Tehnologia motoarelor de putere

UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA”

FACULTATEA DE INGINERIE

SIBIU

TEHNOLOGIA

MOTOARELOR

DE PUTERE

Profesor:

Lizeta Popescu

Studenţi:

Cucu Andrei

Dendiu Marius

Epure Ovidiu Constantin

An III Electromecanică

2003

Cuprins

1.Tehnologia motoarelor de putere........................................................3

1.1 Clasificarea motoarelor electrice.........................................................3

1.2 Clasificarea motoarelor electrice din punct de

vedere al ventilaţiei..............................................................................3

1.2.1 Maşini cu ventilaţie naturală.............................................................4

1.2.2 Maşini cu ventilaţie forţată...............................................................4

1.3 Consideraţii privind influenţa ventilaţiei

asupra proiectării maşinilor.................................................................5

1.4 Alegerea maşinilor electrice în funcţie de

condiţiile de exploatare........................................................................6

2. Construcţia motoarelor de putere......................................................8

2.1 Materiale utilizate................................................................................8

2.2 Construcţia motoarelor........................................................................14

2.2.1 Motoare electrice de curent continuu...............................................14

2.2.2 Motoare electrice asincrone..............................................................20

2.2.3 Motoare electrice sincrone................................................................24

3. Funcţionarea şi încercarea motoarelor electrice..............................27

3.1 Serviciul de funcţionare.......................................................................27

3.2 Încercarea motoarelor electrice...........................................................29

3.2.1 Încercarea maşinilor trifazate asincrone...........................................29

3.2.2 Încercarea motorului sincron............................................................36

3.3 Tipuri de protecţie...............................................................................37

3.3.1 Simboluri indicatoare pentru protecţie.............................................38

3.3.2 Simboluri privind protecţia contra pătrunderii lichidelor.................40

2

1. TEHNOLOGIA MOTOARELOR DE PUTERE

Prin maşină electrică se înţelege o maşină rotativă care transformă puterea electrică în

putere mecanică – motoare – sau invers - generatoare.

1. 1. Clasificarea motoarelor electrice

Maşinile electrice se împart în maşini de curent continuu şi maşini de curent

alternativ, după felul energiei electrice ce ia parte în conversia electromecanică realizată de

maşină. Maşinile de curent alternativ pot fi mono- sau polifazate. Orice maşină electrică este

reversibilă din punct de vedere al conversiei energiei realizate; ea poate funcţiona fie ca

generator, fie ca motor.

Maşinile de curent alternativ se împart în două mari clase: sincrone şi asincrone.

Maşina sincronă se caracterizează prin faptul că în regim permanent frecvenţa curentului

schimbat cu reţeaua de curent alternativ se află în raport constant cu viteza unghiulară de

rotaţie a maşinii, indiferent de gradul de încărcare al maşinii. Maşina asincronă se

caracterizează printr-o viteză unghiulară ce nu se menţine în raport constant în raport cu

frecvenţa reţelei electrice, ci variază odată cu modificarea regimului de funcţionare al

motorului sau cu modificarea gradului de încărcare.

1. 2. Clasificarea maşinilor electrice din punct de vedere al ventilaţiei

Evacuarea căldurii din maşina electrică constituie o problemă tot aşa de importantă ca

şi fenomenele legate de însăşi funcţionarea propriu-zisă. De aceea, alegerea unei ventilaţii

satisfăcătoare trebuie avută în vedere încă de la alegerea solicitărilor electromagnetice. În

concluzie, proiectantul trebuie să găsească sistemul de ventilaţie cel mai eficace pentru un tip

de protecţie impus. Totodată nu trebuie lăsată deoparte clasa de izolaţie în care se realizează

maşina electrică respectivă.

OBSERVAŢII. După natura agentului de răcire, la maşinile electrice rotative se

disting:

a) răcirea cu gaz (aer sau hidrogen);

b) răcirea cu lichid (cel mai frecvent – apa).

După tipul de ventilaţie, maşinile electrice pot fi realizate în următoarele variante (se

au în vedere tipurile cel mai frecvent întâlnite şi care folosesc drept agenţi de răcire aerul şi

apa):

- maşini cu ventilaţie naturală;

3

- maşini cu autoventilaţie forţată;

- maşini cu ventilaţie forţată independentă (străină).

1.2.1. Maşini cu ventilaţie naturală

Maşinile cu ventilaţie naturală sunt acelea în care evacuarea căldurii provenită din

pierderi se face numai prin radiaţie, conductivitate şi convecţie naturală, în sensul că nu se

folosesc mijloace de activare a evacuării căldurii. Trebuie menţionat faptul că, totuşi, rotorul

fiind o piesă în mişcare are o oarecare influenţă pozitivă, mai ales asupra convecţiei. Totuşi,

fiindcă nu există dispozitive speciale (ventilatoare, aripioare etc.) de creare a unui curent de

aer care să schimbe valorile coeficienţilor de conductivitate, convecţie şi radiaţie, acest sistem

de ventilaţie se consideră „ natural ”.

În prezent, acest sistem se foloseşte la maşinile mici, precum şi la maşini care, având o

protecţie IP00 le asigură o răcire convenabilă. Totuşi, dacă suntem nevoiţi a folosi acest

sistem de ventilaţie, solicitările electromagnetice se aleg cu 10 – 20 % mai mici decât în cazul

maşinilor protejate şi cu ventilaţie forţată.

1.2.2. Maşini cu ventilaţie forţată

La cele mai multe maşini se adoptă un ventilator montat pe axul rotorului, cu scopul de

a crea o presiune, sau o depresiune, încât aerul din interiorul maşinii să fie schimbat cu un

altul proaspăt din mediul ambiant. Aerul fiind mereu altul se spune că avem o „ ventilaţie

forţată în circuit deschis ”; pentru că ventilatorul este antrenat de însăşi maşina pe care o

răceşte, sistemul se numeşte „ autoventilat ”. Tipul acesta de ventilaţie se poate realiza atât la

maşinile deschise cât şi la cele protejate (la protecţiile IP22, IP23, IP33). După modul cum

este dirijată circulaţia aerului în maşină, se disting următoarele posibilităţi:

a) Autoventilaţie forţată axială în care circulaţia aerului în interiorul maşinii se face

axial, adică paralel cu axul maşinii. În acest caz aerul pătrunde pe la un capăt al maşinii şi este

evacuat pe la capătul opus.

b) Autoventilaţie forţată radială în care aerul de răcire absorbit pe la un capăt al

maşinii, este refulat către partea activă a miezului magnetic, miez care este divizat în pachete.

Aerul trece pe sub jugul rotoric, intră în canalele de ventilaţie radiale dintre pachete, trece apoi

în canalele radiale din stator, pătrunde în spaţiul dintre miez şi carcasă şi după ce face un cot,

de aproximativ 900, iese în mediul ambiant.

Pentru ca aerul să nu iasă din maşină fără a trece prin canalele radiale, partea rotorului

opusă ventilatorului trebuie obturată. Acest sistem se mai numeşte şi „ axial – radial ”. În

4

cazul maşinilor lungi şi foarte lungi maşina poate fi prevăzută cu două ventilatoare radiale

dispuse la cele două capete ale rotorului.

În practică, acest tip de ventilaţie mai poartă numele de „ ventilaţie bilaterală ”. La

maşinile cu diametrul rotorului mare, ventilatoarele constau din palete montate chiar pe

butucul rotorului.

O problemă deosebită o prezintă ventilaţia maşinilor închise, adică cele cu protecţie

IP44, IP54 etc.

Soluţia cea mai des întâlnită este suflarea cu ajutorul unui ventilator propriu a

suprafeţei exterioare a carcasei cu un curent de aer rece, obţinându-se astfel o maşină cu

autoventilaţie exterioară.

În scopul realizării unor maşini închise cu parametrii economici acceptabili s-au

imaginat şi alte construcţii, cum ar fi:

- carcase nervurate şi cu buzunare (canale) pentru circulaţia aerului de interior;

- statoare prevăzute cu canale axiale de ventilaţie pentru aerul de răcire;

- rotoare prevăzute cu canale axiale de ventilaţie pentru aerul de răcire.

1.3. Consideraţii privind influenţa ventilaţiei asupra proiectării maşinii

O problemă deosebită o ridică, din punct de vedere al ventilaţiei, maşinile cu reglaj de

turaţie. În această situaţie existând mai multe posibilităţi, trebuie analizată varianta cea mai

economică, bineînţeles fără a aduce prejudicii bunei funcţionări a instalaţiei.

În scopul rezolvării proiectării maşinilor cu turaţie variabilă s-au imaginat şi realizat

construcţii cu ventilator independent integrat al cărui debit de aer nu depinde de viteza maşinii

principale.

De asemenea o maşină cu turaţie variabilă şi cu protecţie IP44 sau superioară poate fi

realizată cu schimbător de căldură, dar la care circulaţia aerului se face în circuit închis cu

ajutorul unui ventilator acţionat independent de motorul propriu-zis.

Un alt element care influenţează dimensionarea unei maşini electrice, respectiv

alegerea solicitărilor electromagnetice, este altitudinea la care funcţionează maşina. Conform

standardelor în vigoare (STAS 1893-72), toate maşinile au puterea şi încălzirea garantată dacă

funcţionează până la o altitudine de 1000 m. Dacă se depăşesc 1000 m, atunci datorită

rarefierii aerului, ventilaţia maşinii se înrăutăţeşte. Din aceste motive trebuie ca solicitările

electromagnetice să fie micşorate cu 5 % la maşinile deschise şi cu 10 % la maşinile închise,

dacă maşinile sunt destinate a funcţiona la altitudini de până la 2000 m. Peste această

altitudine se întâlnesc cazuri mai rare.

5

Standardele precizează că temperatura maximă a aerului de răcire este de +400C şi

toate referirile privind încălzirea maşinii se fac la această valoare. În realitate se pot întâlni

cazuri când temperatura mediului ambiant depăşeşte +400C. Evident în acest caz trebuie alese

solicitări mai mici. Micşorarea acestor solicitări în funcţie de puterea nominală a maşinii şi de

temperatura mediului ambiant este dată în tabela 1.3. Este mai comod şi mai sigur a aplica

această micşorare produsului (ABδ).

TABELA 1.3

Micşorarea relativă a produsului (ABδ) în funcţie de temperatura mediului

ambiant(%).

Puterea nominală(kW)

Temperatura mediului ambiant (0C)

45 50 55

30 – 5004055751001251602002503204005006308001000

65565565

5

1412121212121212

12

2020182018201917

18

1.4. Alegerea maşinii electrice în funcţie de condiţiile de exploatare

Prin condiţii de exploatare se înţelege o sumă de situaţii în care se poate afla un motor

electric în timpul utilizării lui. Aceste situaţii pot influenţa buna funcţionare a motorului

electric. Ca urmare, la alegerea unui motor trebuie să se ţină seama de condiţiile în care

aceasta va funcţiona în exploatare.

