înfăşurări întrerupte sau în scurtcircuit);

- defecte electrice ale rotorului, care au la origine întreruperea sau scurtcircuitarea înfăşurărilor în cazul rotoarelor bobinate, respectiv bare rupte sau fisurate, inele de scurtcircuitare rupte sau fisurate la rotoarele în scurtcircuit;

- defecte mecanice ale rotorului cum ar fi încovoierea (săgeata) arborelui rotoric, excentritatea, defecte ale lagărelor.

7.4 Recuperarea subansamblelor, componentelor şi materialelor din maşinile electrice Managementul durabil al resurselor este una dintre soluţiile de reducere a impactului maşinilor electrice asupra mediului. În cadrul acestui concept

37

recuperarea subansamblelor, componentelor şi materialelor în vederea refolosirii lor ca atare sau pentru a fi reintroduse în ciclul de fabricaţie este o activitate deosebit de importantă. În acest context se înscriu şi eforturile unei echipe de cercetare a ICPE Bucureşti-laboratorul de maşini electrice speciale, condusă de Prof. univ. dr. ing. Nicolae Vasile, în care am avut onoarea să activez şi care a brevetat un convector electric motor refolosind elementele unui motor electric (miez statoric, arbore rotoric, scuturi portlagăre etc.). Brevetul a primit medalia de aur la Salonul Internaţional de Invenţii ,,Eureka” de la Bruxelles în anul 2012 şi medalia de aur la Salonul Internaţional de Invenţii de la Geneva în anul 2013. 7.5 Managementul deşeurilor Deşeurile sunt resturile materiale rezultate în urma unui proces tehnologic (sau casnic) de realizare a unui produs, care nu mai pot fi valorificate ca atare în scopul realizării acelui produs. Aşa cum am afirmat într-un capitol anterior, majoritatea activităţilor umane reprezintă şi surse generatoare de deşeuri. În cazul nostru produsul fiind maşina electrică, acestea pot fi resturi de materii prime utilizate în procesele de producţie (steril de mină), de materiale (resturi de tablă silicioasă, de materiale magnetice, şpanuri, resturi de conductoare din diferite materiale, resturi de materiale electroizolante etc.). Gestionarea deşeurilor, termen cunoscut în ultimul timp ca managementul deşeurilor constă în educarea factorilor interesaţi, a întregii populaţii pentru colectarea, reciclarea, transportul, depozitarea şi tratarea deşeurilor. Această activitate are un dublu scop: pe de-o parte economisirea resurselor naturale prin reutilizarea materialelor recuperabile iar pe de altă parte neutralizarea (eliminarea) acelor deşeuri care, lăsate la întâmplare pot ava efecte negative asupra sănătăţii oamenilor şi animalelor, asupra mediului în general sau a aspectului unui habitat. Deşeurile pot fi solide, lichide sau gazoase, organice, anorganice, radioactive etc. Dacă discutăm despre maşinile electrice, majoritatea deşeurilor sunt solide şi anorganice. Aşa cum am arătat însă există şi situaţii în exploatarea maşinilor electrice când poluanţii pot fi de natură lichidă (uleiurile de ungere de exemplu) sau gazoasă (volatilele emanate din materialele electroizolante supuse încălzirii). Deşeurile provenite de la maşinile electrice fac parte din categoria DEEE - deşeuri de echipamente electrice electronice şi electrocasnice şi ca ţară membră a UE, România şi-a asumat obligaţia de a recupera şi recicla anual 80 000 tone in această categorie. Pentru a se asigura reuşita operaţiei de reciclare este nevoie în primul rând de sortarea deşeurilor în funcţie de natura materialului. Referitor la deşeurile provenite de la maşinile electrice se poate spune că cele metalice, apărute în etapele de fabricaţie precum şi cele rezultate din dezmembrări sunt în cea mai

38

mare parte recuperate şi reciclate, excepţie facând cele provenite de la materialele electroizolante. Aşadar, impactul direct asupra mediului datorat deşeurilor propriuzise provenite de la maşinile electrice este relativ mic, însă are o pondere mai mare cel datorat activităţii de dezmembrare (transport, tăierea metalului, arderea izolaţiei etc.). Se poate spune că eliminarea deşeurilor este o activitate costisitoare şi complicată. În acest moment ideea creşterii şi perfecţionării capacităţilor de eliminare a deşeurilor trece în plan secund, pe primul loc situându-se adoptarea de noi tehnologii în urma cărora să rezulte cantităţi cât mai mici de deşeuri, cât mai uşor de tratat. De asemenea s-a constatat că rezolvarea problemelor de mediu generate de deşeuri nu se poate face decât printr-o coordonare a măsurilor atât la nivel de stat cât şi internaţional - poluarea nu cunoaşte graniţe. Principiile care stau la baza coordonării sunt [87]:

- principiul prevenirii, conform căruia se face o ierarhizare a activităţilor în ordinea importanţei şi anume: prevenirea apariţiei deşeurilor, minimizarea pe cât posibil a cantităţilor de deşeuri produse, reutilizarea, reciclarea şi tratarea prin eliminare;

Fig. 7.7 – Ierarhizarea măsurilor de gestionare integrată a deşeurilor conform principiului

prevenirii - preluare din [87]

- principiul folosirii celor mai bune metode disponibile care nu presupun costuri excesive (BATNEEC- Best Available Technique Not Entailing Excessive Cost);

