Tehnologia de Fabricare a Miezului Feromagnetic La Transform a to Are Electrice

download Tehnologia de Fabricare a Miezului Feromagnetic La Transform a to Are Electrice

of 37

Transcript of Tehnologia de Fabricare a Miezului Feromagnetic La Transform a to Are Electrice

C U P R I N S

CAP 1. Generaliti 2 CAP 2. Miezurile magnetice pentru maini electrice rotativ..8 CAP 3. Miezurile magnetice pentru transformatoare electric......21 CAP 4. Miezurile magnetice pentru aparate electric30 CAP 5. N.T.S.M..32 BIBLIOGRAFIE........37

1

CAP 1: GENERALITI

1.1. CLASIFICAREA MIEZURILOR MAGNETICEMiezurile magnetice se pot clasifica dup mai multe criterii. Dup natura fluxului magnetic, se deosebesc: miezurile magnetice pentru flux variabil n timp; miezurile magnetice pentru flux constant n timp. Se cunosc dou cazuri de variaie a fluxului magnetic (corespunztoare celor dou feluri de magnetizri),- i anume: fluxul variabil in timp cu frecvena curentului alternativ care-l produce - magnetizare ciclic - ca la transformatoare i aparate de c.a. ; flux variabil (n miez), ca urmare a rotirii miezului ntr-un cmp magnetic constant n timp sau invers magnetizare de rotaie ca la mainile electrice rotative. Dup forma materialului din care se confecioneaz, se deosebesc: miezuri magnetice din tole (pentru flux variabil i constant) - miezuri magnetice masive (numai pentru flux constant). Dup forma miezului magnetic, pot fi : miezuri magnetice compacte ; miezuri magnetice divizate, din pachete cu canale de rcire ntre ele.

1.2. MATERIALE UTILIZATE N CONSTRUCIA MIEZURILOR MAGNETICESe tie c la trecerea fluxului magnetic prin miez prezint importan dou elemente i anume : solenaia, care produce cmpul magnetic; pierderile ce apar n miezul magnetic. n construcia miezurilor magnetice trebuie ca solenaia necesar producerii unui flux magnetic s fie ct mai mic (consum de energie redus) chiar pentru fluxuri mari. Pentru o anumit seciune a miezului (SFe), flux magnetic mare nseamn inducie magnetic (BFe) mare. n acest caz, pentru a obine o solenaie mic, trebuie ca dup curba de magnetizare a materialului din care este confecionat miezul B = f(H) - care este o caracteristic a materialului - pentru inducia din fier BFe s rezulte o intensitate a cmpului magnetic H mic (curba 1, fig. 1.1).2

Fig. 1.1. Curba de magnetizare B= f(H), a materialului. Pierderile n miezul magnetic numite pierderi principale n fier- apar numai n cazul fluxurilor variabile, datorit curenilor turbionari din tolele miezului - pierderi prin curei turbionari - i datorit fenomenului de histerezis pierderi prin histerezis. Pierderile prin histerezis sunt proporionale cu aria ciclului de histerezis (fig. 1.2).

Fig. 1.2. Aria ciclului de histerezis.

De obicei. Aceste pierderi se calculeaz global cu relaia : (1.1) n care : P10/50 snt pierderi specifice (W/kg), reprezentnd pierderile pentru 1 kg din miezul magnetic la frecvena de 50 Hz i inducia de 1T, n W/kg ; f este frecvena de variaie a fluxului magnetic din miez, n Hz; BFe - inducia magnetic n miez, n T; GFe - masa poriunii din miezul magnetic n care se calculeaz pierderile, n kg (masa net a fierului) ; kp - coeficient (tehnologic) de majorare a pierderilor n fier, datorit confecionrii miezului magnetic din tole. Pentru magnetizarea ciclic, f este chiar frecvena curentului alternativ care o produce, iar pentru magnetizarea de rotaie : (1.2) unde: p este numrul de perechi de poli ai mainii ;3