Un motor electric bine ales din punct de vedere al parametrilor electrici şi mecanici

poate fi pus în situaţii diferite de funcţionare de următorii factori: serviciul de funcţionare,

altitudinea locului de montare, temperatura mediului ambiant, poziţia de funcţionare,

solicitările în perioada de pornire, suprasarcini în timpul funcţionării, scopul funcţional.

6

Începând cu normativele CEI 34 – 1 din anul 1969 şi STAS 1893 – 72 s-au introdus

noţiunile de regim, serviciu şi serviciu tip referitoare la funcţionarea unei maşini electrice.

Altitudinea locului de montare şi exploatare

Altitudinea pentru care se proiectează şi construiesc motoarele electrice, prevăzută în

STAS 1893 – 72, (normale) este de 1000 m deasupra nivelului mării. Este necesară această

limitare, deoarece pe măsură ce altitudinea creşte, presiunea aerului scade şi motorul electric

tinde să se încălzească mai mult la aceeaşi putere nominală, ceea ce determină înrăutăţirea

condiţiilor de răcire. Această creştere a încălzirii a motorului este de aproximativ 0,5OC la 100

m majorare a altitudinii locului de montaj, considerându-se aceeaşi temperatură ambiantă

pentru care a fost garantat motorul la 1000 m altitudine. cu toate acestea, există şi motoare

construite special pentru a funcţiona la parametrii nominali la mai mult de 1000 m altitudine.

aceste motoare sunt necesare pentru a asigura transportul la înălţime.

Temperatura mediului ambiant

Toate motoarele electrice sunt dimensionate pentru a asigura parametrii nominali la o

temperatură a mediului ambiant de maximum +40OC, adică temperatura aerului sau a

mediului de răcire a maşinii electrice să nu depăşească +40OC.

În cazul folosirii apei ca mijloc de răcire, aceasta nu trebuie să depăşească +25OC la un

motor normal.

Orice depăşire a temperaturii mediului ambiant conduce la realizarea unei maşini

speciale sau, în cazul utilizărilor unor motoare normale, acestea vor trebui alese în comun

acord cu producătorul.

Dacă montarea motorului se face într-un spaţiu prea mic sau în condiţii în care

ventilaţia maşinii este obturată parţial sau total, deşi temperatura mediului ambiant este cea

regulamentară, se va alege un motor special, în comun acord cu fabricantul.

Natura mediului ambiant şi protecţiile necesare

În funcţie de condiţiile mediului ambiant norma, explosiv, cu vapori de acizi, sau

climat special, tipurile constructive de motoare se realizează cu grade de protecţie

corespunzătoare acestor condiţii.

Un prim factor al condiţiilor de mediu este climatul. La alegerea unui motor se iau în

considerare climatele temperat, tropical umed, tropical arid (uscat).

7

Standardele fixează drept mediu de bază, mediul determinat de climatul temperat.

Acest mediu se numeşte mediu termic normal.

Pentru mediul termic normal, STAS 625 – 71 stabileşte gradele normale de

funcţionare pentru motoarele electrice.

Pentru alte medii ambiante determinate de prezenţa gazelor, vaporilor sau pulberilor

explozive, de amestecul dintre aceste elemente între ele sau cu aerul, de vapori corozivi, etc.,

motoarele electrice se construiesc în mod special pe baza unor condiţii tehnice speciale

înscrise în caietele de sarcini sau standarde.

Astfel, în România prin STAS 6877/1,2-73; 6877/3…7-74; 6877/9-76; 6877/10-76 se

stabilesc condiţiile tehnice pentru încărcarea echipamentelor electrice destinate a funcţiona în

medii explozive sau în medii gazoase.

Climatul tropical obligă unor măsuri în plus,privind protecţia pieselor componente ale

maşinilor electrice rotative, împotriva coroziunii, acţiunii bacteriilor, termitelor, variaţiei de

temperatură şi umiditate.

Motoarele electrice se construiesc cu diferite tipuri de protecţie mecanică, faţă de

pătrunderea în interiorul lor a corpurilor solide străine şi a apei, cum şi faţă de atingerea

părţilor active ale motorului atât din punct de vedere electric cât şi mecanic, astfel

diminuându-se pericolul de producere a accidentelor şi spre a li se putea asigura o exploatare

corespunzătoare locului şi scopului pentru care au fost construite.

Notarea unitară a tipurilor de protecţie mecanică pentru România este reglementată

prin STAS 5325-70. Protecţia este definită de ansamblul măsurilor luate pentru a permite

motorului respectiv să funcţioneze la parametri nominali şi pentru a asigura securitatea

persoanelor care se găsesc în preajma motorului respectiv.

2. Construcţia motoarelor de putere

2.1. Materiale utilizate în construcţia maşinilor electrice

În construcţia maşinilor şi transformatoarelor electrice se utilizează diferite materiale

ca: oţelul, oţelul nemagnetic, fonta, aliaje de aluminiu, materiale izolante sub formă de benzi,

plăci. Acestea se folosesc pentru confecţionarea părţilor inactive: carcasa, scuturile, lagărele,

axul, ventilatorul, piesele de susţinere şi consolidare, butucul rotorului, plăcuţa indicatoare,

cutia de borne etc.

8

Forma şi dimensiunile geometrice ale acestor piese sunt determinate de solicitările

mecanice la care sunt supuse incidental sau în decursul funcţionării transformatoarelor sau

maşinilor electrice.

În cazul inductorului excitat în curent continuu, unele părţi constructive ale maşinii

(carcasa la maşina de curent continuu, respectiv la maşina sincronă de construcţie inversată şi

axul la maşina sincronă de construcţie normală) îndeplinesc şi rolul de jug al inductorului. În

acest scop, materialele folosite trebuie să aibă proprietăţi mecanice şi magnetice ridicate.

Datorită dezvoltării rapide, în ultimele decenii, a metalurgiei materialelor feroase şi

neferoase precum şi a chimiei produselor de sinteză, putem spune că nu este deloc uşor unui

tânăr proiectant să se decidă asupra materialelor pe care să le indice pentru executarea unei

maşini. Dacă în trecut el se putea limita la folosirea a 10 – 15 materiale într-o maşină, astăzi el

dispune de câteva sute de materiale electroconductoare, magnetice, electroizolante şi

constructive, trebuind să indice materialul potrivit la locul potrivit astfel încât să rezulte o

maşină care să corespundă atât din punct de vedere funcţional, cât şi din punct de vedere

tehnic şi economic. Condiţia de competitivitate obligă astăzi pe proiectant a fi la curent atât cu

realizările din domeniul producerii de materiale destinate construcţiei de maşini electrice, cât

şi cu informaţii ample privind comportarea în fabricaţie şi exploatare a acestor materiale

pentru că, în ultimă analiză, fiabilitatea maşinii nu este garantată de noutatea materialului, ci

de comportarea lui în timp. De aceea, în momentul de faţă, proiectantul este obligat de multe

ori să-şi formeze singur părerea cu privire la calităţile materialului pe baza unor cercetări şi

experienţe proprii. În concluzie, rezultă că înseşi normele privind clasificarea noilor materiale

electroizolante ţin cont de comparaţia acestora cu materialele de clasă A şi B despre care se

ştie cel mai mult, privind comportarea lor în exploatare.

Materiale feromagnetice pentru circuitul magnetic

Funcţionarea maşinilor electrice se bazează pe existenţa unui flux magnetic şi a unui

curent electric. Suportul material al fluxului magnetic îl constituie miezul magnetic al maşinii.

El se compune în principal din 2 elemente şi anume: aer şi oţel. Între vectorul intensităţii

câmpului magnetic şi vectorul densităţii fluxului magnetic (inducţia magnetică) pentru

medii izotrope, este o relaţie simplă şi anume:

(2.1)

fiind permeabilitatea mediului respectiv şi având expresia

=0r (2.2)

9

unde 0 este permeabilitatea vidului (constantă magnetică), iar r permeabilitatea relativă a

mediului respectiv.

Din punct de vedere al permeabilităţii relative materialele se împart în 3 grupe:

- materiale diamagnetice, care au r<1;

- materiale paramagnetice, care au r>1;

- materiale feromagnetice, care au r>>1.

În cazul de faţă cel mai mult interesează, evident, materialele din grupa a treia

deoarece la câmpuri mici putem obţine inducţii mari. Acest lucru permite reducerea în ultimă

instanţă a costului materialelor şi a energiei cheltuite pentru producerea solenaţiei şi deci

reducerea costului maşinii. Mai trebuie amintit faptul că permeabilitatea unui material nu este

constantă ci depinde de mărimea intensităţii câmpului magnetic H (saturaţie) şi de prelucrarea

materialului. De asemenea proprietăţile feromagnetice dispar peste o anumită temperatură

(punct Curie), care la fier este de 7690C, lucru care interesează mai puţin, deoarece în maşinile

normale se lucrează cu temperaturi mult mai mici.

Într-o maşină electrică rotativă, există porţiuni ale circuitului magnetic care sunt

străbătute de un flux constant în timp, iar alte porţiuni care sunt străbătute de un flux variabil

(alternativ). Astfel, la o maşină de curent continuu polii principali, polii auxiliari şi jugul

statoric sunt străbătuţi de un flux constant, pe când dinţii şi jugul rotoric sunt supuşi unei

frecvenţe de magnetizare care depinde de viteza de rotaţie şi de numărul de poli ai maşinii. La

o maşină sincronă miezul înfăşurării induse este de asemenea parcurs de flux alternativ, iar

miezul circuitului de excitaţie este parcurs de un flux constant.

Având în vedere aceste două situaţii s-a căutat realizarea unor materiale adecvate, în

sensul obţinerii unor materiale cu o permeabilitate cât mai mare dar şi cu proprietăţi care să

limiteze pierderile de energie (prin histerezis şi curenţi turbionari) în porţiunile de circuit în

care fluxul este alternativ.

În porţiunile de miez cu flux constant se utilizează în mod obişnuit oţel-carbon sub

formă de foi (laminat) cu grosimi de 0,5 – 50 mm, oţel şi fontă turnate sau oţel forjat.

Din punct de vedere al calculului electromagnetic al maşinii, la aceste materiale

interesează curba de magnetizare B = f(H) folosită la calculul tensiunilor magnetice pentru

porţiunile respective. În anexele 3-I, 3-II şi 3-III se dau valorile inducţiei magnetice în Tesla

în funcţie de intensitatea câmpului magnetic în A/cm ale materialelor menţionate mai sus.