- principiul ,,poluatorul plăteşte’’ conform căruia costurile aferente gestionării deşeurilor şi de acoperire a pagubelor produse mediului cad în sarcina celui care le produce;

39

- principiul substituţiei, care prevede înlocuirea materialelor periculoase cu altele nepericuloase (de exemplu înlocuirea materialelor ce conţin azbest cu materiale nonazbest);

- principiul proximităţii, care prevede tratarea deşeurilor cât mai aproape de sursa care le-a generat;

- principiul subsidiarităţii, care are la bază promovarea iniţiativei nivelelor de decizie inferioare pe baza unor criterii uniforme;

- principiiul integrării ce stabileşte că activităţile de gestionare a deşeurilor fac parte integrantă din activităţile care le generează.

În ţara noastră implementarea Sistemului Integrat de Gestionare a Deşeurilor se face pe baza Strategiei Naţionale de Gestionare a Deşeurilor elaborate de MMDD şi a Planului Naţional de Gestionare a Deşeurilor, elaborate de ANPM. Capitolul 8 CONCLUZII ŞI CONTRIBUŢIILE ORIGINALE ALE AUTORULUI Intensificarea activitatilor industriale are un efect benefic asupra economiei mondiale dar generează si o problemă deosebit de gravă, aceea a creşterii concentraţiei gazelor cu efect de seră, care conduce la modificări dramatice ale climei terestre (încălzirea globală, creşterea frecvenţei şi intensităţii fenomenelor extreme precum furtunile, uraganele, tornadele, inundaţiile etc.). Această schimbare radicală a climei a fost până nu demult preocuparea exclusivă a oamenilor de ştiinţă, însă în ultimul timp ea preocupă din ce în ce mai mult şi factorii de decizie ai tuturor statelor, în special ai celor europene, îngrijoraţi fiind de consecinţele nefaste pe care acumularea acestor gaze o are asupra calităţii vieţii în general. Lucrarea de faţă este realizată în contextul dezvoltării durabile. Astfel, plecând de la datele cunoscute despre maşinile electrice rotative (principiul de funcţionare, elemente componente, materiale folosite pentru realizarea acestora, tehnologii de fabricaţie, modul de exploatare şi de realizare a mentenanţei, defecţiunile ce pot apare, scoaterea din uz şi dezmembrarea în vederea reutilizării diverselor materiale), încearcă să identifice problemele de mediu şi să propună soluţii, în sensul reducerii impactului asupra acestuia. Analizând rând pe rând etapele existenţei maşinilor electrice am constatat că:

- exploatarea maşinilor electrice nu creează probleme semnificative de mediu, căldura degajată în timpul funcţionării având doar o influenţă locală, fiind în cantitate mai mare numai în regimurile tranzitorii, care nu sunt de durată; zgomotele şi vibraţiile au valori mai importante în

40

regimurile tranzitorii sau în caz de defect situaţie în care sunt scoase din funcţiune;

- fabricaţia maşinilor electrice, procesele tehnologice anterioare acesteia şi cele din etapa postutilizare au un impact negativ asupra mediului şi pentru acestea trebuie găsite soluţii.

proiectarea, calitatea materialelor folosite şi noile tehnologii de fabricaţie influenţează major realizarea unor maşini electrice mai eficiente şi mai fiabile în condiţiile economisirii resurselor; alături de ele, calitatea exploatării, a întreţinerii şi mentenanţei contribuie la prelungirea duratei de viaţă a maşinilor. Actualele condiţii economice internaţionale în care economisirea energiei este considerată cea mai importantă sursă de energie a viitorului, grija pentru mediu a devenit prioritatea numărul unu şi criza presează găsirea unor soluţii alternative viabile, când transporturile actuale sunt vinovate de circa 27% din poluare, califică maşinile electrice în cursa către varianta electrică a transporturilor. Pentru reducerea continuă a impactului asupra mediului se impun o serie de măsuri pecum:

- proiectarea durabilă a maşinilor electrice, respectiv regândirea ei în sensul de a îngloba cât mai puţine materii prime, de a se obţine maximul de eficienţă energetică, de a prevedea soluţii de interschimbabilitate a elementelor constructive şi posibilităţi de demontare/dezmembrare facilă.

- utilizarea unor materiale noi, cu eficienţă ridicată în consrucţia maşinilor electrice;

- realizarea unor maşini electrice proiectate pentru a fi tolerante la defecte, alimentate prin convertoare electronice; în vederea realizării maşinilor tolerante la defecte se pleacă de la structura clasică, urmărindu-se diferite modificări şi adaptări care să permită operarea în continuare a maşinii chiar în condiţii de defect, fără diminuarea semnificativă a puterii mecanice; convertorul care deserveşte maşina tolerantă la defecte trebuie să fie realizat la rândul său astfel încât, să poată permite schimbări de stare şi de operare, funcţie de starea şi nevoile maşinii controlate; cele mai consacrate soluţii utilizate pentru obţinerea toleranţei la defecte a maşinilor electrice sunt creşterea numărului de poli statorici şi/sau rotorici, modularizarea circuitului magnetic, creşterea numărului de bobine care constituie înfăşurarea unei faze sau modificarea geometriei maşinilor;

- utilizarea motoarelor fără perii şi fără crestături acolo unde aplicaţiile permit;

