Universitatea din PitestiFacultatea de Mecanica si TehnologieIngineria Transporturilor si Traficului

TemaSisteme neconventionale de

transport

Conf. Univ. dr. Marinescu Danut-GabrielStudent: Nedelcu Razvan GabrielGrupa 412

www.referat.ro

An universitar 2012-2013

Masini electrice pe baza de hidrogen

Cuprins

1.Vedere asupra masinii viitorului

2.Fuel-cell: Prezentare Fuel-cell Probleme tehnice privind Fuel-cell-ul Eficienta Fuel-cell-ului

3. Hidrogenul

4. Masini electrice4.1 Motoare sincron

5. Siguranta

6. Masini din prezent, idei futuristice

7. Bibliografie

1.Vedere asupra masinii viitorului

Masina viitorului ar trebui sa fie practica, sigura, sa nu polueze, insa ca aspect sa fie la fel ca masinile din ziua de azi. In concluzie, masina viitorului in viziunea mea ar trebui sa fie o masina electrica, insa sa nu functioneze pe baza de baterii li-ion deoarece, dupa cum a fost demonstrat pana acum, aceste autoturisme nu sunt practice, fiind nevoie sa fie reincarcate foarte des, o astfel de incarcare durand aproximativ 12 ore, ci sa fie o masina electrica pe baza de hidrogen. Consider ca o masina pe baza de hidrogen ar fi o idee foarte buna deoarece hidrogenul este cel mai abundent gaz de pe planeta..

O astfel de masina nu este imposibil de construit, insa ca si masinile actuale, va avea nevoie de o perioada de cercetare si imbunatatire, pentru a deveni cu adevarat practica, dar si accesibila ca pret, asemenea masinilor actuale.

Un vehicul de hidrogen este un vehicul care utilizează hidrogenul ca si combustibil. Puterea unor astfel de vehicule consta in conversia energiei chimice de hidrogen in energie mecanica (de cuplu) în unul din aceste două metode: ardere, sau conversia electrochimica dintr-o celula de combustibil: În masinile cu motoarele cu ardere interna a hidrogenului, hidrogen este ars în aceeaşi metodă ca tradiţionale motore cu ardere internă folosite astazi in majoritatea vehiculelor. În conversia electrochimica dintr-o celula de combustibil, hidrogenul reacţioneaza cu oxigenul pentru a produce apa si energie electrică, acesta din urmă,fiind folosita pentru a alimenta motorul electric. Multe companii cerceteaza posibilitatea de a construi masini electrice pe baza de hidrogen, iar multi dintre producatori au inceput sa dezvolte masinile pe baza de hidrogen. Majoritatea automobilelor pe baza de hidrogen pot fi vazute la demonstratii, sau sunt construite intr-un numar redus.

2. Fuel-cell

“Fuel-cell”-ul (in traducere libera celula de combustibil) este un mecanism de conversie electrochimica. El produce electricitate din combustibil (la anod) si un oxidant (la catod), care reactioneaza in prezenta unui electrolit. Reactantii intra in fuell-cell, iar produsii de reactie ies din el, in timp ce electrolitul ramane in interior. Acest tip de mecanism poate functiona la nesfarsit, atata timp cat in interiorul sau intra reactanti.

Fuel-cell-urile sunt diferite fata de bateriile electochimie deoarece ele consuma reactant, care trebuie sa fie alimentat, pe cand bateriile inmagazineaza energie electrica intr-un anume spatiu (dimensiunea bateriei).In plus, electrozii dintr-o baterie sufera modificari in timp ce aceasta se incarca sau descara, in fuel-cell electozii sunt catalitici si raman relativ stabili.

Un fuel-cell functioneaza prin cataliza, separand electonii si protonii din combustibil, fortand electonii sa “calatoreasca” printr-un circuit, astfel transformandu-i in energie electrica. Catalizatorul de obicei este un metal tip platina, sau un aliaj. Un alt proces catalitic transporta electronii inapoi, combinandu-i cu protoni si cu oxidant format.Pe langa fuell-cell-urile care folosesc hidrogen pur, exista si acele tipuri care folosesc hidrocarburi, precum diesel si methanol si hidride chimie. Echivalentul gazelor de esapament in cazul acestora este apa.Materialele folosite in fuel-cell-uri difera. De obicei membrana electodului si placile de electrod bipolar sunt din metal sau nichel, si sunt acoperite in catalizator pentru a avea o eficienta ridicata. Hartia de carbon le separa de electrolit, acesta din urma putand fi ceramica sau o membrana.

