Tehno 4

8/10/2019 Tehno 4

http://slidepdf.com/reader/full/tehno-4 1/13

Facultatea de Inginerie Electrică Student:

Laborator Metode si Procedee Tehnologice Grupa: 112B an I

Prof. Dr. Ing. Vasile Petre

TEHNOLOGIA DE FABRICATIE A MIEZULUI

MAGNETIC AL MAŞINILOR ELECTRICE

LUCRARE TEHNO 4

8/10/2019 Tehno 4


Cuprins:

Introducere

Noţiuni de bază

Maşini unelte utilizate la procesarea tolelor pentru miez magnetic

Comentarea unui standard - SR EN 10106:2001

Tehnologia de fabricaţ ie a miezului magnetic stator al unei maşini electrice

Activitatea de laborator

Concluzii

Bibliografie

8/10/2019 Tehno 4


Introducere

Miezul feromagnetic are o forma cilindrica cu peretii de o anumita grosime, gol ininterior; se executa din tole de tabla silicioasa de 0,5 (0,35) mm grosime, stantata dupa oanumita configuratie. Tolele statorice se izoleaza intre ele (cu lacuri speciale sau prin oxidare cain cazul transformatoarelor electrice) pentru a micsora pierderile prin curenti turbionari(Foucault). Pe partea dinspre rotor, in lungul generatoarelor cilindrului miezului, sunt prevazutecrestaturi (ancore) in care se amplaseaza infasurarea statorica. La partea exterioara a cilindruluimiezului statoric (deci dinspre carcasa) se executa 1-2 sau chiar mai multe (depinde dediametrul miezului) crestaturi de ghidare - de obicei in profil de coada de randunica - cuajutorul carora se realizeaza si fixarea pachetului de tole statorice de carcasa masinii.

Tolele se impacheteaza in pachete de 57 cm grosime si intre pachete se prevad canalede circa 1 cm, care apar sub forma unor canale radiale de racire; la masinile la care miezul

feromagnetic are o lungime 20 cm nu se mai prevad canale de racire. Strangerea intreguluimiez feromagnetic se face cu unele tole speciale denumite tole marginale de 13 mm grosime sicu ajutorul unor placi frontale din otel masiv. Miezul se preseaza cu o presiune de circa 50100N/cm2 pentru evitarea vibratiilor in timpul functionarii, care produc un zgomot neplacut dar inacelasi timp pot duce la distrugerea izolatiei dintre tole si pot provoca deteriorarea izolatieiinfasurarii.

Cand diametrul masinii este mai mare, atunci tolele statorice nu se executa 'dintr-obucata', ci din segmente de tola a caror imbinre prin diverse starturi de tole se realizeaza'petrecut' (ca si in cazul transformatoarelor) in vederea micsorarii intrefierului de imbinare.

Miezul feromagnetic al rotorului este corespondentul mobil al miezului statoric si el faceparte din conturul magnetic principal al masinii. El se executa din tole de tabla electrotehnicade 0,5 mm grosime, dar tolele nu se izoleaza intre ele. In general miezul rotoric apare sub formaunui corp cilindric cu un diametru ceva mai mic decat golul cilindric al statorului masinii, astfelincat intre ele se formeaza un spatiu mic de aer - intrefierul.

La periferia cilindrului rotoric, in lungul generatoarelor acestuia, se executa crestaturi(ancose) rotorice in care se monteaza infasurarea rotorica.

Ca si la stator, cand diametrul masinii este mare, tolele rotorice nu se executa 'dintr-obucata', ci din segmente de tole care se fixeaza de butucul rotorului printr-un sistem decrestaturi de ghidare (similare cu cele statorice); butucul rotoric se fixeaza de arborele masiniiprin pana. In cazul masinilor asincrone de diametre mici, desigur ca tolele rotorice se executa

'dintr-o bucata' si se fixeaza direct de arborele masinii (deci fara intermediul butucului rotoric)prin pana.