41

- prelungirea duratei de viaţă a maşinilor electrice printr-o exploatare corectă şi mentenanţă preventivă;

- reutilizarea unor subansamble ale maşinilor scoase din folosinţă pentru realizarea altor maşini (de ex. convectorul electric motor);

- reciclarea materialelor după dezmembrare şi reintroducerea în circuitul economic;

- managementul corespunzător al deşeurilor. Contribuţiile personale 1.Contribuţii cu caracter de sinteză:

- analiza şi sinteza construcţiei şi funcţionării diferitelor tipuri de maşini electrice;

- analiza regimurilor tranzitorii ale maşinilor electrice; - analiza şi sinteza tehnologiilor de fabricare ale elementelor din

componenţa maşinilor electrice; - sinteza diferitelor tipuri de defecte şi a surselor acestora; - analiza tip ,,arbore al defectelor’’ la maşina asincronă; - analiza comparativă între motoarele sincrone cu magneţi permanenţi

cu şi fără crestături; - analiza factorilor de impact asupra mediului;

2.Realizarea practică a trei dispozitive de depresare/presare a miezurilor magnetice statorice din/în carcasa maşinulor electrice, două din ele fiind brevetate iar cea de-a treia în curs de brevetare. Cu ajutorul lor se pot repara motoarele cu un singur scut portlagăr demontabil. 3.Contribuţii la realizarea convectorului electric motor. Colaborarea cu ICPE Bucureşti – laboratorul de maşini electrice speciale a condus la realizarea convectorului electric motor, invenţie brevetată, care a obţinut medalia de aur la Salonul Internaţional de la Bruxelles în anul 2012 şi medalia de aur la Salonul internaţional de la Geneva în anul 2013.

42

BIBLIOGRAFIE

[1] VASILE, N., VONCILĂ, I., MELCESCU, L., RĂDULESCU, M., SIMION, A., CHEFNEUX, M., LIVADARU, L. - Soluţii de proiectare integrată a maşinilor electrice in scopul utilizării raţionale a resurselor naturale şi artificiale – CIT-TE-ICPE, 2008;

[2] VASILE, N., RACICOVSKI, V., PENCIOIU, P., COVRIG, M., POPESCU, C., VASILE, F., TUDORACHE, F., TURCIN, V., FĂSUI S. - Ingineria electrică. Probleme de piaţă. Raport de veghe tehnologică, Bucureşti, 2011;

[3] FRANSUA, A., COVRIG, M., MOREGA, M., VASILE, N. - Conversia electromecanică a energiei, Editura Tehnică, Bucuresti, 1999;

[4] FRANSUA, A., MĂGUREANU, R. - Maşini şi acţionări electrice. Elemente de execuţie, Editura Tehnică, Bucureşti, 1986;

[5] BÂLĂ, C., FETIŢA, A., LEFTER, V. - Cartea bobinatorului de maşini electrice, Editura Tehnică, Bucureşti, 1967;

[6] BÂLĂ, C. -Maşini electrice, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1979;

[7] PEARSICĂ, M., PETRESCU, M. - Maşini electrice, Editura Academiei Forţelor Aeriene Henri Coandă, Braşov, 2007;

[8] NOVAC, I., MICU, E., ANDREESCU, E., CODOIU, R., ROŞU, E., BĂBESCU, M., ATANASIU, G. ş.a. - Maşini şi acţionări electrice, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982;

[9] ANDREI, H., STAN, M.F. - Inginerie electrică modernă. Electrotehnică şi convertoare electromecanice, Editura Bibliotheca, Târgovişte, 2010;

[10] VASILE, N. – Contribuţii la studiul motoarelor sincrone cu magneţi permanenţi, Teza de Doctorat, Universitatea Politehnică, Bucureşti, 1985;

[11] VLĂDESCU, C., STAN, M.F., IONEL M. - Optimizarea acţionărilor electrice de supleţe din industria metalurgică, Editura Bibliotheca, Târgovişte, 2009;

[12] OLARIU, N., OLARIU, M.I., HUSU, A.G. - Materiale electrotehnice, Editura Bibliotheca, Târgovişte, 2010;

[13] FILIP, M., HELEREA, E. - On the Induction Motor Vibration Testing. Proceedings of the 5-the International Conference on Interdisciplinarity in Education. ICIE’10, May 6-8 2010, Tallinn, Estonia, ISSN- 1790-661X;

[14] BELLINI, A., FILIPPETTI, F., TASSONI, C., CAPOLINO, G.A. - Advances in Diagnostic Techniques for Induction Machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, No. 12, December 2008, 4109- 4126;

43

[15] NECULA, D., VASILE, N., STAN, M.F. - New Solutions in the Maintenance of the Asynchronous Motors with Integrated Gear and Single Demountable Bearing Shield. Devices to extract and Insert the Ferromagnetic Cores of the Stator (Case Study), PROCEEDINGS OF THE 7th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ADVANCED TOPICS IN ELECTRICAL ENGINEERING (ATEE 2011), University POLITEHNICA of Bucharest, Faculty of Electrical Engineering, May 12-14, 2011, Bucharest, Romania, pp. 481-484, ISSN: 2068-7966;

[16] NECULA, D., VASILE, N., STAN, M.F. - Maintenance a Solution to Reduce the Environmental Impact of Electrical Machines . Published online at http://journal.sapub.org/eee Copyright © 2011 Scientific & Academic Publishing USA, Electrical and Electronic Engineering 2011; 1(2): 55-59 DOI: 10.5923/j.eee.20110102.09.