Un “Proton exchange membrane fuell cell” sau PEM poate produce o tensiune cuprinsa intre 0.6 V si 0.7 V, tensiunea scade in timpul cresterii intensitatii curentului datorita mai multor factori:-Pierderea ohmica datorata rezistentei materialelor din care este facut fuel-cell-ul-Pierderea prin transport

2.2 Probleme tehnice privind fuel-cell-ul:

-Costurile. Scopul este de a reduce costurile cat mai mult astfel incat sa poata fi cmparate cu tehnologii de astazi precum motoarele pe baza de benzina si motorina. Multe companii lucreaza la o tehnica de a reduce costurile intr-o multitudine de moduri printre care reducerea cantitatii de platina necesara pe fiecare celula. S-a ajuns la concluzia ca daca pe un catalizator se foloseste fibra de carbon aceasta duce la scaderea a 30% din platina necesara fara a se pierde insa si performantele, iar o alta descoperire ete ca in locul platinei se poate folosi PEDOT, un polimer conductor.

-Costurile PEM (proton exchange membrane). O astfel de membrana costa €400/m²

-Temperatura la care trebuie mentinut fuel-cell-ul. Aceeasti temperatura trebuie mentinuta in celula astfel incat sa nu se distruga celula. Acest lucru este datorat faptului ca 2H2 + O2 -> 2H2O este o reactie exoterma, cu o mare cantitate de caldura degajata in interiorul fuell-cellului.

-Durata de viata si cerintele pe care le cer anumite celule. Fuell-cell-urile au o durata de viata de 5000 de ore echivalentul a 150000 de mile sub temperaturi extreme.

2.3 Eficienta fuel-cell-ului

Eficienta fuel-cell-ului depinde de cantitatea de energie extrasa din el. Extragand mai multa putere inseamna extragerea a mai mult curent ceea ce creste pierderile din interiorul fuel-cell-ului . Ca o regula generala: cu cat este extras mai mult curent cu atat fuel-cell-ul are o eficienta mai scazuta. Majoritatea pierderilor se manifesta asemenea caderilor de tensiune din celula.

Exemplu : Un fuel-cell mergand la 0.7 V are o eficienta de aproape 50%, ceea ce inseamna ca 50% din energia din hidrogen este transformata in energie electrica, ramanand astfel restul de 50% sa fie transformata in caldura.Pentru o celula de hidrogen, care se afla la conditii standard, fara a exista scurgeri de reactanti, eficienta este egala cu tensiunea celulei impartit la 1.48 , bazata pe entalpia reactiei. Pentru aceeasi celula, a 2a lege a eficientei (Legea lui Gibbs) este egala cu tensiunea celulei impartit la 1.23 V (Aceasta tensiune este in functie de cantitatea de combustibil utilizat precum si temperatura celulei). Diferenta dintre aceste doua numere (diferenta de eficiente) este intotdeauna caldura.Pile de combustie sau in engleza Fuel Cells. O pila de combustie este o tehnologie care produce electricitate si agent termic (caldura) prin efectul invers de electroliza. Sir William Grove s-a gandit acum doua secole ca electroliza poate fi reversibila. Daca in cazul electrolizei separam hidrogenul de oxigen prin aplicarea unui curent, atunci sa construim un dispozitiv care sa produca energie electrica prin formarea apei din hidrogen si oxigen.

Caracteristici:-randament teoretic - 83%-tensiune maxima - 1.3V-combustibil: hidrogen-Poluare – 0

O pila de combustie poate fi imaginata ca un sandwich in care un electrolit se afla intre un catod si un anod. La interfata dintre catod se produce "oxygen reduction reaction - ORR" la cealalta interfata se intampla "hydrogen oxidation reaction - HOR". Electrolitul este o membrana polimer care este impermeabila ,nu permite gazului sa treaca si este conductoare de protoni. Principiul este cat se poate de banal, HOR-ul separa hidrogenul in electroni si protoni, permite protonilor sa treaca prin electrolit. Intre timp electronii trec printr-un circuit si efectueaza lucru mecanic util pentru a se combina cu protonii si oxigenul de pe cealalta parte (catod) pentru a forma apa.