8/10/2019 Tehno 4


Noţiuni de bază

MATERIALE MAGNETICE MOI

Miezul magnetic = componenta principala a unei masini electricePrin miezul magnetic se inchid majoritatea liniilor de camp magnetic ale sistemelor

electrice. Liniile de camp de dispersie se deschid partial prin miezul magnetic.Materialele magnetice moi sunt caracterizate prin ciclul histerezis îngust; ele au

permeabilitate magnetică mare, câmp coercitiv mic, se magnetizează puternic în câmpurimagnetice de intensitate mică şi işi pierd magnetismul la incetarea acţiunii câmpului exterior.

Ciclul de histerezis al unui material magnetic moale.

Dacă materialul magnetic moale este supus unui câmp magnetic exterior H care variază

de la –H la +H inducţia magnetică variază după ciclul de histerezis din figura 4.5. Materialuliniţial nemagnetizat parcurge curba de magnetizare iniţială de la 0 la Hmax, Bmax după carescăzând câmpul H până la 0 inducţia scade până la valoarea Br (inducţie remanentă). Scăzând încontinuare câmpul inducţia dispare la valoarea –Hc (câmp magnetic coercitiv) după careparcurge în continuare ciclul de histerezis până la valoarea Hmax, Bmax. Ciclul de histerezis este ocurbă neunivocă şi neliniară a cărui arie este proporţională cu pierderile de putere activă(teorema lui Warburg). Locul geometric al vârfurilor ciclurilor de histerezis se numeşte curbă demagnetizare şi se aproximează în practică cu curba de primă magnetizare.

Materialele magnetice moi sunt folosite atât în domeniul curenţilor slabi, în curentcontinuu şi în curentalternativ, de frecvenţe industriale, până la frecvenţe inalte şi foarte înalte.

Acestor materiale li se cere,după scop, inducţie de saturaţie mare, permeabilitate iniţială saumaximă mare, permeabilitate constantă sau variabilă cu temperatura, ciclul histerezis normalsau dreptunghiular şi în orice caz pierderi minime.

În câmpuri alternative, materialele magnetice moi trebuie să asigure pierderi minime deenergie. Aceste pierderi se compun din:

o

pierderi prin histereziso

pierderi prin curenti turbionari,o

pierderi reziduale.

8/10/2019 Tehno 4


Pierderile prin histerezis se datorează deformărilor reţelei cristaline cauzate deincluziunile nemagnetice (corpuri străine).

Pierderile prin curenţi turbionari pot fi deduse din legea inducţiei. Reducerea lor seobţine prin micşorarea grosimii materialului sau prin mărirea rezistivităţii lui prin aliere c uelemente corespunzătoare scopului. Pierderile reziduale apar la variaţia temporară a inducţiei şisunt proporţionale cu frecvenţa şi intensitatea curentului. Aceste pierderi se datorează, ca şipierderile histerezis, deformarilor reţelei cristaline prin incluziuni nemagnetice; migrările atomi-lor de carbon în soluţie şi prezenţa azotului sunt factori importanti pentru apariţia pier derilorreziduale. Cu descreşterea impurităţilor scad pierderile reziduale şi la un material pur ele suntpractic inexistente.

În corpurile feromagnetice se dezvoltă căldură dacă în ele variază, în timp, câmpurilemagnetice exterioare. Se produc deci pierderi de putere activă. Acestea sunt de 2 feluri:

Pierderile prin histerezis magnetic – sunt proporţionale cu frecvenţa şi cu aria ciclului dehisterezis. Ele pot fi calculate cu expresia lui Steinmetz.

n

maxn Bf p (4.16)

pn – căldura dezvoltată (pierderile) în unitatea de timp şi în unitatea de volum amaterialului

f – frecvenţa η – o constantă de material numită constanta lui Steinmetz Bmax – inducţia magnetică maximă n – exponentul lui Steinmetz (1,6 < n > 2)Materialele magnetic dure (arie mare a ciclului de histerezis) prezintă pierderi mari prin

histerezis.Materialele magnetic moi (arie mică şi valori mici ale lui Hc) au pierderi cu atât mai mici

cu cât ciclul de histerezis este mai îngust.