[17] NECULA, D., VASILE, N., STAN, M.F. - Electrical Machinery Defects and Diagnosis Methods. Published online at http://journal.sapub.org/eee Copyright © 2012 Scientific & Academic Publishing USA, Electrical and Electronic Engineering 2012; 2(5): 292-296 DOI: 10.5923/j.eee.20120205.08. p-ISSN:2162-9455 e-ISSN: 2162-8459;

[18] VLAICU, C. - Mentenanţa şi monitorizarea echipamentelor electrice, Note Curs. Universitatea Politehnică, Bucureşti, 2010;

[19] WILLIAMSON, S. - The future of Electrical Machines, Procediings of International Conference on Power Electronics Systems and Applications, Hong Kong, Nov. 9-11, pp.11-12, 2004;

[20] CROCKER, M.J. - Handbook of Noise and Vibration Control, SUA, Editura Wiley, 2007;

[21] BENBOUZID, M. E. H. - A review of induction motors signature analisis as a medium for faults detection, IEEETransactionson Ind. Electron.,vol.47, pp.984-993, Oct., 2000;

[22] BELLINI, A, FILIPPETTI, F., FRANCESCHINI, G., TASSONI, C and KLIMAN, G.B. - Quantitative Evaluation of Induction Motor Broken Bars by Means of Electrical Signature Analysis, IEEE Transactions on Industrial Appl., 37, pp.1248-55, 2001;

[23] NEIJARI, H., BENBOUZID, M. - Monitoring and Diagnosis of Induction Motors Electrical Faults Using a Current Park’s Vector Pattern Learning Approach, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 36, no. 3, pp. 730-735, May/June 2000;

[24] BESNERAIS, J. - Reduction of magnetic noise in PWM – supplied induction machines – low noise design rules and multi – objective optimization, Teză de doctorat, Franţa, Lille, 2008;

[25] GOGIOIU, A., SCUTARU, G. - Maşini electrice, Universitatea Transilvania din Braşov, 1994;

[26] GAFIŢANU,M., CREŢU S., DRĂGAN, B. - Diagnosticarea vibroacustică a maşinilor şi utilajelor, Editura Tehnică, ISBN 973-31-0123-0, Bucureşti, 1989;

[27] BOLDEA, I., NASSAR, S.A. - The induction machine design handbook, SUA, Editura CRC Press, 2009;

44

[28] IONESCU, R.M., SCUTARU, G., PETER, I., NEGOIŢĂ, A. - Thre -Phase Induction Motors with Squirrel – Cage Rotor Noise-to-Frequency Characteristics, Bulletin of the Transilvania University of Braşov, 2010 – Series I: Engineering Sciences, p,p. 245 – 250;

[29] CIOC, I., NICA, C. - Proiectarea maşinilor electrice, Editura Didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1994;

[30] STAN, M.F., IONEL, M., IONEL, M.O., NECULA D. - AC Machines with Two Radial Air – gaps. A Variant of Asynchronous Machine With Sectioned Arbor and Two Bearings, Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty, no.1(15)/2011, Bibliotheca Publishing House, Târgovişte, pp. 37 – 42, ISSN 1843 – 6188;

[31] MALITI, K. - Modeling and analysis of magnetic noyse in squirrel – cage induction motors, Teza de Doctorat, Stockholm, 2000;

[32] IONEL, M., STAN, M.F., IONEL, M.O., NECULA D. - Development of Generalized Mathematical Models for Variable Speed Electric Machines, Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty, no.1(15)/2011, Bibliotheca Publishing House, Târgovişte, pp. 19 – 24, ISSN 1843 – 6188;

[33] NECULA, D., VASILE, N., STAN, M.F. - The Electrical Machines Impact on the Environment and Solution to reduce its, Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty, no.3(17)/2011, Bibliotheca Publishing House, Târgovişte, pp. 37 – 42, ISSN 1843 – 6188;

[34] NICOLAIDE, A - Maşini electrice. Teorie. Proiectare, Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1975;

[35] TIMAR, P.L., FAZEKAS, A., KISS, J., MIKLOS A., YANGS, J. - Noise and Vibration of Electrical Machines - Editura Elsevier, 1989;

[36] BELMANS, R.J.M., VERDICK, D., GEISEN, W., FINDLAY, R.D. - Electro-mechanical analysis of the audible noise of an inverter-fed squirrel-cage induction motor, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 27, no. 3, pp. 539-544, 1991;

[37] DELAERE, K., HAMEYER, K., BELMANS, R. - Static eccentricity as a cause for audible noise of induction motors, Proceedings of International Conference on Electrical Machines ICEM 1998, pp. 502-506, Turcia, Istambul, 1998;

[38] FILIP, M. - Optimizarea tehnologiilor de fabricare a maşinilor electrice în vederea creşterii eficienţei şi eficacităţii, Teză de Doctorat, Braşov, 2010;

[39] NEGOIŢĂ, A. - Modelarea şi analiza zgomotului motoarelor asincrone monofazate, Teză de Doctorat, Braşov, 2012;