Fuel-cell-urile nu opereaza pe un sistem termodinamic ciclic. Astfel ele nu sunt constranse precum motoarele folosite astazi in masini, insa nu putem spune ca legile termodinamicii nu pot fi aplicate fuel-cell-ului.Calculele arata ca eficienta maxima la care fuel-cell-ul poate ajunge este de 83%, in comparate cu eficienta ciclului Otto care este de 60% in aceleasi conditii.Temperaturile sub 0 °C sunt o ingrijorare majora pentru operatiile fuel-cell-urilor. Fuel-cell-urile au interiorul plin cu vapori de apa care pot sa se solidifice daca fuel-cell-ul si componentele acestuia nu sunt pastrate la o temperatura de peste 0 °C. Majoritatea fuel-cell-urilor nu sunt inca destul de robuste pentru a rezista unui mediu de sub 0 °C. Acest lucru insa este valabil numai daca fuel-cell-ul nu functioneaza, deoarece daca acesta functioneaza va crea caldura, care il va ajuta sa mentina o temperatura in interiorul sau de peste 0 °C. O solutie ar fi

introducerea unor mecanisme al caror scop sa fie mentinerea unei temperaturi de peste 0 °C.

3. Hidrogenul

Hidrogenul molecular necesar pentru automobilele cu hidrogen poate fi obtinut prin multe metode termochimice utilizand gaze naturale, carbune, etc. printr-un proces numit termoliza. Hidrogenul poate fi produs si din apa prin electoliza acesteia sau prin reducerea chimica folosid hidride sau aluminiu. Tehnologiile curente de producere a hidrogenului folosesc energia in numeroase forme , insumand 25 si 50 % din HIGHER HEATING VALUE din hidrogen, fiind folosita la producere, compresare si lichidifiere. Electroliza este cea mai ineficienta metoda de a produce hidrogen, folosind 65-112 % din HIGHER HEATING VALUE.

Hidrogenul are o concentratie volumiea redusa , egala cu apoape 1/3 din cea a metanului. Chiar si cand combustibilul este sub forma lichida, hidrogen lichid, concentratia volumica este mai mica decat cea a benzinei. Daca notam cu X= densitatea energica / greutate , atunci observam ca hidrogenul are de 3 ori mai mare acest X decat benzina (143 MJ/kg versus 46.9 MJ/kg). Datorita energiei necesare pentru a compresau sau lichidifia hidrogenul acesta are o eficienta mai mica privind de la momentul extragerii pana la folosirea lui, insa are o eficienta mai mare privind de la momentul in care a fost lichidifiat si pana la folosirea sa, aceasta comparata cu benzina.

Au fost facute cercetari incercandu-se folosirea unor materiale cristaline pentru a depozita hidrogenul la densitati mai mari si la presiuni mai mici.Un alt studiu a aratat ca buteliile necesare pentru a inmagazina hidrogenul sunt cu 40-60% mai usoare decat echivaletul in baterii, pentru o masina electrica, permitand astfel o mai mare raza de actiune a masinilor pe baza de hidrogen. Hidrogenul poate arde in motoarele conventionale in locul benzinei

Hidrogenul poate fi utilizat in baterii FC care genereaza energie electirca pentru masinile cu motor electric.Avantaje majore al optiunii FC:

Nu exista zgomot si vibratii ca la motorul cu ardere interna Motoarele electrice au randament mai bun, deci se reduce si consumul de

energie. masina cu FC oprita la semafor nu produce zgomot, pur si simplu

deoarece motorul ei nu functioneaza Zgomotul este mult redus la demaraje, deci poluarea fonica a oraselor va

fi mult redusa.

Marii producatori de automobile au pus deja la punct modele de masini care merg pe solutia FC, desi unii inca cerceteaza motoarele cu combustie. Probabil ca in 2005 vom vedea primele autoturisme de serie functionand cu FC, dar decizia nu este definitv luata, daca in FC va fi methanol sau hydrogen. Deocamdata nu exista o infrastructura a statiilor de alimentare cu FC.Pentru autobuze exuista cele doua concepte diferite, de motor cu combustie si FC. Ambele sunt mult mai putin poluante decat autobuzele diesel.