Pierderile prin curenţi turbionari – se datoresc efectului Joule-Lenz care însoţeşteinducerea de curenţi electrici în corpurile feromagnetice de către fluxurile mag netice variabile

în timp. Într-o tolă cu arie mare, de grosime Δ şi de rezistivitate electrică ρ, se dezvoltă, înunitatea de timp şi de volum, căldura:

2

max

22

f Bf k

p

Pierderile totale în fier au deci expresia:

22

max

22n

maxf nFe f bf aBf k

Bf p p p

a, b – se pot determina experimental În practică, pierderile în fier se raportează la unitatea de masă a materialului,exprimându-se în W/kg.

Materialele magnetice moi se clasifică în mod raţional după compoziţie, luîndu -se cabază elementul principal de aliere, care impune caracteristicile specifice ale materialului, deexemplu tablă silicioasă slab sau bogat aliată.

Materialele magnetice moi sunt clasificate astfel: diferite sorturi de fier, fonta şi otelul,

8/10/2019 Tehno 4


aliaje fier-siliciu, aliaje fier-siliciu texturate, aliaje fier-siliciu sinterizate, aliaje fier-siliciu-aluminiu (Alsifer), aliaje fier-aluminiu(Alfenol), aliaje nichel-fier (Permalloy), aliaje cupermeabilitate mare, aliaje cu permeabilitate constantă, aliaje cu ciclu histerezisdreptunghiular, aliaje cu inducţie de saturaţie mare, aliaje termocompensatoare, aliajemagnetostrictive, pelicule metalice magnetice, materiale nemagnetice.

Carbonul este elementul cel mai dăunător pentru materialele magnetice moi. El sedizolvă în fierul topit şi rămâne fie sub forma de soluţie solidă, fie sub formă de pulberegrafitică; el măreşte câmpul coercitiv, micşorează permeabilitatea şi produce îmbătrânireamaterialului.

Oxigenul se dizolvă în fier şi îi influentează în măsură mai mică proprietăţile magneticedecât carbonul: el influenţează plasticitatea materialului.

Hidrogenul influenţează proprietăţile magnetice în măsură mai mică decât oxigenul; else elimina la temperaturi de peste 650 °C. Hidrogenul poate servi, în anumite împrejurări, ca

dezoxidant, devenind astfel un element util.Azotul are o influentă asemănătoare carbonului, însă în măsură mai mică; el favorizează

îmbătrânirea magnetică. Sulful măreşte câmpul coercitiv şi pierderile prin histerezis. Fosforul măreşte pierderile prin histerezis şi influenţează mai puţin câmpul coercitiv. Manganul favorizează formarea cementitei în fier; influenţa lui ca element dăunător

este mai slabă decât a fosforului şi sulfului. Siliciul ca soluţie solidă, în fierul pur, produce scăderea inducţiei de saturaţie.

Adaosuri favorabile.

Nichelul influenţează favorabil permeabilitatea magnetică şi reduce câmpul coercitiv. Cobaltul este singurul element care măreşte inducţia de saturaţie. Siliciul măreşte rezistivitatea materialului, deci micşorează pierderile prin curenţi

turbionari, favorizează mărirea granulelor mărind astfel permeabilitatea; micşoreazăprecipitarea carbonului în grafit şi contribuie astfel la reducerea câmpului coercitiv şi apierderilor prin histerezis.

Aluminiul micşorează energia cristalină în fier;un daos de 0,1-0,2% în fier previne îmbatrânirea; în procente mai mari până la 16% (Alfenol) imprima caracteristici magneticefoarte bune, în special permeabilitate maximă şi câmp coercitiv comparabil cu cele ale

permalloyului.Materialul este ductil şi poate fi laminat la dimensiuni foarte reduse, de ordinulmicronilor.Cromul, molibdenul şi cuprul sunt elemente faorabile de aliere în anumite aliaje fier-

nichel, imprimând materialului caracteristici speciale.Prelucrările mecanice ca: tăierea, ştanţarea, presarea, îndoirea, găurirea etc. , în general

solicitările mecanice, înrăutaţesc calităţile magnetice; cu cât solicitarile mecanice sunt maipronunţate, cu atât mai mult se înrăutăţesc calitatile magnetice. Materialele cu permeabilitatefoarte mare şi câmp coercitiv foarte mic devin, la eforturi mecanice pronunţate, uneori complet

8/10/2019 Tehno 4


inutilizabile. Materialele care au suportat eforturi mecanice trebuie tratate termic la un regimcorespunzător aliajului. Anumite prelucrări mecanice degroşări pronunţate, deformări plasticeavansate) imprimă materialelor magnetice caracteristici speciale prin texturare; materialeleastfel prelucrate devin anizotrope în direcţia efortului.