[40] IONESCU, R.M. - Contribuţii la modelarea şi analiza zgomotului la motoarele de inducţie cu turaţie reglabilă, Teză de Doctorat, Braşov, 2011;

[41] VASILE, O. - Contribuţii la modelarea zgomotului şi vibraţiilor, Teză de Doctorat, Universitatea Politehnică Bucureşti, 2010;

45

[42] MEDIA, M. - Diagnoza motoarelor asincrone şi a transformatoarelor de putere folosind transformatele de semnal Wavelet şi Stockwell, Teză de Doctorat, Universitatea Politehnică Bucureşti, 2012;

[43] ZEMOURI, M. - Contribution a la surveillance des sistemes de production a l’aide des réseaux de neurones dynamiques: Applications a la maintenance, These de Doctorat, L’UFR des Sciences et Tehniques de l’Universite de France-Comté, 2003;

[44] BICHIR, N., RĂDUŢI, C., DICULESCU, A.S. -Maşini electrice, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1979;

[45] BIRO, K. - Maşini şi acţionări electrice,Litografia IPC-N, Cluj, 1987;

[46] BOLDEA, I. - Transformatoare şi maşini electrice, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1994;

[47] CIOC I., BICHIR, N., CRISTEA, N. - Maşini electrice. Îndrumar de proiectare, vol.I,II,III, Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1981;

[48] GHEORGHIU, I.S., FRANSUA, A. - Tratat de maşini electrice, Editura Academiei RSR, vol. I, II, III, IV, Bucureşti, 1972;

[49] CÂMPEANU, A. - Maşini electrice. Probleme fundamentale, speciale şi de funcţionare optimă, Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1988;

[50] VIOREL, I.A., IANCU, V. - Maşini şi acţionări electrice, Litografia IPC-N, Cluj, 1990;

[51] GAVRILĂ, H., CHIRIAC, H., CIUREANU, P., IONIŢĂ, V., YELON, A - Magnetism tehnic şi aplicat, Editura Academiei Române, Bucureşti, 2000;

[52] IONIŢĂ, V., GAVRILĂ, H. - Metode experimentale în magnetism, Editura Carol Davila, Bucureşti, 2003;

[53] FIORILLO, F. - Measurements and characterization of magnetic materials, Elsevier Academic Press, 2004;

[54] TEUŞDEA, V. - Protecţia mediului, Editura Fundaţiei România de Mâine, 1998;

[55] VASILE, N. ş.a - Maşini electrice. Construcţie. Tehnologie. Aplicaţii speciale, Editura ICPE, 2000;

[56] MĂGUREANU, R., VASILE, N. - Motoare sincrone cu magneţi permanenţi cu reluctanţă variabilă, Editura Tehnică, Bucureşti, 1983;

[57] MĂGUREANU, R., VASILE, N. - Motoare sincrone fără perii, Editura Tehnică, Bucureşti, 1990;

[58] MĂGUREANU, R. – Maşini electrice speciale pentru sisteme automate, Editura Tehnică, Bucureşti, 1980;

[59] APOSTOL, T. - Gestiunea deşeurilor, Editura Agir, Bucureşti, 2000;

46

[60] JELEV, I. - Energie.Mediu.Economie. Resurse. Globalizare, Editura Agir, Bucureşti, 2005;

[61] AVRAM, N. ş.a. - Management de mediu în industria materialelor metalice, Editura Fair.Partners, 2002;

[62] DOBRE, T.– Ecomanagementul resurselor material reciclabile, Editura Moldova, 2003;

[63] IFRIM, A., NOŢINGHER, P. - Materiale electrotehnice, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1979;

[64] COVRIG, M., MELCESCU, L., VASILE, N. - Maşini electrice- Probleme specifice, vol.IV, Maşini de tip sincron, Editura Printech, 2004, ISBN 973-718-264-2;

[65] SAAL, C., ŢOPA, I., FRANSUA, A., MICU, E. -Acţionări electrice şi automatizări, Editura

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980;

[66] RUBA, M. – Proiectarea şi studierea unei maşini cu reluctanţă variabilă autocomutată de

construcţie modulară, Teză de Doctorat, Cluj-Napoca, 2010;

[67] NEKRASOVA, N.M., KAŢEVICI, L.S., EVTIUKOVA, I.P. - Instalaţii electrotermice

industriale, Editura Tehnică, Bucuresti, 1963;

[68] BOLOCA, C. - Întreţinerea şi repararea motoarelor asincrone, Editua Tehnică, Bucureşti,

1969;

[69] ATKINSON, G.J., MECROW, B.C., JACK, A.G., ATKINSON, D.J. - The Design of Fault

Tolerant Machines for Aerospace Application, Proceedings of the IEEE International Conference

on Electric Machines and Drives, 2005, pp. 1863-1869;

[70] ERTUGRUL, N. - LabVIEW for Electric Circuits, Machines, Drives, and Laboratories,

Prentice Hall PTR, 2002;

[71] JANCOVIC, J.H. – L’homme et l’energie, des amants terribles, Proceedings Energie et

environment, Paris, Septembre 2004;

[72] MARINESCU, M., CHISACOF, A., RĂDUCANU, P. – Transfer de Căldură şi Masă,

Editura Politehnica Press, Bucureşti, 2009;

[73] CHISACOF, A. - Note de curs, Universitatea Politehnică Bucureşti, Catedra de