Hidrogenul a fost descoperit de faimosul fizician englez Henry Cavendish, care era “cel mai bogat dintre invatati si cel mai invatat dintre bogati”,dupa cum spunea unul dintre contemporanii sai. Putem adauga ca era si cel mai meticulos dintre oamenii de stiinta.Se spune ca atunci cand Cavendish la o carte din propia-i biblioteca intotdea-una isi punea in locul ei cartea de vizita.Cel mai linistit dintre savanti,devotat in intregime cercetarii stiintifice,intotdeauna absorbit de stiinta,avea reputatia unui pustnic

excentric.Ori acestea erau tocmai calitatile care faceau posibila deacoperirea noului gaz,hidrogenul. El a facut descoperirea in 1766,iar in 1783 profesorul francez Charles a facut sa zboare primul balon cu hidrogen. Hidrogenul a fost si pentru chimisti a descoperire pretioasa.El I-a ajutat sa descifreze structura acizilorsi bazelor,aceste foarte importante clase de compusi chimici. El a devenit un reactor de laborator indispensabil pentru precipitarea metalelor dinsolutiile de saruri si pntru reducerea oxizilor metalici.Si daca am presupune ca hidrogenul nu a fost descoperit in 1766,ci , sa spunem o jumatate de secol mai tarziu ( astfel de lucruri s-ar fi putut intampla),progresul chimiei in teorie si practica ar fi intarziat prea mult timp. Cand chimistii au inceput sa-l cunoasca indeajuns de bine si practicienii sa-l foloseasca pentru producerea de substante importante,acest gaz a atras atentia fizicienilor.Studiul lui le-a furnizat multe informatii care au imbogatit considerabil cunostiintele stiintifice din acea vreme.

4. Masini electrice

Puterea unui motor electric, ca si la alte motoare este masurat in kW. De exemplu 100 kW este echivalentul a aproximativ 134 CP, cu toate ca motoarele electrice dau un cuplu mare atat la turatii mici, cat si la turatii mari, deci performantele nu sunt echivalente cu cele ale unui motor pe benzina sau pe motorina, care are un cuplu limitat.

De obicei curentul continuu este transformat in curent alternativ prin intermediul unui transformator on-board, curentul alternativ fiind apoi transmis unui motor electric in 3 faze, motorul sincron.

Motor Electic

4.2 Motorul sincron

La motoarele prin inductie , rotorul se misca mai incet decat campul magnetic care il inconjoara . La motoarele sincrone , rotorul se misca in acelasi timp cu campul magnetic care il inconjoara . Un motor sincron simplu este constituit dintr-unul sau mai multi magneti permanenti , polii acestora fiind atrasi de polii opusi ai campului magnetic inconjurator , astfel incat se rotesc cu aceeasi viteza . La unele motoare , rotorul nu este un magnet permanent , ci un electromagnet , dar principiul de functionare este acelasi . Un alt tip de motor sincron foloseste flucturatiile de curent alternativ pentru a produce un camp magnetic care determina rotirea unei roti zimtate.Acesta este principiul de functionare a unor ceasuri electrice. Majoritatea motoarelor electrice genereaza miscare circulara.Unele au insa spirele stativului liniare ,producand un camp magnetic liniar , care va atrage materiale conductoare . Acest tip de motor se numeste motor prin inductie liniara si este utilizat pentru a pune in miscare usi glisante , benzi pentru bandaje la aeroporturi , precum si la conducerea unor trenuri de mare viteza .

Maşina de curent alternativ la care turaţia motorului este egală cu cea a câmpului învârtitor, indiferent de sarcină, se numeşte maşină sincronă.

Armătura inductorului maşinii este formată dintr-o succesiune de poli “N” şi “S”, realizaţi din electromagneţi excitaţi în c.c. sau prin magneţi permanenţi. În general, inductorul este rotor şi numai la maşini mici, din motive de spaţiu, poate fi stator, maşina fiind considerată în acest caz de conducţie inversă.