Aceste materiale se întâlnesc, în special, la maşinile de curent continuu şi la maşinile

asincrone. La maşinile de curent continuu de exemplu situaţia porţiunilor de circuit magnetic

se prezintă în felul următor:

10

- carcasa maşinii, care joacă rol de jug statoric, se confecţionează în mod obişnuit

din oţel turnat sau laminat şi numai la maşinile de mică putere (1 – 4 kW) poate fi

din fontă turnată;

- polii principali se fac cel mai frecvent din tablă de oţel carbon obişnuit laminată, cu

grosimea de 1 – 2 mm şi mai rar din oţel turnat sau forjat;

- polii auxiliari se fac din oţel forjat şi prelucrat mecanic în cazul maşinilor mici şi

mijlocii sau din tablă de oţel carbon obişnuit, la maşinile mijlocii şi mari, prin

ştanţare. Ei se fac însă şi din tablă laminată subţire şi izolată cu lac, în cazul

maşinilor cu şocuri de sarcină (regimuri tranzitorii frecvente).

La maşinile sincrone cu poli aparenţi, miezul polilor şi talpa polară se fac din tablă laminată

cu grosimea de 1-2 mm sau se poate ca miezul să fie din tole, iar talpa polară din oţel masiv

laminat. Jugul rotoric ala cestor maşini se poate face din tole stanţate de 4-5 mm, din bucăţi

masive laminate sau forjate ori dintr-o singură bucată forjată sau turnată din oţel ori fontă.

În porţiunile de miez magnetic unde fluxul magnetic este variabil, interesează în afara

relaţiei B = f(H) şi valoarea pierderilor prin histerezis şi curenţi turbionari. Având în vedere că

aceste pierderi se transformă în căldură care limitează solicitările electromagnetice va trebui

ca în aceste porţiuni să se folosească materiale cu compoziţii şi calităţi diferite de cele ale

materialelor amintite mai înainte, pentru porţiunile de circuit magnetic prin care fluxul

magnetic este constant. Se cunoaşte că mărimea pierderilor depinde de aria ciclului de

histerezis dar mai trebuie precizat că o influenţă importantă o au tensiunile interne, orientarea

cristalelor şi direcţia de orientare a acestora. În practică se obişnuieşte ca materialele

feromagnetice să fie clasificate în două categorii: materiale magnetice tari (dure) şi materiale

magnetice moi. Materialele tari au un ciclu de histerezis îngust şi deci un câmp coercitiv mic,

pierderi mici şi permeabilitate mai mare. Procedeul cel mai obişnuit de a obţine un material

feromagnetic cu pierderi mici este de a adăuga în oţelul obişnuit un anumit procentaj de

siliciu. Prin aceasta se obţine un material cu ciclu de histerezis micşorat şi deci o micşorare a

pierderilor prin histerezis; în plus se majorează rezistenţa electrică a tolei, ceea ce duce şi la

micşorarea curenţilor turbionari. Trebuie menţionat însă că prin adăugarea siliciului se

micşorează permeabilitatea.

S-a constatat că direcţia de laminare are o importanţă deosebită şi că pe această

direcţie materialul are o permeabilitate maximă. Ţinând cont de acestea s-a ajuns la realizarea

unor materiale cu proprietăţi magnetice superioare dacă laminarea se face la rece obţinându-se

table silicioase laminate la rece cu cristale neorientate, destinate construcţiei miezurilor de

transformatoare.

11

Deci, a doua mărime care caracterizează o tablă silicioasă este totalitatea pierderilor pe

unitatea de masă şi care indică de obicei pentru două valori ale inducţiei (B = 1T şi B = 1,5T)

la o frecvenţă de magnetizare de 50 Hz. Această mărime este simbolizată prin coeficienţii „

p10/50 ” (pentru B = 1T)şi „ p15/50 ” (pentru B = 1,5T).

În anexa 1 se da tabela de magnetizare B = f(H) pentru tablele silicioase slab şi mediu

aliate folosite frecvent la noi în ţară. Este vorba de tablele silicioase laminate la cald având

cifrele medii de pierderi p10/50 = 2,4 W/kg (tabela 1-I) la frecvenţa de 50 Hz.

În fig I-1 se dau curbele de magnetizare pentru tablele de mai sus pe ordonată luându-

se valoarea inducţiei aparente în dinţi făcându-se prin diversele valori ale coeficientului kd.

Grosimea nominală a tablei este de 0,5 mm şi realizează un coeficient de umplere k Fe

de 0,91 când tola se izolează cu hârtie şi de 0,92-0,93 când tola (laminată la cald) se izolează

cu lac.

În ultimii ani se utilizează în construcţia maşinilor rotative tablă laminată la rece cu

cristale neorientate, table ce prezintă o serie de avantaje faţă de cele laminate la cald.

Astfel, cu aceste table se realizează un coeficient de umplere de cel puţin 0,96 pentru

tabla neizolată şi cel puţin 0,95 pentru tabla izolată cu lac. Cifra de pierderi este p10/50 = 2,4

W/kg.

În anexa 2 se dau curbele de magnetizare pentru o tablă laminată la rece cu cristale

neorientate.

Materiale conductoare pentru înfăşurări

Bobinajele maşinilor electrice rotative şi ale transformatoarelor se fac, din motivele

cunoscute, din materiale cu rezistivitate electrică mică şi anume: cupru şi aluminiu.

La aceste materiale mai interesează şi proprietăţile mecanice şi în special gradul de

ecruisaj după care se disting:

- varianta „ moale ” în cazul că materialul nu este supus la eforturi mecanice mari şi

nu trebuie să suporte un proces tehnologic greoi;

- varianta „ tare ” pentru părţi conducătoare de curent supuse la eforturi mecanice

mari.

În cazul aluminiului se foloseşte frecvent şi varianta „ turnat sub presiune ” cum este

cazul coliviilor motoarelor asincrone cu puteri până la 100 kW.

Pentru lamelele de colector care lucrează la viteze mari şi pe care alunecă perii tari, cu

presiuni mari se foloseşte cupru aliat cu argint (până la 1-2 % Ag).

12

Din punct de vedere chimic materialele trebuie să fie cât mai pure utilizându-se pentru

bobinaje numai cupru electrolitic al cărui simbol este CuE. La acest simbol se mai adaugă şi

simbolizarea gradului de ecruisare şi anume:

„ m ” pentru cupru moale;

„ 1/2t ” pentru cupru jumătate tare;

„ t ” pentru cupru tare.

De exemplu, pentru bobinele maşinilor electrice este indicat Cu Em, pentru a se forma

uşor ferind astfel izolaţia conductorului de degradări mecanice.

Principalele caracteristici electrice ale materialelor conductoare (cupru şi aluminiu)

sunt indicate în tabela 2.1.

TABELA 2.1

Caracteristicile fizice ale cuprului şi aluminiului folosit la

înfăşurări

MaterialulRezistivitatea

la 200C( 20)mm

2/m

Coeficientul de

temperatură ()1/0C

Rezistivitatea la 750C

( 75)mm

2/m

Densitatea()

kg/dm3

Rezistenţa la întindere

()N/mm2

Cupru electrolitic

0,01784

0,01724

3,81 10-3

3,93 10-3 0,0215 8,89210 pentru

Cu E m 450 pentru

Cu E tAluminiu 0,031 3,7 10-3 0,0365 2,70 70-110

pentru Al m150-230

pentru Al t

La calculul rezistenţei unei înfăşurări care are temperatura se utilizează relaţia:

(2.3)

unde 20 şi se iau din tabela de mai sus.

În mod obişnuit, în proiectul unei maşini nu se foloseşte secţiunea conductorului rezultată

direct din calcul ci se adoptă o „ secţiune normalizată ” pe baza unor standarde sau norme

interne. Astfel pentru conductoare rotunde se folosesc diametrele normalizate conform STAS

685-74, expuse în anexa 4.

Dar, cum conductorul se foloseşte izolat, trebuie sa se ştie, pentru dimensionarea

crestăturilor, care este şi grosimea izolaţiei acestuia.

13

Ea depinde de felul materialului izolant (bumbac, mătase, email sau sticlă) precum şi

de diametrul nominal al conductorului. Astăzi se utilizează mai rar conductorul izolat cu

bumbac din cauza slabei lui rezistenţe la temperatură, fiind mai frecvent întâlnit în bobinajele

transformatoarelor. Emailurile superioare, de clasă E, B, F s-au impus prin proprietăţile lor de

stabilitate termică şi un preţ de cost avantajos. În locul firelor de bumbac sau mătase, azi se

utilizează în construcţia maşinilor rotative fire de sticlă dar, dată fiind fragilitatea lor, se

impune aproape totdeauna lipirea lor cu un email convenabil rezultând astfel izolaţia email-

sticlă cu proprietăţi termice şi mecanice excelente. În anexa 6 se dau grosimile izolaţiilor

conductoarelor rotunde şi profilate izolate cu bumbac, mătase, email, sticlă şi cu email plus

sticlă.

Mai exact, aceste grosimi se dau în cataloagele fiecărei fabrici producătoare de cupru

izolat. Ca şi la conductoarele rotunde alegerea dimensiunilor conductoarelor profilate

(dreptunghiulare) se face conform standardului şi anume STAS 2873-68 care este reprodus

parţial în anexa 5.

Izolarea conductoarelor cu bumbac, email sau sticlă nu reprezintă totuşi singurele

posibilităţi de izolare a conductoarelor ci se mai întâlneşte şi utilizarea benzilor izolante mai

ales pentru conductoarele profilate. Dezavantajele acestui gen de izolaţie constau în: consum

mare de manoperă, transmisie mai proastă a căldurii datorită straturilor de aer, proprietăţi

mecanice inferioare în comparaţie cu unele emailuri. Din aceste motive, acest tip de izolaţie se

utilizează numai în cazuri bine justificate.

2. 2. Construcţia motoarelor electrice

2. 2. 1. Motoare electrice de curent continuu.

În figura 2.2.1 este reprezentată printr-o secţiune longitudinală şi una transversală, un

motor de curent continuu. Acesta este compus din două părţi constructive de bază:

- statorul, partea imobilă a maşinii, care are ca elemente constructive

principale: carcasa (jugul statoric), polii de excitaţie şi înfăşurarea concentrată respectivă de

curent continuu, polii de comutaţie (auxiliari) şi înfăşurarea concentrată corespunzătoare,

scuturile (capacele) frontale cu lagăre cu rulmenţi sau de alunecare, sistemul perii şi portperii,

cutia de borne;

14

- rotorul, partea mobilă a maşinii, alcătuit din câteva elemente

constructive principale: miezul (pachetul) rotoric, care prezintă la periferie dinţi, repartizaţi

uniform, iar

15

- spre interior jugul rotoric fixat pe arbore, înfăşurarea rotorică

distribuită uniform în crestături ale miezului rotoric, colectorul, ventilatorul.