Termotehnică;

[74] MORARU, A. – Maşini electrice.Teorie, încercări şi exploatare, Editura AGIR, Bucureşti,

2010;

[75] GÂLEA, A., – Cercetări privind ingineria de recondiţionare a suprafeţelor metalice uzate, cu

aplicaţii în industria termoelectrică,Teză de Doctorat, Universitatea Transilvania, Braşov, 2011;

47

[76] SĂLIŞTEANU, C.,I. – Motoare electrice fără perii şi fără crestături, Teză de Doctorat,

Universitatea Valahia, Târgovişte, 2010;

[77] VASILE, N., DOGARU ULIERU, V., SĂLIŞTEANU, I.C. – Maşini electrice. Construcţie,

tehnologie, aplicaţii speciale, Editura ICPE, Bucureşti, 2000;

[78] CARICCHI, F., CRESCIMBINI, F., HONORATI, O. – Low-cost Compact Permanent

Magnet Machine for Adjustable-speed pump application, IEEE Transactions on Industry

Applications, vol.34, No.1, 1998;

[79] CIOC, I., BICHIR, N., CRISTEA, N. – Maşini electrice. Îndrumar de proiectare, Vol.I, II,

III, Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1981.

[80] www.anpm.ro;

[81] www.icim.ro;

[82] www.mmediu.ro;

[83] www.schneider-electric. fr;

[84] www.ecopower.de;

[85] http//www.en.wikipedia.org/wiki;

[86] http://memm.ut.cluj.ro

[87] http://ro.wikipedia.org/wiki

[88] http://www.eti.kit.edu/english;

48

Curriculum Vitae Europass

Informaţii personale

Nume / Prenume NECULA C. DANIEL Adresa(e) Str. Grind 148

Brăneşti - Dâmboviţa (România)

Telefon(oane) 0245231008 Mobil 0722668442

E-mail(uri) [email protected]; [email protected]

Naţionalitate(-tăţi) română

Data naşterii 16/04/1957

Sex bărbătesc

Experienţa profesională

Perioada 1985 - 2005

Funcţia sau postul ocupat Maistru principal specialist

Numele şi adresa angajatorului S.C. TERMOELECTRICA S.A. - S.E. DOICEŞTI Aleea Sinaia Nr. 18, Doiceşti (România)

Perioada

2005 →

Funcţia sau postul ocupat Şef laborator A.M.C.

Activităţi si responsabilităţi principale - coordonează activitatea laboratorului; - asigură execuţia lucrărilor de intreţinere şi reparaţii; - asigură controlul executării lucrărilor de intreţinere si reparaţii pe faze şi la final; - intocmeşte documentaţii, desene tehnice de executie; - asigură baza tehnico-materială etc.

Numele şi adresa angajatorului S.C. TERMOELECTRICA S.A. - S.E. DOICEŞTI Aleea Sinaia Nr. 18, Doiceşti (România)

Tipul activităţii sau sectorul de activitate Întreţinere şi reparaţii aparatură de masură, control, reglare, protecţie.

Educaţie şi formare


Calificarea/diploma obţinută Electrician Centrale, Staţii şi Reţele Electrice

Numele şi tipul instituţiei de învăţământ/furnizorului de formare

Şcoala Profesională Energetică Ploieşti (România)

49



Liceul Industrial M.I.U Pucioasa Pucioasa (România)


Calificarea/diploma obţinută Maistru C.S.R.E.


Şcoala Tehnică de Maiştri Câmpina (România)


Calificarea/diploma obţinută Inginer colegiu


Universitatea Valahia - Colegiul Universitar Tehnic Târgovişte (România)


Calificarea/diploma obţinută Inginer diplomat


Universitatea Valahia - Facultatea de Inginerie Electrica Târgovişte (România)



Perioada Numele şi tipul instituţiei de Învăţământ/furnizorului de formare

Universitatea Valahia - Facultatea de Inginerie Electrica (Master - Sisteme şi echipamente moderne in producerea şi utilizarea energiei) Târgovişte (România) 2010 - 2013 Universitatea Valahia – Şcoala Doctorală (Doctorat-Inginerie electrică) Târgovişte (România)


Calificarea/diploma obţinută certificat absolvire curs de inspector protecţia muncii

Aptitudini şi competenţe personale

Limba maternă româna

Limbi străine cunoscute

Autoevaluare Înţelegere Vorbire Scriere

Nivel european (*) Ascultare Citire Participare la conversaţie

Discurs oral

50

engleza A1 Utilizator elementar

A2 Utilizator elementar

- - - - A1 Utilizator elementar

franceza B1 Utilizator independent

B1 Utilizator

independent - - - - B1

Utilizator independent

(*) Cadrului european comun de referinţă pentru limbi

Competenţe şi abilităţi sociale Sociabil, corect, intransigent, abilitate in munca cu oamenii, capacitate de analiză şi comunicare.

Competenţe şi aptitudini organizatorice Bun organizator, capacitatea de a conduce si modela oamenii; conduce activitatea laboratorului A.M.C. de 9 ani.

Competenţe şi aptitudini tehnice Bine pregatit, spirit inventiv, autor a două brevete de invenţie, trei inovaţii, douăsprezece realizări tehnice noi şi coautor la alte trei brevete de invenţie.