Inductorul poate fi cu poli aparenţi şi bobine concentrate aşezate pe aceştia sau cu poli plini, când înfăşurarea de excitaţie este repartizată în crestături. Înfăşurarea de excitaţii are capetele legate la două inele de pe arbore pe care calcă periile care fac legătura cu sursa exterioară de c.c. Motoarele sincrone mai au armătura inductoare o înfăşurare de tip colivie, numită “înfăşurare de amortizare” , utilizată la pornirea motoarelor. Circuitul magnetic al inductorului se poate realiza şi din piese masive de oţel, deoarece fluxul fiind produs de c.c. nu variază în timp şi nu produc pierderi.

Armătura indusului este formată din pachete de tole şi în crestăturile ei se gaseşte o înfăşurare trifazică conectată în stea. Gama largă de puteri, ca şi locul de utilizare, a condus la numeroase forme constructive al căror elemente, în afara celor precizate mai sus, pot diferi de la un tip la altul.

Astfel elementele specifice ale motorului sincron sunt: circuitul magnetic statoric; carcasa; înfăşurarea indusă; scuturile; plăcile de strângerea pachetelor de tole stator; butucul armăturii rotorice; poli inductori; înfăşurarea excitaţiei; excitatoarele; ventilatorul.Pentru motoarele sincrone există o serie de semne convenţionale după cum

urmează: înfăşurările indusului sunt notate cu “U”, “V”, “W” înfăşurarea de excitaţie se notează cu “F”

Maşinile (motoarele) sincrone pot funcţiona în regim de generator, de motor şi într-un regim de compensator de putere reactivă (compensator sincron).

Generatoarele sincrone (alternatoarele), constituie surse de curent alternativ de frecvenţă industrială din centralele electrice. Tendinţa este ca ele să se realizeze cu puteri cât mai mari pe unitate, pentru abţinerea de randamente mari şi consumuri specifice mici de materiale.

Generatoarele sincrone mari cu poli înecaţi, antrenate de turbine cu abur sau gaze la turaţii de 3000 rot/min. sau mai rar de 1500rot/min. se numesc “turbogeneratoare”, iar cele cu turaţii mici, cu poli aparenţi, antrenate de turbine hidraulice se numesc “hidrogeneratoare”.

Motoarele sincrone se folosesc la puteri de 100KW, în locul motoarelor asincrone, pentru funcţionarea la un factor de putere dorit sau chiar pentru

compensarea factorului de putere al reţelelor. Ca motoare mai mici se utilizează acolo unde se impune o turaţie sincronă.Compensatoarele sincrone sunt motoare sincrone care funcţionează în gol şi debitează putere reactivă în reţelele la care sunt conectate pentru a le imbunătăţi factorul de putere.

Dacă rotorul motorului sincron are înfăşurarea de excitaţie alimentată de o sursă de c.c. şi este antrenat de un motor cu viteză unghiulară se formează un câmp învârtitor de formă care produce printr-o înfăşurare de fază fluxul . Înfăşurările de fază fiind declarate în spaţii cu un unghi de 120, t.e.m. induse în cele trei înfăşurări statorice de fază sunt:

e01=E02cos(wt-/2) e02=E02cos(wt-/2-2/3) e03=E02cos(wt-/2-4/3)

unde: w=p E0=expresia pentru fluxul 0 de la funcţionarea în gol.

Dacă înfăşurarea statorică se conectează la o sarcină trifazată de impedanţe corespunzătoare, aceasta, ca şi înfăşurările, vor fi parcurse de un sistem trifazat de curenţi, curentul din faza de referinţă având forma:

i1=I2coswt-(/2+)

Unghiul de decalaj “” dintre t.e.m. e01 şi curentul i1 depinde de natura sarcinii şi de parametrii înfăşurării. În acest caz maşina cedează o putere electrică sarcinii, putere preluată prin intermediul câmpului electromagnetic de la motorul primar, funcţionând deci, în regim de generator. Reacţia indusului are o mare influenţă asupra comportării motorului sincron, nu ca la maşina de c.c. unde influenţa ei este, practic, neglijabilă.