Carcasa (jugul rotoric) reprezintă partea imobilă în care se fixează polii de excitaţie

şi prin care motorul este fixat în fundaţie prin intermediul unei tălpi de prindere şi buloane

(fig. 2.2.1). La motoarele de putere mare, carcasa şi jugul statoric (care serveşte drept drum de

închidere al fluxului magnetic produs de polii de excitaţie) reprezintă una şi aceeaşi piesă

constructivă. Pentru a oferi fluxului magnetic o reluctanţă cât mai mică, carcasa se

construieşte din fontă sau oţel turnat, uneori din tablă groasă de oţel sudată.

La motoarele de dimensiuni mici şi la motoarele alimentate prin instalaţii de redresare

cu gamă largă de reglare a vitezei, jugul statoric se realizează din tole de oţel electrotehnic de

0,5 – 1 mm grosime. Aceste tole sunt ştanţate în forme adecvate, încât se realizează dintr-o

dată şi polii de excitaţie (fig. 2.2.2). În aceste cazuri, jugul statoric se fixează pe carcasă, care

numai serveşte la

conducerea fluxului electromagnetic şi care se realizează din materiale

neferomagnetice (de obicei din aluminiu în scopul

micşorării greutăţii). De ambele părţi ale carcasei se

fixează prin buloane (cazul motoarelor mai mari) sau tije

filetate şi piuliţe, scuturile sau capacele maşinii care

poartă lagărele de alunecare sau cu rulmenţi în care se

roteşte arborele rotoric.

Polii de excitaţie (principali) se

construiesc din tole de oţel electrotehnic de 0,5 –

1 mm grosime (fig. 2.2.3), strânse pachet cu

ajutorul unor buloane nituite. Polii se prind în

carcasă prin buloane. Ei poartă bobinele de

excitaţie străbătute de curentul de excitaţie.

În partea către rotor, miezul polar se termină cu aşa – numita talpă a polului sau piesă

polară. Scopul ei principal este de a înlesni trecerea fluxului magnetic prin zona îngustă de aer

17

Fig. 2.2.2Prinderea polilor de

excitatie la motoarele mici

Fig. 2.2.3Poli de excitatie principali

care separă polul de rotor, zonă denumită întrefier. Capetele tălpii polului sunt tăiate puţin

oblic. Din punct de vedere mecanic, talpa polului serveşte pentru asigurarea poziţiei bobinei,

montată pe miezul polului.

În aceeaşi figură este arătat unul dintre mijloacele de izolare a bobinei de miezul

polului. Bobina se montează pe o casetă dintr-un material izolator şi se fixează pe o casetă

specială, montată pe miez.

Bobinele de excitaţie se realizează dintr-un conductor rotund sau profilat de cupru.

Conductorul este izolat pentru a nu se produce scurtcircuite între spirele bobinei. Bobinele

polilor de excitaţie se leagă între ele în serie sau paralel şi se alimentează prin bornele din

cutia de borne. Legăturile bobinelor se realizează de aşa manieră, încât fluxul magnetic al

unui pol să fie dirijat dinspre piesa polară spre rotor (pol nord), iar cel al unui pol vecin

dinspre rotor spre piesa polară respectivă (pol sud)(fig. 2.2.4).

Polii de comutaţie (auxiliari) (fig. 2.2.4) ca şi cei principali constau dintr-un miez

care se termină cu talpa polului şi din bobina înfăşurată pe miez.

Polii auxiliari se aşează exact în axa de simetrie (axa neutră) dintre polii principali şi

se fixează pe jug cu buloane. Miezul polilor auxiliari – adeseori, dar nu totdeauna – se

confecţionează din oţel electrotehnic laminat.

Bobinele polilor de comutaţie se realizează tot din conductor izolat de cupru, rotund

sau profilat, şi se leagă între ele în serie sau paralel, fiind străbătute de curent continuu.

18

Fig. 2.2.4Poli de comutatie auxiliari

Miezul rotoric (fig. 2.2.1) se construieşte din tole de oţel electrotehnic (fig. 2.2.5), de

formă circulară cu dinţi şi crestături de profil foarte variat (fig. 2.2.5 b.). De obicei grosimea

acestor tole este de 0,5 – 1 mm.

Tolele separate se izolează una de alta printr-un strat subţire de lac sau printr-un strat

de oxid. Grosimea izolaţiei este de 0,03 – 0,05 mm. O astfel de construcţie a miezului are ca

scop reducerea curenţilor turbionari care se dezvoltă în miez la rotirea sa în câmpul magnetic.

Curenţii turbionari duc la pierderi de energie care se transformă în căldură. La miez masiv,

aceste pierderi ar fi foarte mari şi aceasta ar duce la reducerea randamentului maşinii şi la o

încălzire foarte ridicată.

De obicei miezul rotoric este alcătuit din câteva pachete de tole. Pentru îmbunătăţirea

răcirii, între pachete se lasă aşa – numitele canale de răcire de 8 – 10 mm lăţime (fig. 2.2.1).

Deseori se fac şi canale axiale (fig. 2.2.5).

Miezul rotoric se presează de ambele părţi prin dispozitive de apăsare care se fixează

pe arbore. În direcţia axei, lungimea miezului depăşeşte lungimea polului cu câte 2 – 5 mm de

fiecare parte. Aceasta se face pentru ca să se reducă la maximum variaţiile permeanţei

circuitului magnetic care se ivesc la micile deplasări axiale ale motorului.

Înfăşurarea rotorică (fig. 2.2.1) constă din secţii (bobine) care se pregătesc pe

şabloane speciale şi se aşează în crestăturile miezului (fig. 2.2.6 a.). Înfăşurarea se izolează de

miez cu grijă şi se consolidează în crestături, de cele mai multe ori cu ajutorul unor pene

speciale de lemn sau alt material izolant (fig. 2.2.6 b).

19

a bFig. .2.2.5

Tole miez rotoric

Capetele bobinelor, adică părţile care ies afară din crestături, se fixează cu bandaje de

sârmă de oţel (la margini mici cu bandaje e sfoară) pentru a nu fi aruncate spre exterior atunci

când rotorul se învârteşte (fig. 2.2.1).

Colectorul este un subansamblu caracteristic maşinii de curent continuu. Colectorul

(fig. 2.2.7) are formă cilindrică,

fiind construit din plăcuţe de

cupru, denumite lamele, izolate

una faţă de cealaltă printr-un strat

de micanită şi, de asemenea,

izolate de piesele de strângere.

Capetele secţiilor înfăşurării

rotorice se lipesc direct în

aripioarele lamelelor cu un aliaj

cu cositor sau se utilizează ca

piese intermediare nişte steguleţe

(motoare de putere mare).

Colectorul se învârteşte

solidar cu rotorul maşinii.

20

Fig. 2.2.6Infasurare rotorica

Fig. 2.2.7 Colector

Periile care freacă pe colector, realizează o legătură între înfăşurarea rotorică care se

învârteşte şi bornele motorului care sunt imobile. Periile sunt realizate din material conductor,

în general pe bază de grafit, care asigură frecări şi uzuri mai reduse. Prin intermediul unor

piese speciale, portperiile, periile realizează un contact sub presiune constantă cu lamelele

colectorului. Presiunea constantă este realizată de un arc şi o pârghie de apăsare. Un colier,

posedând o serie de tije şi fixat de obicei pe scutul dinspre colector al maşinii (fig. 2.2.1),

susţine portperiile. Periile sunt legate galvanic între ele, şi anume periile de număr impar

(socotite la periferia colectorului) se leagă la o bornă a motorului, iar periile de număr par la

cealaltă bornă. Periile sunt plasate la distanţă egală la periferia colectorului, iar numărul de

rânduri de perii este egal cu numărul de poli de excitaţie al motorului.

2. 2. 2 Motoare electrice asincrone.

Motorul asincron trifazat are două părţi constructive de bază (fig. 2.2.9):

- statorul, parte imobilă, care cuprinde miezul feromagnetic, carcasa

cu tălpile de prindere în fundaţie, înfăşurarea statorică, scuturile cu lagăre, cutia de borne,

dispozitivul cu perii (numai la unele tipuri);

- rotorul, parte mobilă, care cuprinde miezul feromagnetic rotoric,

înfăşurarea rotorică, inelele de contact, numai la unele tipuri, ventilatorul.

Miezul statoric este

realizat din tole de oţel

electrotehnic, de grosime 0,5

mm, izolate cu lac, strânse în

Înfăşurarea statorică

(fig. 2.2.8) este alcătuită din trei

21

Fig. 2.2.8Infasurare statorica

de bobine şi spire). Cele trei înfăşurări sunt decalate la periferia interioară cu unghiul

geometric 2/3p (p fiind numărul de perechi de poli) una faţă de celelalte, ocupă acelaşi

număr de crestături şi sunt conectate între ele în stea sau triunghi şi legate la o reţea trifazată

de curent alternativ prin intermediul unei cutii de borne statorice. Conductorul utilizat este din

cupru. Spirele bobinelor sunt izolate faţă de pereţii crestăturii, conductorul la rândul său fiind

şi el izolat. Înfăşurările se impregnează cu lac pentru rigidizare, o mai bună izolare şi o mai

bună conducţie termică.

Miezul rotoric are tot formă cilindrică şi este realizat tot din tole de oţel electrotehnic

de grosime 0,5 mm, uneori neizolate între ele, fiindcă, frecvenţa de magnetizare a tolelor

rotorice este foarte redusă în cazul funcţionării ca motor şi în consecinţă pierderile în fier sunt

neînsemnate. La periferia miezului sunt practicate în mod uniform crestături în care se

plasează înfăşurarea rotorică. Miezul este strâns rigid şi solidarizat cu arborele rotoric (prin

pană).

Înfăşurarea rotorică poate prezenta mai multe forme constructive. O primă variantă

este înfăşurarea trifazată, realizată din trei înfăşurări de fază, decalate la periferia rotorului cu

2/3p una faţă de celelalte, alcătuite din bobine plasate în crestături. De cele mai multe ori,

înfăşurările de fază sunt conectate în stea (mai rar în triunghi). Capetele libere ale înfăşurării

trifazate sunt legate fiecare la câte un inel din material conductor. Cele trei inele sunt izolate

unul faţă de celălalt şi toate faţă de arborele rotoric, dar sunt solidarizate cu arborele, rotindu-

se odată cu acesta. Pe fiecare inel freacă câte o perie (sau mai multe legate în paralel) de bronz

– grafit. Cele trei perii sunt legate apoi la bornele plasate într-o cutie de borne a rotorului.

Evident, sistemul de inele şi perii asigură contacte alunecătoare între înfăşurarea rotorică şi

anumite instalaţii din exteriorul motorului. Prin intermediul acestui sistem de contacte

alunecătoare se poate interveni în circuitele rotorice modificându-se după necesităţi parametrii

circuitelor de fază sau conectând aceste circuite la surse trifazate exterioare. Unele motoare

asincrone cu rotor bobinat (cu inele) sunt prevăzute în plus cu un dispozitiv care realizează

scurtcircuitarea celor trei inele. În acest fel, înfăşurarea rotorică trifazată este închisă în

scurtcircuit (dublă stea). Dispozitivul este manevrat manual. Uneori, pe lângă scurtcircuitarea

inelelor, dispozitivul respectiv îndeplineşte după scurtcircuitarea inelelor, şi ridicarea periilor

de pe inele, în scopul micşorării pierderilor prin frecare şi a uzării inutile a periilor.