n turaia, n rot /min. Pierderile specifice (p10/50) i curba de magnetizare B= f(H) sunt caracteristici de material i sunt date direct de fabrica ce livreaz materialul pentru confecionarea miezului magnetic. Rezult c pentru obinerea unor caracteristici superioare ale produsului este necesar ca : - solenaia pentru magnetizare s fie mic (cmpul H mic) ; - pierderile specifice (p10/50) s fie mici, pentru flux variabil), ceea ce se poate obine prin utilizarea unui material caracterizat printr-un ciclu de histerezis cu o pant ct mai mare i o suprafa ct mai mic. n acest scop, pentru confecionarea miezurilor magnetice se folosesc materiale feromagnetice sub form de table laminate (din care se fac tolele) sau sub form masiv turnate, laminate sau forjate. Pentru reducerea pierderilor specifice, tablele pentru tole sunt din oel aliat cu siliciu (24% Si), numit i oel electrotehnic slab aliat, mediu aliat sau puternic aliat in funcie de procentul de siliciu ; grosimea lor este de 0,3 0,35 mm (pentru transformatoare i aparate electrice) i de 0.5 mm pentru maini rotative). Adaosul de siliciu reduce pierderile specifice in fier, ns mrete concomitent cmpul H, necesitnd un curent de magnetizare mai mare. n figura 1.1 este reprezentat curba de magnetizare B= f(H), procentul de siliciu fiind variabil (curba 1 cel mai mic, curba 3 cel mai mare). Tablele obinute prin metode obinuite la laminare se numesc table de oel electrotehnic (table silicioase) laminate la cald. Calitile tablei silicioase laminate la cald snt date de SI'AS 673-67. n ultimul timp se folosete tabla silicioas laminat la rece in dou variante : - cu cristale orientate in direcia liniilor de cmp magnetic (pentru reducerea lui H deci a solenaiei), utilizat, n special, la transformare i aparate electrice (unde liniile de cmp au o direcie bine stabilit) i la mainile electrice foarte mari (P> 100 MW), cu pierderi specifice p10/50=0,41,7 W/kg ; - cu cristale neorientate, utilizat la mainile electrice rotative, unde cmpul magnetic este radial, cu p10/50 =23 W/kg. Pentru evitarea creterii pierderilor prin cureni turbionari la miezul mpachetat, datorit scurtcircuitrii tolelor, acestea sunt izolate ntre ele; izolaia se aplic fie dup tanarea tolei, sub forma de pelicul de lac, n cazul tablei laminate la cald, fie direct de fabrica furnizoare sub forma unui strat subire n cazul tablei laminate la rece. Rezult c tabla laminat la rece, n comparaie cu cea laminat la cald,prezint urmtoarele avantaje: -pierderi specifice (p10/50) reduse; -solenaie de magnetizare redus; -posibilitatea izolrii tablei cu pelicule foarte subiri i uniforme.

4

1.3. INFLUENA TEHNOLOGIEI DE FABRICAIE ASUPRA CALITII MIEZURILOR MAGNETICEa. Coeficientul de umplere (de mpachetare) kFe. Pentru miezurile magnetice masive, seciunea net a fierului SFe (strbtut de fluxul magnetic) este egal cu aria geometric S, calculat cu dimensiunile miezului. Pentru miezurile magnetice confecionate din tole mpachetate (fig. 1.3),

Fig. 1.3. Seciune printr-un miez mpachetat din tole. Seciunea net a fierului SFe este mai mic dect aria geometric S, calculat cu dimensiunile miezului. Astfel: (1.3) de unde : (1.4) b i lg, sunt dimensiunile geometrice ale miezului. Din relaia(1.4) se observ c seciunii nete de fier i se poate asocia o lungime net de fier: lFe= kFelg (1.4, a) Rezult c, pentru o utilizare ct mai raional a materialelor, este necesar ca valoarea lui SFe s fie ct mai apropiat de valoarea lui S, adic coeficientul de umplere kFe, s aib valoarea ct mai apropiat de 1. Factorii de care depinde kFe sunt: - calitatea tablei si a tanrii tolei ; - grosimea izolaiei tolelor ; - grosimea tolelor ; - fora de presare (la mpachetare) a miezului. Neuniformitatea grosimii tablei i mrimea bavurilor rezultate din tanarea tolelor influeneaz negativ valoarea lui kFe. De asemenea, mrimea bavurilor influeneaz nefavorabil i pierderile principale n fier. Cu ct, grosimea izolaiei este mai mare, cu att kFe este mai mic. Valorile lui kFe, n cazul izolaiilor uzuale, sunt urmtoarele : - kFe = 0,870,89, tole izolate cu hrtie; - kFe = 0,92...0,93, tole izolate cu lac, dup tanare ; - kFe = 0,95 ... 0,96, tole din tabl laminat la rece ; - kFe = 0,96... 0,97, tole neizolate. Coeficientul kFe crete cu grosimea tolelor si cu creterea forei de presare a tolelor la mpachetare. Fora de presare a tolelor este limitat, ns, de creterea pierderilor principale n fier i a solicitrilor mecanice n elementele de consolidare a miezului.5