Înfăşurarea trifazată a statorului, parcursă de sistemul trifazat de curenţi de forma celor daţi de relaţia i1=I2coswt-(/2+), produce la rândul ei un câmp învârtitor de reacţie care are aceeaşi viteză unghiulară şi acelaşi sens de rotaţie ca şi câmpul învârtitor inductor, dar decalat în urmă, ca şi curentul “i1”, faţă de fluxul care a indus t.e.m.:ba=Bacoswt--(/2+)

Deci, fluxul de reacţie prin înfăşurarea de fază a indusului va fi defazat faţă de fluxul inductor cu acelaşi unghi, având expresia:a=acoswt-(/2+)

iar t.e.m. indusă a acestui flux va fi:ea=wcoswt-(+)=Ea2cos(wt--)

Cele două fluxuri inductor 0 şi de reacţie a se compun şi dau un flux rezultat:

=0+a care induce a t.e.m. –E=E0+Ea

Pentru o urmărire mai simplă a fenomenelor de bază, ecuaţiile se vor deduce pentru maşina sincronă ci întrefier constant (cu polii plini), chiar dacă nu vor fi prinse unele particularităţi funcţionale specifice motorului sincron cu întrefier variabil (cu poli aparenţi).

Ecuaţia tensiunilor pentru o fază a indusului se determină aplicând regula dipolului generator:

U+RI+jx0I=E=E0+Ea

Unde : “R” este rezistenţa înfăşurării de fază “x0” este reactanţa corespunzătoare fluxului de scăpări a înfăşurării

respective.E este dată de relaţia E0+Ea=E

Dacă avem în vedere că a este în fază şi proporţional cu curentul i1, cum reiese din relaţiile: i1=I2coswt-(/2+) şi a=acoswt-(/2+), în baza relaţiei ea=wcoswt-(+)=Ea2cos(wt--) se poate scrie:

Ea=-jxaI

Unde xa este reactanţa corespunzătoare fluxului de reacţie.Cu relaţiile Ea=-jxaI şi U+RI+jx0I=E=E0+Ea se mai poate scrie:

E0=U+RI+jx0I+jxaI=U+RI+jxsI

Unde xs=x0+xa este reactanţa sincronă a motoruluiDacă tensiunea reţelei U şi t.e.m. E0 a generatorului au aceeaşi pulsaţie w1, se păstrează relaţia:

E0=U+RI+jx0I+jxaI=U+RI+jxsI

Având în vedere că la maşina sincronă rezistenţa R şi reactanţa x0 sunt mici faţă de reactanţa xs, iar în relaţia U+RI+jx0I=E=E0+Ea se poate considera UE şi ecuaţia E0=U+RI+jx0I+jxaI=U+RI+jxsI devine E0U+jxsI.

Cu aceste simplificări diafragma de fazori şi puterea electromagnetică a motorului sincron trifazat se aproximează cu:

Pe3EIcos3UIcos

Considerând că rotorul maşinii 1, E0 are pulsaţia w=p1, unghiul între , definit de reacţia indusului variază continuu iar cuplul electromagnetic dat de relaţia:

Pe(3UE0/xs)sin Me=Pe/1(3E0/1xs)sin

Este un cuplu alternativ, deci cu valoare medie nulă. Astfel ne dăm seama că motorul sincron nu dezvoltă un cuplu electromagnetic decât atunci când =1, adică rotorul are turaţia de sincronism impusă de pulsaţia w1 a reţelei la care este cuplată maşina. Dacă motorul sincron funcţionează pe reţea proprie ca generator, acesta impune şi frecvenţa reţelei alimentate. Din această cauză, cuplul electromagnetic al motorului sincron se mai numeşte “cuplu sincron”.

Dacă maşina cuplată la reţea funcţionează în regim de generator, adică dă energie activă în reţea, trebuie să fie antrenată de un motor primar care să conducă la creşterea unghiului între , definit la relaţia indusului şi Pe0, din relaţia:

Pe(3UE0/xs)sin Me=Pe/1(3UE0/1xs)sin

În regim de generator, câmpul rezultat este declarat în urma câmpului inductor. Dacă =0, motorul nu dă şi nu primeşte energie activă. Dacă la arborele maşinii apare un cuplu rezistent, care tinde să scadă turaţia rotorului, axa polului rotoric rămâne în urmă faţă de axa polului câmpului rezultant, deci =0, apare un cuplu sincron, motorul primeşte energie activă de la reţea şi dezvoltă un cuplu mecanic la arbori. În acest caz, acesta funcţionează în regim de motor. Când maşina este cuplată la reţea, dar nu se schimbă putere activă cu ea, deci =0, dar poate da sau primi energie reactivă, se spune că funcţionează în regim de compensator.Schimbul de energie a maşinii sincrone cu reţeaua la care este conectată depinde, cum s-a arătat, de regimul său de funcţionare.