Înfăşurarea rotorică se poate prezenta şi sub forma unei colivii de veveriţă, adică a

unui ansamblu de bare din material conductor care umplu crestăturile rotorice de formă

adecvată, barele fiind scurtcircuitate la ambele capete de inele conductoare din acelaşi

material (fig. 2.2.10). În acest caz, se spune că rotorul motorului este în scurtcircuit sau în

23

colivie. Motoarele cu rotorul în scurtcircuit se construiesc la rândul lor în trei variante

principale:

a) motoare cu o singură colivie de execuţie normală;

b) motoare cu crestătură adâncă, numite şi motoare cu bare înalte;

c) motoare cu dublă colivie.

La rotoarele în colivie simplă, crestăturile rotorului au de cele mai multe ori formă

ovală (fig. 2.2.11) şi sunt închise într-un prag de grosime 0,4 – 0,5 mm. Prin intermediul unei

maşini şi al unei forme speciale, colivia se realizează prin turnare din aluminiu. Odată cu

barele care umplu crestăturile se toarnă şi inelele frontale de scurtcircuitare. Adeseori inelele

sunt prevăzute cu nişte aripi pentru intensificarea ventilaţiei.

Forma crestăturii la un rotor cu crestături adânci (fig. 2.2.12) are înălţimea crestăturii

mai mare decât lăţimea ei de 10 – 12 ori. Colivia este executată din bare de cupru de secţiune

dreptunghiulară, iar inelele K de scurtcircuitare (fig. 2.2.12) de cele mai multe ori sunt din

cupru lat, de dimensiuni corespunzătoare barelor. Barele şi inelele K se sudează cu ajutorul

unui aliaj greu fuzibil. La fel ca şi la colivia simplă, normală, între bare şi pereţii crestăturilor

nu se află nici o izolaţie.

Motorul cu dublă colivie are două colivii: cea superioară S (fig. 2.2.13) cu rezistenţă

electrică relativ mare şi cu reactanţă mică, se execută din alamă sau din bronz special, iar cea

inferioară I, dimpotrivă, cu o rezistenţă cât mai mică şi cu o reactanţă relativ mare, se

confecţionează din cupru. Forma crestăturilor poate fi la cea superioară rotundă, iar la cea

inferioară dreptunghiulară sau ovală. Între crestăturile celor două colivii, există o tăietură, care

exercită o influenţă importantă asupra caracteristicilor motorului. Inelele K1 şi K2 (fig. 2.2.13

a.) de scurtcircuitare pentru ambele colivii se fac în mod obişnuit din cupru. Adeseori dubla

24

Fig. 2.2.10Colivie veverita

Fig. 2.2.11Colivie simpla

Fig. 2.2.12Crestaturi de rotor cu crestaturi adanci

colivie se realizează prin turnare din aluminiu (fig. 2.2.13 b.). În acest caz, tăietura dintre

colivii se umple, de asemenea, cu aluminiu.

Întrefierul dintre stator şi rotor are un rol important. Inducţia electromagnetică

mutuală dintre înfăşurările statorică şi rotorică este cu atât mai bună, cu cât întrefierul este mai

mic. La motoarele asincrone întrefierul se limitează la minimum admisibil din considerente

mecanice. Astfel la motoarele normale de până la 10 kW, = 0,35 – 0,50 mm; la motoarele de

10 – 100 kW,

= 0,50 – 0,80 mm. Dacă motorul lucrează în condiţii grele, atunci ele se execută cu un

întrefier sporit (cu aproximativ 1,5 ori).

Motorul asincron monofazat are aceeaşi construcţie ca şi motorul trifazat, cu singura

deosebire că statorul posedă o înfăşurare monofazată, conectată la o reţea monofazată.

Rotorul, de obicei nu este bobinat, ci posedă o colivie de veveriţă.

2. 2. 3. Motoare electrice sincrone

Motorul sincron se caracterizează prin faptul că între viteza unghiulară a rotorului şi

pulsaţia a reţelei trifazate la care se află conectată există o legătură rigidă şi anume

, p fiind numărul de perechi de poli ai motorului.

Motorul sincron posedă două părţi constructive de bază:

- statorul, parte imobilă, care cuprinde miezul feromagnetic statoric,

înfăşurarea, carcasa, scuturile cu paliere;

- rotorul, parte mobilă, care cuprinde miezul feromagnetic,

înfăşurarea rotorică, inelele colectoare, ventilatorul.

25

a bFig 2.2.13

Dubla colivie

26

Fig. 2.2.14Miez rotoric cu poli aparenti

Fig. 2.2.15Miez rotoric cu poli inecati

Miezul statoric al motorului sincron nu se deosebeşte în principiu de miezul statoric al

motorului asincron. El este construit din tole de oţel electrotehnic izolate între ele, cu

crestături, în care este plasată o înfăşurare trifazată.

Miezul rotoric are două variante constructive: cu poli aparenţi (fig. 2.2.14) sau cu poli

înecaţi (fig. 2.2.15).

Miezul cu poli aparenţi este format dintr-o serie de poli (cu piese polare) fixaţi la

periferia unor roţi polare solidare cu arborele motorului. Polii posedă înfăşurări de excitaţie în

curent continuu. Bobinele de excitaţie ale polilor se leagă în serie sau în paralel în aşa fel încât

polaritatea polilor să alterneze la periferia rotorului. Alimentarea bobinei de excitaţie de la o

sursă exterioară se realizează prin intermediul a două inele de contact solidare cu arborele

(inele izolate între ele şi faţă de masă şi la care se leagă capetele înfăşurării de excitaţie) şi a

două perii fixe care freacă pe inelele de contact.

În piesele polare sunt introduse o serie de bare axiale scurtcircuitate la capete (fig.

2.2.16) – denumite bare amortizoare.

Această construcţie cu

poli aparenţi, deşi prezintă o

oarecare simplitate tehnologică,

nu se pretează a fi aplicată la

motoare de viteză mare de rotaţie

din cauza lipsei de siguranţă

mecanică.

Asemenea construcţie se

întrebuinţează şi în cazul

generatoarelor sincrone antrenate

de turbine hidraulice, care au

viteză de rotaţie relativ scăzută

(de ordinul sutelor de rotaţii pe

minut). De aceea ea este

denumită uneori construcţie de

hidrogenerator.

Reţinem faptul că la periferia interioară a statorului în această variantă, întrefierul este

neuniform, de grosime relativ mică sub piesele polare şi foarte mare în zonele interpolare.

27

Fig 2.2.16Bare amortizoare

Uneori se întâlneşte şi construcţia inversă, polii aparenţi de excitaţie sunt pe stator, iar

rotorul poartă o înfăşurare trifazată şi trei inele de contact (întocmai ca rotorul motorului

asincron trifazat cu rotor bobinat).

Miezul rotoric cu poli înecaţi (fig. 2.2.15) este o construcţie cilindrică masivă din oţel

cu mare rezistenţă mecanică (oţel crom – nichel – molibden, de obicei). La periferia rotorului

se taie o serie de crestături în care se plasează spirele bobinelor de excitaţie în curent continuu

a polilor. În fig. 2.2.15 rotorul are patru poli. Înfăşurarea unui pol acoperă, de obicei, două

treimi din deschiderea unui pol, în mijlocul polului rămânând o zonă de aproximativ o treime

din deschiderea polului în care nu sunt practicate crestături. Această zonă poartă numele de

dinte mare, spre deosebire de ceilalţi dinţi de deschidere mult mai mică decât separă

crestăturile.

Capetele frontale ale bobinelor de excitaţie sunt puternic strânse prin bandaje masive,

pentru a face faţă solicitărilor centrifuge.

Această construcţie prezentând o mare siguranţă mecanică se pretează a fi aplicată la

motoare sincrone cu viteze mari de rotaţie (1000 – 3000 rot/min).

Această variantă constructivă conduce la un întrefier constant la periferia interioară a

statorului.

3. Funcţionarea şi încercarea motoarelor electrice

3.1. Serviciul de funcţionare

Regimul este definit prin ansamblul mărimilor electrice şi mecanice care

caracterizează funcţionarea motorului la un moment dat. Regimul nominal defineşte

funcţionarea unui motor în condiţii specificate, mărimile electrice şi mecanice luând valorile

indicate de constructor pe plăcuţa de date a motorului. Prin valoare nominală a unei mărimi

funcţionale se înţelege valoarea particulară care intră în componenţa regimului nominal.

Regimul de mers în gol corespunde funcţionării motorului la viteza regimului nominal, fără

însă a furniza putere utilă. Regimul de repaus înseamnă absenţa completă a oricărei alimentări

cu energie electrică a motorului, a oricărei acţionări mecanice, a oricărei mişcări.

Serviciul este definit prin durata şi ordinea de succesiuni a unor regimuri bine

specificate. Prin serviciul tip se înţelege un serviciu convenţional corespunzând unuia sau mai

multor regimuri constante pe durate specificate. Serviciul nominal corespunde unui serviciu

tip în care motorul a fost construit şi este indicat pe plăcuţa motorului.

28

Serviciul continuu (S1) corespunde funcţionării motorului într-un regim constant pe o

durată suficientă pentru a ajunge la echilibru termic. Pentru serviciul nominal de tip S1, durata

de menţinere a sarcinii nominale este nelimitată.

Serviciul de scurtă durată (S2) corespunde funcţionării motorului într-un regim

constant un timp determinat, mai mic decât cel necesar atingerii echilibrului termic, urmat de

un repaus suficient de lung, pentru ca motorul să ajungă la temperatura mediului de răcire, cu

o eroare de 2OC. pentru serviciul nominal tip corespunzător serviciului tip S2, durata de

menţinere a sarcinii este de 10; 30; 60; 90 min. Printr-o înţelegere între producător şi

beneficiar se pot stabili şi alţi timpi de menţinere a sarcinii.

Serviciul intermitent periodic (S3) corespunde funcţionării motorului într-un serviciu

compus dintr-o succesiune de cicluri identice, fiecare conţinând un timp de funcţionare la un

regim constant şi un timp repaus, astfel încât în cursul fiecăruia dintre ele curentul de pornire

nu influenţează încălzirea într-un mod deosebit. Pentru serviciul nominal tip corespunzător

serviciului S3, durata ciclului este de 10 minute, dacă nu se dau alte indicaţii, iar durata de

menţinere a sarcinii este de 15; 25; 40; 60 % din durata ciclului. Durata de menţinere a

sarcinii aportată la durata ciclului şi exprimată în procente se mai numeşte şi durata activă

relativă de lucru şi se notează cu DA.