Alte competenţe şi aptitudini

Permis de conducere B

Informaţii suplimentare Persoane de contact:

Anexe

51

CONTENT Keyword…………………………………………………………………….. 52 Introduction…………………………………………………………………. 52 Chapter 1 Defining concepts and legislative frame work…………… 52 Chapter 2 Epistemological frame work…………………………………… 53 Chapter 3 The research question………………………………………….. 53 Chapter 4 Presentation and analysis………………………………………. 54 Chapter 5 Presentation of case study……………………………………… 54 5.1 Motors with integrated gear and single removable bearing

shield…………………………………………………………....

55 5.2 The device for stator core extraction…………………………… 56 Chapter 6 Conclusions…………………………………………………….. 56

52

CONCEPT OF ELECTRICAL MACHINES BASED ON SAVING RESOURCES AND REDUCING ENVIRONMENTAL IMPACT

Keyword: concept, electrical machines, multifunctional analysis, resources, environment, renewable resources, pollution, sustainable development. Introduction

This paper is focused on a multifunctional analysis of electrical machines in terms of the resources required for their creation and of the impact their usage has on the environment, with reference to community policy on sustainable development. The conventional resources of our planet are not enough anymore to satisfy our needs as a result of population growth and the unprecedented development of most branches of activity. The continued growth of the demand for raw materials and energy and the intense exploitation of resources created a visible ecological imbalance.

The present society has the task to identify existent problems with regards to the environment and its protection, to prevent the expansion and multiplication of the identified weaknesses in order to avoid these situations’ magnification, and to find optimal solutions for this purpose.

Chapter 1: Defining concepts and legislative frame work

The topic of the paper falls in the category of thematic discussions promoted through the 7th Framework Programme for Research and Technological Development of the European Union (PC-7) during 2007-2013, key instrument designed to meet Europe’s needs with regards to jobs and competitiveness in maintaining its leadership in the global economy of knowledge.

Major objectives related to the environment as a component of sustainable development are the use of renewable natural resources, the minimized use of non-renewable resources, the efficient energy consumption and limiting factors of pollution, measures in conformity with the Brundtland Commission documents, which proposed "satisfying the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs" since 1987.

53

The United Nations Conference on Environment adopted a very important document in its educational role and mass environmental awareness, "The Stockholm Declaration". It says that "the natural resources of the earth, including the air, water, land, flora and fauna and especially representative samples of the natural ecosystems, must be safeguarded for the benefit of present and future generations through careful planning or management, as appropriate."

Chapter 2: Epistemological framework

This paper summarizes the known data, it systematize it and presents solutions based on the entire professional experience of the author, without the claim of being exhaustive. Its finalization, as will be seen, reveals some original contributions, contributions which, when applied, will lead to future qualitative and quantitative changes in electrical machinery maintenance, identified as one of the ways to reduce the negative impact of electrical machines on the environment. Therefore, from an epistemological point of view, the paper follows the constructivist trend.

Chapter 3: The research question

The research starts with the fact that rotary electrical machines affect the environment in various ways, in all stages of their existence, and aims to identify the impact they have and to find a series of methods that allow reducing this negative impact.

Concluding that maintenance is one of the ways to reduce the negative impact of electrical machines on the environment, the paper brings original contributions to this purpose by designing and implementing devices specific for such an activity.

Chapter 4: Presentation and analisis

Starting from the idea that manufacturing of the electrical machines requires a series of materials obtained by processing the non-renewable resources, and taking into account energy consumption and the embedded workforce, as well as the impact that these activities have on the environment, it becomes clear the fact that

54

prolonging the life of electrical machines through flawless and consistent maintenance is an essential solution.

On the other hand, the recovery of parts or assemblies of electrical machines and their reuse in the construction or repair of other machines allows reducing the environmental impact and saving resources. Here, standardization plays an important role.

Maintenance is a generic term used to designate a variety of operations pertaining to different sectors and to all types of working environments. As defined by the European Standard EN 13306, maintenance is "a combination of all technical, administrative and managerial actions during the entire life cycle of equipment, with the purpose of maintaining it or restoring it to a functional state." Maintenance includes activities such as reviews, tests, measurements, replacements, adjustments, repairs, maintenance, faults identification, component replacement, cleaning, lubrication etc. It is well known that reliable functioning requires for the electrical and mechanical state of the electrical machines to be normal at any time. It is also required that the ventilation of the machines works properly.

The frequency of revisions and repairs is established depending on the ways and conditions in which electrical machines are used, such as the operating mode, and the characteristics of the environment in which they are mounted (humidity, air temperature, the dust content in the environment). Maintenance of the electrical machines include: current maintenance works, technical revisions, current repairs, and essential repairs.

Chapter 5: Presentation of case study

One of the defects often encountered when using electrical machines is the piercing of the winding caused by various reasons, which leads to short circuits between the turns of the same windings or between different windings or to the emergence of “groundings” of the windings (piercing of the insulation of the windings and the magnetic core), this leading next to the disabling of the electrical machines. In this situation, it is necessary for the faulted windings to be replaced. This is a common operation applied with no problems electrical machines with normal construction. We will see in the following paragraphs that there are situations when rewinding with known methods is not possible because of the integrated construction of some electrical machines.