Puterea utilă poate fi activă la motor, activ-reactivă la generator şi complet reactivă la compensator.

Randamentul unui motor fiind definit de puterile active- primită P1 şi cedată P2- se va urmări relaţia dintre aceste puteri şi pierderile de putere activă din motor. Ca orice motor rotativ, cel sincron are pierderi mecanice Pv – de frecare şi de mutilaţii, pierderi în circuitul magnetic al indusului PFe1 – datorită variaţiei în timp a fluxului magnetic, pierderile în înfăşurarea trifazată a indusului Pw=3RI2 şi pierderi în înfăşurarea de excitaţie Pex=ReFe

2.Randamentul, trebuie precizat pentru un anumit factor de putere.Reprezentarea schematică a bilanţului de puteri active, conduce şi la

relaţiile randamentului G – pentru generator şi M – pentru motor:G=P2/P1=P2/(P2+p)=3UIcos/(3UIcos+Pw+PFe+Pv(+Pex)M=P2/P1=(P1-p)/P1=(3UIcos-Pw-PFe-Pv(-Pex)/3UIcos

Pentru a dezvolta un cuplu activ, motorul sincron trebuie adus la turaţia de sincronism prin antrenarea cu un motor auxiliar sau prin pornirea în asincron.

La antrenarea cu un motor auxiliar, motorul sincron devine generator şi pornirea echivalează cu conectarea generatorului sincron la reţea. Acest mod de pornire formează “metoda sincronizării fine” şi se aplică numai la pornirea în gol a motoarelor.

La pornirea în asincron utilizată în mod curent, înfăşurarea de excitaţie este deconectată de la sursă şi este închisă pe o rezistenţă Rs, pentru limitarea supracurenţilor şi supratensiunilor, iar înfăşurarea de amortizare formează colivia întâlintă la motorul asincron.

Când s-a ajuns la turaţia de gol asincron, apropiată de cea sincronă se conectează înfăşurarea de excitaţie la sursa de c.c. Funcţie de poziţia relativă a polilor inductori faţă de cei ai indusului, în momentul conectării, poate apărea în sensul cuplului asincron şi cuplul sincron care aduce rotorul la sincronism dacă /2.

Dacă în momentul conectării /2, cele două cupluri sunt opuse şi maşina nu intră în sincronism. În acest caz se face o nouă încercare, deconectând şi conectând înfăşurarea de excitaţie. Când motorul nu a intrat în sincronism, se constată că absoarbe un curent mare a cărui valoare variază cu frecvenţa dată de alunecare (2=s1).

5. Siguranta

Masina viitorului va trebui sa fie cat mai sigura. Ea va trebui echipata cu ultimele echipamente dezvoltate pentru siguranta soferului si a pasagerilor.Un exemplu actual al acestor sisteme de siguranta il reprezinta Volvo S80.Structura avansata a caroseriei autovehiculului S80 se bazeaza pe panouri puternice si zone de deformare care interactioneaza. Otelul de cu patru grade de rezistenta contribuie la distribuirea si amortizarea fortelor de coliziune-in toate tipurile de accidente.

Scaunele din fata ala autovehiculului Volvo S80 sunt dotate cu sistemul WHIPS de protectie impotriva coliziunilor din spate pentru a preveni leziunile in zona gatului. In cazul in care autovehiculul sufera o coliziune suficient de puternica din spate, sistemul WHIPS protejeaza coloana vertrebrala si gatul ocupantilor.Sistemul Volvo brevetat de protectie impotriva impacturilor laterale distribuie forta impactului pe o suprafata mai mare a caroseriei reducand socul suferit de ocupanti. Airbagurile laterale funcioneaza impreuna cu acest sistem pentru a reduce riscul.