Serviciul intermitent periodic cu durată de pornire (S4) corespunde funcţionării

motorului într-un serviciu compus dintr-o succesiune de cicluri identice, fiecare cuprinzând un

timp apreciabil de pornire, un timp de funcţionare la regim constant şi un timp de repaus.

Pentru serviciul nominal corespunzător S4 durata ciclului este de 10 minute, dacă nu se dau

alte indicaţii, iar durata de menţinere a sarcinii este de 15; 25; 40 sau 60 % din menţinerea

sarcinii.

Serviciul intermitent periodic cu durată de pornire şi frânare electrică (S5) diferă de

regimul precedent prin aceea că fiecare perioadă de funcţionare se termină nu prin simpla

deconectare a motorului ci prin frânare electrică. Indiferent de modul frânării electrice,

aceasta este inevitabil legată de o degajare suplimentară de căldură. Valorile duratei active

relative de funcţionare DA şi ale numărului de porniri pe oră pentru acest serviciu sunt

aceleaşi ca şi la serviciul S4.

Serviciul neîntrerupt cu sarcină intermitentă periodică (S6) corespunde funcţionării

motorului într-un serviciu compus dintr-o succesiune de cicluri identice, conţinând câte un

timp de funcţionare în regim constant şi un timp de funcţionare în gol. Nu există repaus.

Pentru serviciul nominal tip corespunzător S6, durata ciclului este de 10 minute, dacă nu sunt

specificate alte indicaţii; durata de menţinere a sarcinii este de 15; 25; 40 sau 60 % din durata

29

ciclului. În acest serviciu, duratele de menţinere a sarcinii şi cele de mers în gol nu sunt

suficient de largi pentru ca încălzirea părţilor motorului, la o temperatură constantă a mediului

de răcire, să poată atinge valori practic stabilizate.

Serviciu neîntrerupt cu durate de pornire şi de frânare electrică periodice (S7)

corespunde funcţionării motorului într-un serviciu compus dintr-o succesiune de cicluri

identice, conţinând câte un timp de pornire, câte un timp de funcţionare în regim constant şi

un timp de frânare electrică. Nu există repaus. Pentru serviciul nominal tip corespunzător S7,

durata ciclului este de 10 minute, dacă nu se dau alte indicaţii, durata de menţinere a sarcinii

este de 15; 25; 40 sau 60% din durata ciclului, iar factorul de inerţie are o valoare precizată.

Duratele de menţinere a sarcinii sunt suficiente pentru atingerea echilibrului termic în cursul

unui ciclu. Numărul de cicluri pe oră, când se aleg alte durate de menţinere a sarcinii, trebuie

să aibă una din valorile: 60; 90; 120; 240; 360; 480; 600. pentru mai mult de 600 de cicluri pe

oră, este necesară înţelegerea între producător şi beneficiar, pentru modificarea parametrilor

motorului.

Serviciul întrerupt cu modificarea periodică a turaţiei (S8) constă în cicluri ce

alternează permanent, fiecare fiind la rândul lui compus din două sau mai multe perioade de

funcţionare cu viteză de rotaţie diferită şi sarcini constante diferite, corespunzătoare acestora.

În acest caz, fiecare trecere de la o viteză de rotaţie mai mare la una mai mică este însoţită de

o pierdere prin frânare electrică, iar de la o viteză mai mică la una mai mare, cu pierderi prin

accelerare, care influenţează încălzirea componentelor motorului. Acest regim de funcţionare

se caracterizează prin numărul de cicluri complete pe oră (60; 90; 120; 240; 360; 480; 600) şi

prin durata sarcinii la fiecare dintre vitezele de rotaţie.

3.2 Încercările motoarelor electrice

3.2.1 Încercările maşinii asincrone trifazate

Maşina asincronă este supusă la încercări de laborator în scopul determinării

pierderilor, randamentului, încălzirii, parametrilor şi mărimilor necesare pentru construcţia

diagramei cercului, pentru determinarea fiabilităţii izolaţiei, pentru stabilirea nivelului

vibraţiilor şi zgomotului etc. Metodele de încercare aplicate în industrie sunt standardizate; în

STAS 7246/1 … 10-74 sunt cuprinse prescripţiile referitoare la încercări.

Pentru predeterminarea caracteristicilor de funcţionare se efectuează încercarea la

funcţionarea în gol şi încercarea în scurtcircuit. Se mai efectuează încercări de verificare a

30

izolaţiei, încercarea la încălzire, precum şi încercări pentru determinarea caracteristicilor de

funcţionare, a cuplurilor etc.

Încercarea la funcţionarea în gol

Se alimentează înfăşurarea primară de la o sursă trifazată de tensiune variabilă, la

frecvenţa nominală prin intermediul unui transformator reglabil, sau de la un generator

sincron; maşina funcţionează în regim de motor în gol la turaţie apropiată de turaţia sincronă.

Schema de montaj este prezentată în figura 3.2.1. Încercarea la mersul în gol se

efectuează numai după ce maşina a funcţionat în gol un interval de timp cuprins între 10’ (la

maşinile cu puterea nominală până la 1 kW) şi 120’ (la maşinile cu puterea nominală la

maşinile cu puterea nominală cuprinsă între 100 … 1000 kW), cu viteza nominală, pentru ca

lagărele să ajungă într-un regim termic stabil. La motoarele electrice echipate cu lagăre cu

rulmenţi, intervalul de timp de funcţionare în gol, înainte de efectuarea măsurătorilor, se poate

reduce la jumătate.

Se măsoară, în funcţie de tensiunea de alimentare U1 de linie, următoarele mărimi:

- curentul de funcţionare în gol pe fază I10

- puterea primară P10

- alunecarea s.

31

Fig 3.2.1Schema de principiu pentru încercarea motorului asincron în gol

şi în scurtcircuit

Se calculează factorul de putere cos10 şi se reprezintă grafic aceste mărimi în funcţie

de tensiunea la borne. La tensiunea nominală de linie U1n se determină mărimile

corespunzătoare regimului nominal.

Puterea primară P10 se transformă în pierderile PJ10 în înfăşurarea primară, pierderi în

miezul feromagnetic Pm şi pierderi mecanice de frecare şi ventilaţie P f,v; se neglijează

pierderile în înfăşurarea secundară şi pierderile suplimentare acoperite pe cale mecanică.

Pentru a măsura cât mai corect parametrii motorului la încercarea în gol, este

important ca sistemul de tensiuni al reţelei de alimentare să fie simetric, să nu conţină

armonici, iar frecvenţa tensiunii să fie constantă şi egală cu frecvenţa nominală.

Nesimetria tensiunilor de alimentare conduce la nesimetria curenţilor la funcţionarea

în gol, respectiv la creşterea pierderilor în gol; nesimetria curenţilor poate fi produsă şi de

nesimetria înfăşurărilor motorului (de exemplu, datorită numărului de spire diferit de la o fază

la alta, sau datorită parametrilor proprii diferiţi de la o fază la alta ai motorului). Identificarea

cauzelor care provoacă nesimetria curenţilor se poate realiza prin permutarea ciclică a fazelor

reţelei de alimentare. Dacă simetria rămâne neschimbată în raport cu fazele motorului, aceasta

are drept cauză o nesimetrie constructivă a maşinii. Dacă odată cu permutarea fazelor reţelei

se permută de la o fază la alta în acelaşi sens nesimetria observată, atunci cauza trebuie

căutată în nesimetria sursei de alimentare.

Prezenţa armonicilor în curba tensiunii de alimentare are ca urmare creşterea

pierderilor de mers în gol.

Variaţia frecvenţei tensiunii de alimentare îngreunează efectuarea măsurărilor, iar

abaterile acesteia de la valoarea nominală are o influenţă importantă asupra valorii măsurate a

pierderilor în gol.

Separarea pierderilor la funcţionarea în gol se efectuează astfel: se calculează

pierderile în înfăşurarea primară PJ10 = 3R1I şi se reprezintă grafic pierderile P10 - PJ10 = Pm +

Pf,v în funcţie de tensiunea la borne. Pierderile în miezul feromagnetic variază aproximativ cu

pătratul tensiunii la borne; pierderile de frecare şi ventilaţie sunt independente de tensiunea la

borne.

În ipoteza că turaţia maşinii rămâne practic constantă în timpul probei, pierderile

mecanice sunt constante; valoarea acestora se determină prin extrapolarea curbei Pm + Pf,v până

la intersecţia axei coordonatelor: tensiunea de alimentare fiind nulă (U1 = 0), pierderile în

miezul feromagnetic Pm sunt nule în acest punct (fig. 3.2.2)

32

Fig 3.2.2

Separarea pierderilor la mersul în gol.

Se reprezintă grafic funcţiunea Pm = P10 – PJ10 – Pf,v; la tensiunea nominală se determină

pierderile nominale Pm,n în miezul feromagnetic.

Curentul de mers în gol ideal este aproximativ egal cu curentul I10 măsurat la tensiunea

nominală. Factorul de putere la mersul în gol ideal rezultă din relaţia

= ,

în care U1 şi I10 sunt valorile efective ale mărimilor de linie.

Rezistenţa corespunzătoare pierderilor în miezul feromagnetic este

,

iar reactanţa de magnetizare se poate determina aproximativ din relaţia

,

în care U1f şi I10f sunt valorile efective ale mărimilor de fază.

Alunecarea se măsoară printr-o metodă stroboscopică sau cu ajutorul unui

ampermetru.

Metoda stroboscopică foloseşte un disc circular divizat în 2p sectoare, colorate în alb,

alternativ cu negru şi montat rigid pe axul maşinii. Discul este iluminat din exterior cu o

lampă stroboscopică (care funcţionează pe principiul descărcărilor electrice). Lampa

stroboscopică este alimentată de la o sursă de tensiune alternativă de frecvenţă şi se

aprinde, respectiv se stinge periodic la fiecare semialternanţă a tensiunii.

33

Dacă rotorul se învârteşte cu turaţia sincronă, imaginea stroboscopică a discului pare

imobilă, deoarece discul este iluminat sincron cu turaţia. Dacă discul este marcat cu o linie,

numărul de imagini care se observă este

,

în care p este numărul de perechi de poli; la f1 = f , rezultă pe disc ni = p linii, respectiv p

sectoare albe alternând cu p sectoare negre.

Când rotorul alunecă (s > 0), imaginea stroboscopică de pe disc se roteşte în sens opus

sensului de rotire a maşinii, deoarece discul fiind rigid faţă de rotor alunecă în decursul

perioadei de aprindere a lămpii.

Se măsoară numărul de linii (raze) N, respectiv de sectoare de aceeaşi culoare, de pe

disc, care trec prin dreptul unui reper fix, într-un interval de timp t şi se determină turaţia

relativă a rotorului faţă de câmpul învârtitor după relaţia

,

respectiv alunecarea

.