Tratamentele termice constituie un factor hotărâtor pentru obţinerea unor caracteristicimagnetice şi mecanice, atăt după elaborarea materialului cât şi după prelucrări mecanice. Printratamente termice se pot restabili total sau parţial caracteristicile magnetice care au fostmicşorate prin eforturile mecanice suportate de piese. Scopul tratamentelor termice, aplicate lamaterialele magnetice moi, este în primul rând de a reduce tensiunile interne care iau nasterela eforturile mecanice; prin tratamente termice se obţine şi mărirea granulelor. Prin reducereatensiunilor interne şi mărirea granulelor scade câmpul coercitiv. Este important ca tratamenteletermice să fie corect conduse, cu respectarea strictă a temperaturilor de tratare, după specificulmaterialului de tratat.

Feritele sunt cristale mixte sau amestecuri ale oxizilor de fier (Fe2O3), cu unul sau maimulti oxizi metalici (NiO; MnO; ZnO; MgO; CuO; BeO; CdO; BaO; CoO etc.). Feritele aurezistivitatea foarte mare (102...107 ohmi), ceea ce face ca pierderile datorate curentilorturbionari sa fie reduse chiar la frecvente inalte. In radiofrecventa, cele mai utilizate suntferitele pe baza de Ni-Zn, Zn-Mn, Cu-Zn sau Li-Zn. Feritele cu Zn-Mn se folosesc la frecventereduse pana la 100KHz). In US se folosesc feritele Cu-Zn si Li-Zn avand permeabilitati de ordinul100...250. In UUS se folosesc feritele pe baza de Ni-Pb, cu permeabilitati de ordinul zecilor.

Proprietatile materialelor magnetice sunt caracterizate de: permeabilitatea magneticaefectiva (care arata de cate ori creste inductanta unei bobine cu miez fata de una fara miez),gama frecventelor de lucru, pierderile si stabilitatea in raport cu temperatura. Acestia suntparametri de care trebuie tinut cont atunci cand se realizeaza anumite bobine. Permeabilitateaefectiva depinde de dimensiunile si de natura materialului din care este confectionat miezul.Valoarea permeabilitatii se gaseste in cataloage sau se poate aprecia masurand o bobina cu unnumar de spire cunoscut.

Material Ferimagnetice (ferite):

Ferite folosite pt. miezurile masinilor electrice: spinel mixte

o Proprietăţi:

rezistivitate ridicată -> pierderi prin curenţi turbionari reduse

8/10/2019 Tehno 4


factori de calitate ce permit funcţionarea la frecvenţe ridicate - 103-106 Hz

inducţie de saturaţie, inducţie remanentă mai mici decât la materialele feromagnetice.

Temperatura Curie mai scăzută μ puternic dependent de H

Masini unelte utilizate la procesarea tolelor pentru miez

magnetic

Prelucrari prin taiere si deformare plasitica la rece

Aceste prelucrari au pondere insemnata, deoarece in industria electrotehnica mai multde 50% din totalul pieselor care intra in componenta echipamentelor electrice se fabrica dinmateriale sub forma de table, benzi sau profile speciale.

Aceste piese se obtin cu detasarea unor parti din materialul ce se prelucreaza prin taiere(stantare) sau prin deformare plastica (indoire, ambutisare) efectuate de matite.

Deformarea plastica este procedeul prin care se schimba forma si dimensiunea initiala amaterialului de prelucrat sub actiunea fortelor exterioare.

Matritarea este procesul tehnologic de deformare realizata la cald prin care matrerialul

se deformeaza in intreg volulmul.