b. Coeficientul de majorare a pierderilor n fier kp. Experiena de fabricaie a artat c, orict s-ar respecta tehnologia la miezurile magnetice mpachetate din tole de tabl silicioas, pierderile principale n fier, reale, sunt mai mari dect cele calculate numai cu pierderile specifice ale materialului (p10/50) cu o cantitate corespunztoare coeficientului de majorare kp (v. relaia 1.1). Factorii de care depinde kp sunt : - volumul i calitatea prelucrrilor tolei (tanri) : - calitatea izolaiei dintre tole ; - calitatea mpachetrii i a prelucrrii miezului mpachetat. n timpul operaiei de tanare a tolei, datorit efortului de tiere la care este supus materialul, pe o adncime de circa 0,4-0,6 mm de-a lungul conturului, se produce aa-zisul fenomen de ecruisare, adic distrugerea reelei cristaline intime a materialului i, totodat, la tabla izolat, distrugerea stratului izolant (conturul punctat din fig. 1.4). Ca urmare se produce creteri ale pierderilor principale n fiei, deoarece : - cresc pierderile specifice (p10/50) n volumul de material ecruisat; - cresc pierderile prin cureni turbionari (dup mpachetare), datorit distrugerii pariale a stratului de izolaie a tolei.

Fig. 1.4. Fenomenul de ,,ecruisarela tanarea sau tierea tolelor (n lungul conturului). Din figura 1.4 se observ c fenomenul de ecruisare are o influen mai mare n special la miezurile mici, la care adncimea de ecruisare de-vine procentul mai mare fa de latura B a tolei. De aceea, la tolele cu cristale orientate se folosete metoda de recoacere a tolei(dup tanare), care ajut la reorientarea cristalelor, n zona ecruisat, iar la cele izolate cu oxizi, chiar la refacerea stratului de izolaie deteriorat (prin recoacere n atmosfer de gaz).

Calitatea izolaiei dintre dou tole dup mpachetare influeneaz direct coeficientul de majorare a pierderilor in fier kp ; datorit acestui fapt, izolaia tolelor trebuie s satisfac urmtoarele cerine: - s fie uniform i compact (fr fisuri); - s fie ct mai subire ; - s aib rezisten mecanic i elasticitate corespunztoare : - s aib proprieti termice (limit de funcionare si coeficient de dilataie) corespunztoare. Datorit mpachetrii din tole,ntotdeauna dimensiunile finite ale miezului difer de ale tolei propriu-zise prin aa-numitul joc de mpachetare, provenit din ntreeserea tolelor (fig. 1.5) ; n cazul exemplului dat (o cresttur pentru maini electrice). el reprezint diferena dintre limea crestturii tanate bc' i limea rezultat dup mpachetare bc. De6

obicei, n cazul unei tanri i mpachetri corecte, acest joc de mpachetare este de 0,1-0,2 mm i, de regul,se prevede n calcule.

Fig. 1.5. Jocul de mpachetare. Dac unul din cei doi factori nu se respect (tanarea sau mpachetarea) atunci jocul de mpachetare este mai mare i deci la aceeai valoare a lui bc' rezult pentru bc, dup mpachetare,o valoare mai mic, ceea ce creeaz mari neajunsuri la bobinare (bobina nu mai intr n cresttur). Pentru readucerea lui bc la valoarea impusa este necesar o ajustare suplimentar a crestturii ; din aceast cauz tolele se vor atinge ntre ele (pe suprafaa ajustat )i ns deci va crete coeficientul de majorare a pierderilor n fier kp. Iat de ce, n general, nu snt recomandate prelucrrile miezului mpachetat (mai ales pentru fluxul variabil). Rezult deci c valoarea coeficientului de majorare a pierderilor in fier kp depinde in principal, de forma i de complexitatea poriunii din miezul magnetic in care se produc pierderile principale n fier (ia un cuptor mai complicat valoarea lui kp va fi mai mare i invers). Astfel, n condiiile actuale ale utilizrii unor tehnologii moderne pentru miezurile magnetice coeficientul kp are urmtoarele valori : - pentru mainile electrice rotative : - n dinii miezului magnetic : kp(d) = 1,61,8 ; - n jugul miezului magnetic : kp(j)= 1,251,4. - pentru transformatoare i aparate electrice : - din tabl laminat la cald : 1,071,15 ; n medie kp= 1,10 ; - din tabl laminat la rece cu cristale orientate : kp = 1,05.