Metoda ampermetrului. În circuitul rotorului, la motorul asincron cu inele, se

conectează un ampermetru de curent continuu cu nulul la mijloc. În cazul motoarelor

asincrone cu colivie în rotor se poate utiliza o bobină aşezată coaxial cu rotorul la bornele

căreia se conectează un miliampermetru; bobina este cuplată magnetic cu înfăşurarea

rotorului.

Se măsoară numărul de oscilaţii complete N ale acului indicator într-un interval de

timp dat t ăi se determină astfel frecvenţa curenţilor din rotor:

,

respectiv alunecarea

.

În cazul utilizării unui ampermetru de curent alternativ, numărul de oscilaţii complete

este , în care Ni este numărul de oscilaţii ale acului indicator.

34

Metodele pentru măsurarea alunecării prezentate mai sus pot fi aplicate la valori

relativ mici ale alunecării s 5%; la valori mai mari, determinarea numărului N este dificilă.

Încercarea la funcţionarea în scurtcircuit

Înfăşurarea secundară se scurtcircuitează (în cazul rotorului bobinat) iar rotorul este

calat faţă de stator.

Schema de montaj este aceeaşi cu cea folosită la încercarea de mers în gol.

Se alimentează înfăşurarea primară de la o sursă variabilă trifazată simetrică, de

frecvenţă nominală şi tensiune redusă, egală cu 0,2 … 0,3 U1n; curentul în circuitul primar

poate atinge pentru scurtă durată o valoare de 1,2I1n. La încercările industriale ale motoarelor

cu puterea nominală până la 100 kW tensiunea aplicată se ridică până la valoarea nominală;

pentru motoarele cu puterea nominală mai mare de 100 kW, tensiunea este mai redusă, astfel

încât nu se depăşeşte valoarea curentului de scurtcircuit de (2,5 … 3,5)In.

Încercarea la funcţionarea în scurtcircuit se efectuează într-un interval de timp cât mai

scurt, deoarece există pericolul supraîncălzirii înfăşurării. Gradientul de temperatură al

înfăşurării, la o încălzire adiabatică a acesteia este

în care este rezistivitatea conductorului, c – căldura specifică, - densitatea de masă, Jn –

densitatea nominală a curentului, Isc – curentul de scurtcircuit la care se efectuează încercarea.

De exemplu, în cazul înfăşurării cu conductor de cupru rezultă pentru J = 5 A/mm2 şi Isc/In = 6,

C/s; prin urmare o încălzire a înfăşurării cu 500C este atinsă după un interval de

timp de aproximativ 10 s.

În funcţie de tensiunea de alimentare se măsoară următoarele mărimi: - curentul de

scurtcircuit în primar pe fază I1scf; - puterea primară P1sc.

Deoarece curentul de scurtcircuit I1scn la tensiunea nominală este de (5 .. 7)I1n, la

puterea P1sc primită de la maşina de la reţea în principal pierderile în înfăşurări la funcţionarea

în scurtcircuit:

,

în care R1 şi R sunt rezistenţele de fază ale înfăşurărilor maşinii raportate la primar.

Se calculează astfel rezistenţa echivalentă pe fază a maşinii:

35

şi factorul de putere la scurtcircuit:

,

în care U1 şi I1sc sunt mărimi de linie.

În cazul maşinii asincrone cu crestături semiînchise sau închise, curentul de

scurtcircuit nu mai variază direct proporţional cu tensiunea de alimentare, datorită

fenomenului de saturaţie care apare în istmurile de închidere a crestăturilor. În figura 5.38 este

reprezentată curba I1sc (U1) la o maşină asincronă la care saturaţia influenţează curentul de

scurtcircuit. Curentul de scurtcircuit la tensiunea nominală se calculează astfel:

,

în care I1sc este curentul măsurat la tensiunea U1sc; tensiunea U se determină grafic la

intersecţia tangentei la curbă (construită aproximativ în zona în care se calculează curentul

I1scn) cu axa absciselor.

La maşinile asincrone cu întrefier mic şi crestături deschise sau semideschise,

încercarea în scurtcircuit se efectuează cu rotorul mobil la turaţie joasă pentru a se evita

întrucâtva influenţa locală a câmpului magnetic de dispersie diferenţială, datorită armonicilor

de dantură.

La încercarea în scurtcircuit se măsoară şi cuplul de pornire care se exercită asupra

axului. În acest scop, se măsoară forţa care se exercită asupra unui braţ cuplat rigid cu axul

maşinii. La măsurarea cuplului, rotorul este lăsat liber să oscileze în raport cu statorul.

36

Fig. 3.2.3 Curba curentului de scurtcircuit la maşina asincronă cu crestături închise sau

semiînchise

La motoarele asincrone cu colivie cu bare înalte în rotor este important să se efectueze

o încercare în scurtcircuit la o frecvenţă redusă, de 3 … 5 Hz, pentru determinarea pierderilor

în înfăşurări corespunzătoare funcţionării maşinii la turaţia nominală. În acest scop, se

alimentează maşina de la o sursă trifazată de tensiune de joasă frecvenţă (de exemplu, de la un

generator sincron); se măsoară puterea absorbită şi curenţii la diferite valori ale tensiunii la

borne.

Pierderile în curent alternativ care se produc în înfăşurarea primară se pot determina

separat la maşina asincronă cu rotorul scos. Se alimentează înfăşurarea primară de la o sursă

trifazată simetrică de tensiune redusă şi se măsoară puterea activă primită; aceasta reprezintă

în principal pierderile în înfăşurarea primară la curentul măsurat, deoarece pierderile produse

în miezul feromagnetic al statorului sunt neglijabile în aceste condiţii de încercare.

3.2.2 Încercările motorului sincron

Pentru determinarea parametrilor motoarelor sincrone se aplică metodele prezentate în

paragraful 6.4. În plus, STAS 8 211-68 cuprinde metode pentru determinarea pierderilor şi a

randamentului, determinarea cuplului maxim, precum şi metode de verificare a izolaţiei

înfăşurărilor şi a rezistenţei mecanice a maşinii la supraturaţie.

a. Determinarea pierderilor în fier şi a pierderilor mecanice se poate face printr-o

încercare de mers în gol, la factorul de putere cos = 1 (metoda separării pierderilor). În acest

scop, motorul sincron este alimentat de la o sursă trifazată de frecvenţă nominală şi de

tensiune variabilă de la aproximativ 1,3 Un, până la valori cât mai mici, la care maşina

continua încă să se menţină în sincronism.

Înfăşurarea de excitaţie este alimentată de la o sursă separată; se reglează curentul de

fiecare dată, menţinându-se factorul de putere la valoarea cos = 1.

Se măsoară puterea P0 primită de indus, tensiunea la borne Ub şi curentul de fază I10.

Se reprezintă grafic pierderile în fier şi mecanice PFe + Pf,v calculate din puterea

măsurată P0, după ce scad pierderile în înfăşurarea indusului PJ10 = 3R1I

PFe + Pf,v = P0 – 3R1I .

La intersecţia curbei obţinute cu axa absciselor se determină pierderile mecanice P f,v de

frecare şi ventilaţie; acestea sunt practic independente de tensiunea la borne.

37

La tensiunea nominală se calculează pierderile în fier din relaţia

PFe = (PFe + Pf,v) – Pf,v.

b. Determinarea pierderilor în înfăşurarea indusului şi a pierderilor suplimentare prin

metoda autofrânării. Metoda se aplică la maşinile sincrone cu moment de inerţie relativ mare.

Înfăşurarea de excitaţie se alimentează de la o sursă separată.

Maşina este antrenată la o turaţie suprasincronă n 1,15 nn.

Se efectuează o autofrânare la mers în gol, la tensiunea nominală. Se determină timpul

în care turaţia maşinii variază de la valoarea 1,1 nn până la valoarea 0,9 nn (prin urmare

= 0,2 nn).

Se efectuează apoi o autofrânare la scurtcircuit simetric la bornele maşinii şi la

curentul nominal prin înfăşurare (în acest scop, se scurtcircuitează mai întâi bornele indusului

şi apoi se excită treptat maşina, obţinându-se în indus curentul nominal).

Se determină timpul în care turaţia maşinii variază între aceleaşi limite.

Pierderile în înfăşurarea indusului şi pierderile suplimentare se determină din relaţia

.

3.3 Tipuri de protecţie

Având în vedere diversitatea condiţiilor de amplasare şi de lucru a unei maşini

electrice, condiţii ce se referă la posibilitatea pătrunderii de corpuri străine, a pericolului ce-l

prezintă atingerea părţilor aflate sub tensiune sau care se rotesc, precum şi posibilitatea

pătrunderii lichidelor, acestea sunt caracterizate împreună prin aşa-zisul grad de protecţie.

Gradele normale de protecţie sunt indicate în STAS 625-71, care stabileşte 12 grade de

protecţie conform tabelei 1.2. Gradul de protecţie se simbolizează prin literele IP urmate de 2

cifre, dintre care prima simbolizează tipul de protecţie contra atingerilor şi contra pătrunderii

corpurilor străine, iar a doua se referă la tipul de protecţie contra pătrunderii lichidelor.

TABELA 3.3

Gradele normale de protecţie ale maşinilor electrice rotative

Simbolliteral

Prima cifră caracteristică:

Protecţia contra atingerilor şi a

pătrunderii corpurilor străine

A doua cifră caracteristică:Protecţia contra pătrunderii lichidelor

0 1 2 3 4 5 6 7 8

38

IP

0 IP00

1 IP11 IP12 IP13

2 IP22 IP23

3 IP33

4 IP44

5 IP54 IP55

6 IP66 IP67

Semnificaţia tehnică detaliată a fiecărei cifre, fie că este vorba de protecţia contra

atingerilor şi a pătrunderii corpurilor străine, fie că este vorba de protecţia contra pătrunderii

lichidelor, este dată în STAS 5325-70.

În cele ce urmează se vor explica pe scurt semnificaţia fiecărei cifre, cu unele

observaţii privind interpretarea lor şi consecinţele directe asupra proiectării maşinii.

3.3.1. Simbolurile indicatoare pentru protecţia contra atingerii şi contra pătrunderii

corpurilor străine

Simbolul 0 (zero) indică o construcţie a maşinii în care părţile rotative, sau sub

tensiune, se pot atinge cu mâna. De asemenea, corpurile străine mici şi mari pot pătrunde în

interiorul maşinii. Ca urmare, astfel de maşini trebuie montate în încăperi practic lipsite de

praf şi în locuri eventual îngrădite, dat fiind pericolul pe care-l prezintă din punct de vedere al

protecţiei muncii. Aceste maşini sunt favorizate din punct de vedere al ventilaţiei şi, deci,

permit alegerea unor solicitări electromagnetice cu 10 – 20 % mai mari decât la maşinile

protejate sau închise.