Procesele tehnice de stantare si matritare au urmatoarele avantaje:

a.

simplitatea in procesul de lucru;b.

durata redusa de prelucrare;c. precizie mare a dimensiunilor obtinute;d. calitate superioara a suprafetelor;e. productivitate mare;f. pierderi de material minime;g. sculele au durata mare de functionare

h.

procesele de productie pot fi mecanizate, automatizate sau chiar robotizate.

Dezavantaje:

a. sculele folosite sunt destul de complicate;b. sculele necesita o durata mare de executie;c. sunt rentabile doar la productia de masa;

8/10/2019 Tehno 4


d.

fabricate din oteluri scumpe;e.

cost ridicat.Taierea este operatia prin care materialul este separate in mai multe parti diferite, dupa

un contur inchis sau deschis prin intermediul a doua conjugate. Taierea se poate face prin douaprocedee:

1. Stantarea

Este operatie de prelucrare mecanica prin care semifabricatul este taiat in doua sau maimulte parti distincte cu ajutorul unei scule numite stanta.

Stanta este alcatuita din doua parti:

i.

Placa taietoareii. poanson.

Stanta este alcatuita din doua subansamble din care unul fix numit placa taietoare sicare se pozitioneaza pe masa piesei si o parte mobile numita poanson si care este prins inbebecul mesei sau in culisa. Forta taietoare este furnizata de masina unealta numita presa:F=t*g*P* τ unde P – perimetru

Principalele operatii de stantare intalnite in ind electrotehnica sunt

retezarea,decuparea, perforarea,crestarea,slituirea,tunderea. Procesul ethnic de stantare esteinfluentar de anumiti factori tehnologici(dimensiunile si forma conturului de stantare,duritateamat,jocul dintre poanson si placa taietoare,calitatea muchiilor taietoare,starea submaterialelor).intre acesti factori jocul dintre poanson si placa taietoare are o influentadeosebita asupra calitatii pieselor si a duratei de viata a stantelor. In general real jocului dintrepoanson si placa taietoare este intre 4-18%,doar la tabla silicioasa sau tabla elth care are panala 5% si jocul este intre 6-7%.Daca jocul este prea mic pot aparea fisuri,suprafata de forfecare

Fig. 4. Stantare

8/10/2019 Tehno 4


nu este neteda iar impingerea mat in matrita necesita eforturi mari.In plus stanta se realrelative repede. Daca jocul este prea mare piesa se deformeaza.

Procesul de stantare este analog cu procesul de taiere prin forfecare , deoarece muchiiletaietoare ale poansonului compotandu-se ca si muchiile de cutit.

Principalele operatii de stantare folosite in electrotehnica sunt:

a. Retezarea;b. Decuparea;c. Perforarea;d.

Crestarea;e.

Slituirea;

2) ForfecareaEste operatia de taiere prin care suprafata se realizeaza cu ajutorul a doua taisuri

associate. Utilajul tehnologic folosit pentru aceste operatii este foarecele cu lame plane sauinclinate, ghilotina.

Fig. 1. Cutitul mobil al

foarfecei cu lame inclinate Fig. 2. Forfercare cu

lame inclinate

8/10/2019 Tehno 4


Prelucrarea prin deformarea plastica

Este insotita de o serie de fenomene care afecteaza materialul supus prelucrariimodificandu-I in mod substantial comportarea in timpul silicitarilor sau a prelucrarilorulterioare. In timpul prelucrarii prin def plastica la rece se constata o modif a propr mecaniceale mat in sensul cresterii rezistentei la rupere.Cresterea duritatii, scaderea propr ce oglindescplaticitatea,alungirea,gatuirea,apar modif in structura,se modif propr fizice(conductibilitatea elsi term)se modif propr magnetice,propr chimice(rez la coroziune). Ansamblul acestor modif ce

afecteaza mat deformat poarta denimirea de ecruisare. O importanta deosebita o are fen deecruisare asupra plasticitatii mat prin faptul ca la un anumit grad de def plastica, plasticitateaacestuia scade in asa masura incat este foarte greu sa mai poata fi prelucrat in continuaredeoarece apar fisuri iar fortele de actionare sunt foarte tari. Pt o revenire a propr mat trebuiesa procedeze la un tratament de revenire. Forta taietoare este proportionala cu perimetrul P,aceasta fort ape care trebuie sa o dezvolte presa nu este suficienta pt desfasurarea proc destantare; mai este necesara forta exercitata de inelul de fixare si forta exercitata de aruncatorulpiesei si astfel Ft=1,15F