7

CAP 2. MIEZURILE MAGNETICE PENTRU MAINILE ELECTRICE ROTATIVE

2.1. MIEZURI MAGNETICE PENTRU FLUX VARIABILDin aceast categorie de miezuri fac parte : -miezul magnetic stator de la mainile de c.a. sincrone i asincrone care din punct de vedere constructiv sunt identice ; - miezul magnetic rotor de la mainile de c.c. ; -miezul magnetic rotor de la mainile de c.a. asincrone i sincrone cu poli necai care se realizeaz din interiorul tolelor stator (v. fig. 2.4) din motive tehnologice i economice. Aceste miezuri din punct de vedere funcional sunt pentru flux constant (rotorul mainii sincrone) sau aproximativ constant (rotorul mainii asincrone la care frecvena fluxului variabil n rotor este foarte mic f2 = 0,41,5 Hz). n figura 2.1 este reprezentat un miez magnetic compact pentru stator, iar n figura 2.2, un miez magnetic divizat pentru rotor.

Fig. 2.1. Miez magnetic compact : 1 - carcas (pentru stator) sau arbore cu nervuri (pentru rotor) ; 2 - pies de fixare ; 3 - inel de presare ; 4 - tol cu degete ; 5 tol normal ; 6 tol izolant ; 8 pan ; N nervur.

Fig. 2.2. Miez magnetic divizat: 1 arbore cu nervuri (pentru rotor) sau carcas (pentru stator) ; 2 pies de fixare (de siguran) ; 3 inel de presare i suport nfurare ; 4 tol cu distanori (sau cu degete) ; 5 tol normal ; 7 tol terminal ; 8 pan ; N nervur.8

Fig. 2.3. Conturul lrgit al crestturilor pentru tole terminale i cu distanori. De obicei tabla silicioas pentru miezurile magnetice se livreaz sub form de rulouri cu limea maxim de 1 110 mm. Aceasta nseamn c, din punct de vedere constructiv, este posibil obinerea unor tole din ntreg pentru diametrul exterior maxim De max = 1 100 mm (10 mm constituie adaos de prelucrare) ; pentru diametre mai mari este necesar ca circumferina miezului s se realizeze din segmente de tole (v. fig. 8.22). a. Miezuri magnetice pentru De 1 000 mm (din ntregul). Se consider cazul general cnd din interiorul tolei-stator se taneaz n continuare tola-rotor (fig. 2.9).

Fig. 2.4. Tol normal stator i rotor, pentru D 1 100 mm. Tola normal (fig. 2.4). Procesul tehnologic de fabricaie comport urmtoarele operaii: - Debitarea care const n tierea din rulou a unor ptrate cu latura L=Dc+(5...10) mm (fig. 2.5). Operaia se execut n dou etape: - tierea n fii cu limea L, (n lungul ruloului) la maini speciale de debitat ; - tierea n ptrate cu ajutorul unei ghilotine automate.

- tanarea centrului fals, avnd drept scop centrarea tolei pentru toate operaiile urmtoare. Centrul fals este un orificiu cu diametrul d = 40 60 mm (fig. 2.10), n funcie de diametrul nominal al dornului de centrare existent pe mainile de tanat (care de obicei, are aceeai valoare la toate mainile).Odat cu aceast se taneaz, la distana D, (n funcie de diametru1 interior al tolei-rotor Dir), i orificiile care vor constitui locaul de pan-rotor i semnul de mpachetare al tolei-rotor (v. fig. 2.4). n timpul acestei operaii, pentru o centrare corect, ptratul debitat trebuie ghidat pe cel puin dou laturi A i B (fig. 2.5). - tanarea diametrului exterior stator De i a semnului de mpachetare stator (fig.2.10), se constituie i locaul de pan pentru asigurarea fixrii miezului-stator n carcas. Operaia se execut cu tan-bloc, n scopul obinerii unei cote precise pentru De ; pentru9

reducerea numrului de tane, valorile acestor diametre se normalizeaz. - tanarea crestturilor-stator (fig. 2.6), care se poate face prin dou metode: - tanarea pas cu pas, cnd se folosete o tan simpl, care s decupeze doar conturul crestturii-stator.