55

5.1. Motors with integrated gear and a single removable bearing shield

These types of motors are different from those of general use, as they have a single removable bearing shield, the other one being cast and processed with the housing. The integration on the working machine is done by the means of the integrated removable shield and a first step of mechanical reduction of the speed (fig.1).

At the opposite site, on the irremovable shield the electrical brake is mounted(fig.3). Such a construction comes with a series of certain advantages, but in the case of winding failure special technical problems occur:

Fig.1 Fig.2 Fig.3

- The stator cannot be rewound because it is not accessible at both ends for removing defective coils and placing new ones;

- Rewinding may be possible provided the housing stator magnetic core extraction, but this requires specialized devices that allow the extraction of the core with the purpose of rewinding and then pressing;

- In order to achieve the extraction device it should be kept in mind that the only way to access the execution of this operation is through the inside of the stator – the place normally occupied by the rotor(fig.3).

These types of engines are often used for actuation systems in the energy sector. They can be of German (Auma), Italian (Biffi) or Czech (Modakt) provenience etc.

Because their maintenance costs are much lower when compared to buying new ones, I was preoccupied by repair issues and with this in mind I designed some devices that make their repair possible.

56

5.2. The device for stator core extraction For stator magnetic core bearing, I developed a manually operated device,

consisting of a fix part and a mobile one, which is inserted into the rotor space. The central screw (1) is rotated with the help of the handle (2), to be screwed

into the bronze stem nut (3) jointly set into the cylindrical corpus (4) by pressing and securing with screws (5), and then advances towards the inferior side and acts on the securing claws (6) that rotated around the bolts (7) until they reach the working position (with the active side under the stator core), thus compressing the springs (8) supported at the opposite side by end caps (9).

Further, the conical part (11) automatically centers the bearing device in the housing (12) pertaining to the irremovable shield. When the pressure bearing (13) protected by the cover (14) is supported by the irremovable shield, the bearing of the stator core (10) from the housing (15) begins. After the complete extraction of the core, the fault winding (16) is removed and the stator is rewound with the help of classical methods and devices.

After rewinding, varnishing and cleaning of the outer and inner surfaces, the core can be inserted into the stator housing with the help of another device.

Chapter 6: Conclusions

The paper highlights how electrical machines affect the environment and the impact factors and presents solutions for reducing them. Also, by identifying maintenance as an opportunity to reduce the impact on the environment and by finding solutions for repairing electrical machines with a single removable bearing shield, the paper contributes to the implementation of sustainable development and environment protection elements.

57

PERSONAL INFORMATION Necula C. Daniel

148 Grind St., Brănești (Romania)

+40 723245662

[email protected]

Sex Male | Date of birth 16 April 1957 | Nationality Romanian

WORK EXPERIENCE

EDUCATION AND TRAINING

1985 – 2005 Specialist foreman

S.C. TERMOELECTRICA S.A. - S.E. DOICEșTI 18 Aleea Sinaia, Doicești (Romania) http://www.termoelectrica.ro/

Business or sector Electricity, gas, steam and air conditioning supply

2005 – Present A. M. C. Laboratory Manager

S.C. TERMOELECTRICA S.A. - S.E. DOICEșTI 18 Aleea Sinaia Doicești (Romania) http://www.termoelectrica.ro/

Main activities:

coordinates the activity of the laboratory;

ensures the maintenance and repair activities are executed in a timely manner;

ensures the quality control for the maintenance and repair activities for every phase and at the end of the activity;

creates documentation, technical drawings;

ensures the laboratory has the proper technical devices and supplies.

Business or sector Electricity, gas, steam and air conditioning supply

1972 – 1975 Power plants, Stations and Electrical Grids Electrician

Energy Vocational School, Ploiești (Romania)

1976 – 1980

Industrial High-school M. I. U. Pucioasa, Pucioasa (Romania)

1983 – 1985 C.S.R.E. Foreman

Technical Foremen School, Câmpina (Romania)

2003 – 2006 College Engineer

Valahia University of Târgoviște - Technical College, Târgoviște (Romania)

2006 – 2009 Engineer

58

PERSONAL SKILLS

ADDITIONAL INFORMATION

Valahia University of Târgovişte - Electrical Engineering Faculty, Târgovişte (Romania)

2009 – 2011 Masters Degree in Systems and Modern Equipment in the Production and Use of Energy

Valahia University of Târgovişte - Electrical Engineering Faculty, Târgovişte (Romania)

2010 – Present

Valahia University of Târgovişte - Doctoral School, Târgovişte (Romania)

2008 – 2008 Graduation Certificate for Safety Inspector Course

Mother tongue(s) Romanian

Other language(s) UNDERSTANDING SPEAKING WRITING

Listening Reading Spoken interaction Spoken production

English A1 A2 A1

French B1 B1 B1

Levels: A1/A2: Basic user - B1/B2: Independent user - C1/C2: Proficient user Common European Framework of Reference for Languages

Communication skills Sociable, fair, intransigent, ability to work with people, capacity for analysis and communication.

Organisational / managerial skills Good organizer, ability to lead and shape the people, leads the AMC laboratory for 9 years.

Job-related skills Well prepared, inventive spirit, the author of two patents, three innovations, new technical achievements and co-author to three other patents.

Computer skills Good command of Microsoft Office tools (Word, Powerpoint), Internet skills.

Driving license Category B

Rezumat necula-daniel (1)

Education

Transcript of Rezumat necula-daniel (1)