Tipuri de stante in functie de operatiile pe care le executa stantele stantele pot fi:stante cu act simpla; cu actiune combinata;cu actiune succesiva. Stantele cu actiune simpla:decupeaza printr-o singura lovitura o figura pe un contur inchis cum este axul de la tola rotorsau o crestatura(stanta pas cu pas)

Stantele cu actiune succesiva pot executa, in acelasi timp, mai multe operatii destantare prin deformare succesiva a semifabricatului de la o operatie la alta in sensul avansului.

Stamtele ce actiune sccesiva au, de regula, poansoanele situate la o distanta de inaltime

Forfercare cu discuri

8/10/2019 Tehno 4


(o diferenta de lungime unul fata de altu) de cel putin egala cu grosimea materialului, ceea cenecesita o forta mai mica, respective o forta corespunzatoare suprafetaei mai mari.

Stanta cu actiune succesiva:

Debitarea mat prin stantare se face pe baza unui plan care urmareste utilizarea cat mairationala a mat.Intre piese se lasa o punte si o margine in scopul compensarii erorilor de avanssi de a putea fixa mat in matrita eleminand rebuturile prin decuparea incomplete a pieselor

Stantare cu actiune combinata: pot executa la o cursa a piesei mai multeoperatii:decupare,ambutisare,indoire. Aceste stante au o buna productivitate si sunt utilizatecu precadere in aparate de serie mare.

Procesul de stantare succesiv:a. piesa obtinuta;

b. vedere asamblu

asupra stantei.

a.

8/10/2019 Tehno 4


Concluzii

Chiar dacă fenomenele magnetice se cunosc şi au fost studiate încă din antichitate,odată cu descoperirea electricităţii materialele magnetice au fost mai intens studiate datorită potenţialului lor de a fi utilizate în diverse aplicaţii ce ţin de electricitate. Aceste materiale se

regăsesc în aproape toate aplicaţiile din jurul nostru pornind de la motoarele electrice,transformatoare şi pânăla mediile de stocare magnetică.

Materialele magnetice au fost împărţite în funcţie de caracteristicile lor în materialemagnetice moi şi dure. Materialele magnetice moi sunt caracterizate de inducţia remanentă mică, inducţia de saturaţie relativ mare, ciclul de histerezis îngust şi pierderi mici prin histerezisşi curenţi turbionari. Cele mai utilizate materiale magnetice moi (din punct de vedere cantitativ)sunt tablele electrotehnice care sunt realizate din aliaje ale fierului cu un anumit procent desiliciu din masa totală a aliajului.

Activitate laborator

În timpul laboratorului, ni-i s-a prezentat ghilotina cu care am taiat tabla.Am consultat si standardele:

STAS 12305-85 ALIAJE MAGNETICE MOI

SR EN 10107:2001 Table si benzi de otel cu graunti orientate

SR EN 10106:2001 Table magnetice cu graunti neorientati. Laminare la rece silivrate in stare finita.

Simbolizare : M 250-35A

Exp: M = otel magnetic conform SR EN 10027Tablele au grosimea de F=0.23; 0.27; 0.3; 0.35; 0.5; 0.65; 1.

Bibliografie

Petre Vasile: “Tehnologii Electromecanice”, indrumar de laborator, UPB, 2001

Valeria Suciu, Marcel Valeriu Suciu : “Studiul Materialelor “– Bucuresti: Fair Partners,

2007

Buletinul AGIR nr. 1/2007 ianuarie-martie Prof.univ.dr.ing.Constantin Dumitrescu “Tratat de stiinta si ingineria materialelor

metalice” Editura: A.G.I.R.

Baciu, C., Alexandru, I., Popovici, R., Baciu, M., “Ştiinţa materialelor metalice”, Editura

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,1996

SR EN ISO 1412:1997 -ASRO

Tehno 4

Documents

Transcript of Tehno 4