Simbolul 1 indică o construcţie în care atingerea cu o parte din suprafaţa mâinii a

părţilor rotative, sau sub tensiune, se poate face numai în mod voit. În acest sens, la aceste

construcţii se permite existenţa unor orificii de 50 mm diametru sau lărgime. Acest gen de

protecţie se aplică maşinilor ce funcţionează în încăperi curate, având, în acelaşi timp,

asigurată o supraveghere competentă.

Simbolul 2 indică o construcţie la care se iau măsuri, astfel ca părţile menţionate mai

sus să nu poată fi atinse cu degetele, iar corpurile solide care pot pătrunde în maşină nu pot

avea dimensiuni mai mari de 12 mm diametru.

39

În practică astfel de maşini se execută cu deschideri (orificii) mari, dar peste care se

aplică plasă de sârmă prinsă cu şuruburi. Ochiurile plasei se fac astfel ca să nu pătrundă

corpuri cu diametrul mai mare de 12 mm. Această protecţie se aplică la o gamă largă de

maşini deoarece nu necesită măsuri speciale de precauţie şi, în acelaşi timp, permite o bună

autoventilare. La aceste maşini se aleg valorile normale ale solicitărilor electromagnetice.

Simbolul 3, se referă la construcţiile care nu permit atingerea părţilor rotative, sau sub

tensiune, cu unelte şi nici pătrunderea corpurilor străine mai mari de 2,5 mm. Carcasa şi

scuturile acestor maşini pot avea orificii de 2,5 mm, sau deschideri cu lungimea maximă de

2,5 mm.

Autoventilaţia acestor maşini se poate face în condiţii acceptabile, cu toate că

rezistenţa aerodinamică a circuitului de ventilaţie este uşor mărită faţă de cazul precedent

(simbolul 2).

Simbolul 4. Construcţia acestor maşini nu permite atingerea părţilor rotative, sau sub

tensiune, şi nici pătrunderea corpurilor străine având una din dimensiuni sau diametrul mai

mare de 1mm. Adoptarea unor astfel de maşini este indicată acolo unde praful este, în mediul

ambiant, într-un procent nu prea mare, precum şi în locurile descoperite. Acest tip constructiv,

cât şi următoarele, formează categoria maşinilor „ închise ”. La acest tip constructiv există

doar interstiţii, la îmbinări şi treceri de arbori şi cabluri, de maximum 1 mm. Din acest motiv,

ventilaţia este profund influenţată în sens negativ, lucru pentru care solicitările

electromagnetice se iau mai mici cu 10 – 15 % faţă de maşinile „ normale ”. Dacă se adoptă

soluţii speciale de ventilaţie, atunci se pot lua aceleaşi solicitări electromagnetice pentru

maşinile normale.

Simbolul 5. În acest caz, părţile aflate sub tensiune, sau în rotaţie, nu sunt de loc

accesibile atingerii, în mod voluntar sau involuntar, nici cu mâna şi nici cu scule. În privinţa

protejării contra prafului, se utilizează garnituri sau labirinţi care împiedică pătrunderea

parţială a acestuia. La alegerea solicitărilor electromagnetice trebuie avute în vedere

observaţiile de la simbolul 4, deoarece e vorba tot de maşini închise. Acest simbol 5 atrage

luarea unor măsuri speciale împotriva pătrunderii prafului în lagăre şi în cutia inelelor de

contact (inele colectoare) dacă este vorba de maşini asincrone.

Simbolul 6. Acest simbol implică luarea unor măsuri împotriva pătrunderii prafului în

maşină, în sensul că trebuie să se realizeze o maşină etanşă. Fiind vorba de o construcţie

complicată, ea trebuie să fie utilizată numai în cazuri speciale.

3.3.2. Simbolurile indicatoare privind protecţia contra pătrunderii lichidelor

40

Este cunoscut că lichidul care poate fi întâlnit cel mai des ca factor nociv pentru

maşina electrică este apa. De aceea, simbolurile privind protecţia maşinii împotriva lichidelor

se referă, în primul rând, la posibilitatea pătrunderii apei în maşină. Evident, există şi alte

multe lichide care pot fi dăunătoare maşinii electrice (în special cele ce pot dizolva substanţele

electroizolante din maşină), dar apa prezintă pericolul cel mai răspândit.

Simbolul 0 (zero). Se referă la maşina fără nici o protecţie mecanică şi în care apa

poate pătrunde din orice direcţie. Aceste maşini trebuie montate în încăperi închise, fiind

asigurată, în acelaşi timp, condiţia ca vaporii de apă să nu se condenseze (în special pe plafon)

şi să pătrundă în maşină sub formă de picături.

Simbolul 1. Se înţelege, în acest caz, că trebuie luate măsuri pentru ca picăturile de apă

condensată, ce ar cădea de pe plafonul încăperii, să nu poată pătrunde în maşină. Astfel,

maşina trebuie prevăzută cu un acoperiş la partea superioară. Este o protecţie uşoară, care se

poate realiza simplu, fără să influenţeze încălzirea maşinii şi, deci, alegerea solicitărilor

electromagnetice.

Simbolul 2. La aceste maşini trebuie luate măsuri de protecţie, astfel ca picăturile de

lichid, căzând pe verticală, să nu poată pătrunde în maşină.

Simbolul 3. Caracteristica acestei protecţii constă în aceea că nu permite pătrunderea în

maşină a lichidelor sub formă de stropi, care cad pe o direcţie înclinată până la 600 faţă de

verticală. Avantajul acestui grad de protecţie constă în aceea că, deşi fereşte maşina de

pătrunderea stropilor de lichid, permite totuşi să se realizeze maşini autoventilate, lucru ce are

o influenţă pozitivă asupra dimensiunilor maşinii. Din acest motiv, acest tip de protecţie este

foarte răspândit.

Simbolul 4. Impune realizarea unei construcţii astfel încât stropii de lichid, din orice

direcţie ar veni, să nu poată pătrunde în maşină. Deci avem de-a face cu o maşină închisă care

se poate monta în locuri expuse precipitaţiilor atmosferice normale (atât ca frecvenţă cât şi ca

debit) întrucât e vorba de o protecţie contra stropilor.

Simbolul 5. Asigurarea maşinii se face, în acest caz, contra pătrunderii apei ce provine

din jeturi sub presiune (furtun sau ţeavă). Dacă se impune ca maşina să aibă anumite

deschideri, acestea trebuie să fie protejate corespunzător.

Simbolul 6. Se recomanda acelor maşini care trebuie protejate împotriva apei provenite

din valuri, adică maşinilor ce sunt destinate a lucra pe puntea navelor. Apa poate să provină

din orice direcţie şi cu presiune.

Simbolul 7. Este vorba de o protecţie ce trebuie să nu permită pătrunderea apei atunci

când maşina este cufundată în lichid un anumit timp.

41

Simbolul 8. Se referă tot la o maşină care este cufundată, însă într-un lichid sub

presiune şi un anumit timp.

Din parcurgerea simbolurilor de protecţie contra atingerii şi a pătrunderii corpurilor

străine şi a celor ce caracterizează pătrunderea lichidelor, se desprinde concluzia că acestea

trebuie să fie corelate, în sensul că nu putem fi foarte pretenţioşi în privinţa pătrunderii

corpurilor şi foarte indulgenţi în privinţa pătrunderii lichidelor. De aceea, pe baza experienţei

practice, STAS 625-71 indică acele tipuri care se utilizează mai frecvent (vezi tabela 1.2).

Extinderea utilizării maşinilor electrice în cele mai diverse medii, a impus găsirea unor

soluţii constructive care să îmbine în mod armonios factorul tehnic cu cel economic. Astfel,

dacă un motor asincron cu inele funcţionează într-un mediu pentru care se impune închiderea

inelelor într-o cutie etanşa la praf, dar pentru motorul propriu-zis nu se impune aceeaşi

condiţie, atunci se poate realiza o protecţie constructivă hibridă, în sensul că motorul să se

realizeze în protecţie IP23, iar cutia inelelor în protecţie IP44. Acest fapt permite ca motorul

să poată fi realizat cu un gabarit normal, deci la un preţ cu cost mai redus decât dacă ar fi fost

realizat în totalitate în protecţia IP44.

O alta problemă legată de extinderea utilizării motoarelor electrice, concomitent cu

reducerea cheltuielilor de investiţii, este aceea a folosirii motoarelor electrice în locuri

complet descoperite (suprimarea clădirilor) lucru care a dus la realizarea unei protecţii

speciale de protejare împotriva intemperiilor şi care se simbolizează prin „ W ”.

Întrucât aerul de ventilaţie circulă tot în circuit deschis, dar deoarece înainte de a

pătrunde în maşină trece printr-un filtru, tipul constructiv este definit de simbolul IPW23,

adică este o combinaţie dintre tipul IP23 şi tipul W (vezi fig. 1.10 si fig. 1.11).

Caracteristica constructivă a simbolului W constă în aceea că aerul de ventilaţie

trebuie să facă 3 coturi la 900 atât înainte de intrarea în maşină cât şi la ieşirea din maşină.

42

BIBLIOGRAFIE

Capitolul 1

I. Cioc Maşini electrice. Îndrumar de proiectare

Ed. Scrisul Românesc, 1988; Vol. 1, 2, 3

R. Măgureanu Maşini electrice speciale

Ed. Tehnică, Bucureşti, 1987

C. Bală. Proiectarea maşinilor electrice

Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,

1981

Capitolul 2



I. Cioc Tehnologia fabricării maşinilor şi

M. Catrina aparatelor electrice

N. Cristea Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,

1981

A. Câmpeanu Maşini electrice

Ed. Scrisul românesc. 1979

Capitolul 3



C. Bală. Proiectarea maşinilor electrice

Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,

1981

43

I. Cioc Proiectarea maşinilor electrice

C. Nica Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti,

1994

Dan Teodorescu Maşini electrice. Soluţii noi. Tendinţe.

Orientări.

Ed. Facla, Timişoara, 1981

R. Măgureanu Maşini şi acţionări electrice. Tendinţe

actuale.

Ed. Tehnică, Bucureşti

Articole

C. Ionescu Motor asincron de înaltă tensiune

D. Mitran E.E.A., nr. 1, ianuarie 1988

C. Arnăutu Motoare de înaltă tensiune

E.E.A., nr. 1, ianuarie 1990

Al. Nicolae Proiectare motor asincron

N. Gavriliu E.E.A., nr. 7, iulie 1994

T. Nerodea Motoare asincrone

E.E.A., nr. 4, mai 1980

A. Machedon Motor asincron trifazat

E.E.A., nr. 9-10, septembrie – octombrie

1996

M. Covrig Motor asincron. Parametrii electrici


1996

M. Covrig Motor asincron. Parametrii tehnici


1996

44

Tehnologia motoarelor de putere

Documents

Transcript of Tehnologia motoarelor de putere