Fig. 2.5. Debitarea, centrarea i tanarea diametrului exterior De .

Fig. 2.6. tanarea crestturilor stator. n acest caz, tola se aeaz pe masa rotativ 2 a presei (fig. 2.7) ghidat de dornul central 4 (care intr n orificiul d.c. - v. fig. 2.6) i care, pentru rotire, va fi antrenat de tiftul 5 al presei care intr in orificiul .a. al tolei -(v. fig. 2.6). O dat cu centrarea se face i fixarea tolei pe masa presei, prin apsarea cu un dispozitiv special. Distana de la dornul de centrare 4 1-a tana 6 (fig. 2.7) poate fi reglat cu ajutorul manivelei 3. Numrul de crestturi Z1, uniform repartizate pe circumferin, va fi asigurat de un disc divizor cu Z1 dini, montat pe mecanismul de divizare 1, care, prin intermediul unui clichet, asigur, n timpul funcionrii, rotirea automat pas cu pas a tolei (n timp ce poansonul tanei 6 se afl n partea superioar a cursei): - tanarea cu tan-bloc, cnd dintr-o singur lovitur se taneaz toate crestturilestator, inclusiv diametrul interior al tolei-stator D. Metoda este foarte productiv i se recomand n cazul unei producii n serie mare sau n mas. - tanarea diametrului interior stator D (n cazul c nu s-a folosit pentru crestturi tan-bloc), care se poate realiza : - cu tan-bloc, obinnd o cot precis pentru D. Metoda se justific n cazul unei fabricaii bine puse la punct, cu diametre D normalizate. n acest caz, tana de cresttur, utilizat n operaia anterioar, trebuie s aib o nlime ceva mai mare dect nlimea util hc a crestturii, aa nct s taneze i un mic intrnd (0,5-1 mm) din zona ntrefierului 8 (v. fig. 2.6 detaliul A) ; acesta nu poate depi, ns, valoarea ntrefierului deoarece intr n tola-rotor; - simultan cu crestturile-stator - n care caz, tana de cresttur, din operaia10

anterioar, trebuie prevzut i cu o prelungire lateral (tan n L sau n T), care s-i permit tierea simultan i a dintelui (ia cota D). Astfel, dintr-o singur lovitur, se asigur att tanarea crestturii-stator ct i decuparea lui D pe deschiderea pasului t1 (v. fig. 2.6, detaliul A). Controlul tehnic al tolei-stator. Pentru aceasta, prima tol se verific foarte amnunit, i anume : dimensiunile ei, numrul de crestturi, calitatea tanrii etc. Dac corespunde desenului tolei normale, se consider tol-ablon, cu ajutorul ei, prin suprapunere, controlndu-se pe loturi celelalte tole (suprapunerea se face astfel nct s se respecte i suprapunerea semnelor de mpachetare, deci sensul de tanare). ntre dou ascuiri succesive ale tanei este necesar, prin urmare, s se realizeze tole pentru un numr ntreg de miezuri. - tanarea crestturilor rotor (fig. 2.8), care se face similar ca tanarea crestturilor stator, avnd montat discu1 divizor cu Z2 dini echidistani. i n acest caz, tana de cresttur-rotor la partea superioar, trebuie 's aib nlimea mai mare dect hC intrndul putnd chiar depi valoarea ntrefierului 8, deoarece nu mai exist pericolul s intre n tolastator.

Fig. 2.7. Pres semiautomat pentru tanarea pas cu pas a crestturilor.

Fig. 2.8. tanarea crestturilor rotor. -tanarea diametrului interior Dir care se face cu tan-bloc n scopul realizrii unei dimensiuni precise i uniforme a miezului n vederea mpachetrii lui pe arbore; n urma acestei tanri rezult locaul de pan i semnul de mpachetare al tolei-rotor (v. fig. 2.4).

11

OBSERVAII 1.Ca i la tola-stator, pentru tanarea tolei-rotor, se poate folosi o tan-bloc complex (cu o singur lovitur sau n trepte) cu ajutorul creia s rezulte direct tola-rotor; acest lucru este, ns, recomandabil (la dimensiuni mari ale tolei) n cazul unei producii de serie mare sau de mas. 2. Pentru micromaini (PN