Sistemul de avertizare a soferului este primul sistem din industria autoturismelor care avertizeaza soferul asupra scaerii nivelului sau de concenrare. Impreuna cu sistemul de avertizare asupra parasirii benzii care semnalizeaza atunci cand autovehiculul trece peste marcajele de pe carosabil fara niciun motiv evident, sistemul este proiectat pentru a preveni accidentele cauzate de neatentia soferului

Farurile active Bi-Xenon ilumineaza urmatoarea sectiune a virajului. Cand se circula seara, pe drumuri cu serpentine, farurile active Bi-Xenon ale autovehicululi Volvo S80 revlecta mai degraba rotatia volanului pentru a ilumuina virajul- pana la 15 grade in ambele directii- decat sa ilumineze in fata. Si pentru a preveni uzura se deconecteaza automat in timpul zilei.

Pilotul automat adaptiv este prevazut cu sisteme de avertizare asupra coliziunii si de asistenta la franare (CWAB), care utilizeaza radarul si camera video pentru a detecta autovehiculele din fata. Daca ambele sisteme detecteaza o situatie critica, franarea automata este activata, insa in sitauatii mai putin grave soferul este avertizat, iar franele sunt pregatite pentru a fi actioante. SIstemul CWAB este proiectat pentru a micsora viteza de impact, si in unele cazuri chiar pentru evitarea accidentului.

Sistemul de control dinamic al tractiunii si stailitatii amelioreaza controlul asupra autovehiculului pe serpentina, intrerupand instantaneu tractiunea pe orice roata care isi pierde aderenta, pana ce aceasta este recastigata. sistemul antiderapaj detecteaza derapajele si franeaza separat rotile corespunzatoare pentru a readuce autovehiculul pe traiectoria corecta.Acestea sunt putine din sistemele de siguranta care ar putea fi prezente pe masina viitorului, acestea alaturi de ABS, airbag-uri si alte sisteme deja consacrat.

6. Masini din prezent, idei futuristice

O astfel de masina este Honda FCX Clarity.Aceasta prezinta un fuel-cell numit Vertical Flow (V Flow) care foloseste principiul de baza al fuel-cellului, prezentat anterior, prezinta o baterie lithium-ion care are ca scop salvarea de energie pentru a suplementa puterea masinii. Aceasta baterie este incarcata in momentul in care se franeaza, astfel ea nu trebuie incarcata de la o sursa de curent electric. Totodata ea prezinta un motor electric sincron si un rezervor pentru hidrogen, dar si Power Drive Unit-ul, este alcatui din transmisie si cutia de viteze.

Modelul Hyundai ix35 Fuel Cell Ix35 Fuel Cell nu este doar cel mai avansat vehicul eco produs de Hyundai, este un vehicul functional gata sa se supuna rigorilor utilizarii cotidiene in flotele publice sau private.

Din punctul de vedere al soferului sau pasagerului, ix35 Fuel Cell este aproape imposibil de deosebit fata de modelul cu propulsie conventional. Singura diferenta pe care soferul o poate sesiza este absenta zgomotului produs de motor, datorita utilizarii pentru ix35 Fuel Cell a unui motor electric inductiv extrem de silentios.

Operatiunea de downsizing a propriului sistem cu pila de combustibil permite modelului ix35 Fuel Cell sa transporte confortabil cinci pasageri. Plinul cu hidrogen la o statie specializata dureaza cateva minute – la fel ca si in cazul unui ix35 pe benzina.

Cu o autonomie de 588 kilometri, ix35 Fuel Cell elimina “anxietatea autonomiei” asociata adesea cu vehiculele cu propulsie alternativa.Cea mai mare diferenta pe care soferii si – mediul – il vor sesiza este ceea ce iese pe esapamentul lui ix35 Fuel Cell: doar apa.

Noul Hyundai ix35 Fuel Cell a primit un facelift exterior, cu o noua grila si alte elemente de design care il diferentiaza de precedentul vehicul pe care s-au facut testele.

In detaliu, modelul ix35 Fuel Cell a beneficiat de imbunatatiri majore. Economia de carburant si autonomia au fost imbunatatite cu 10 procente fata de modelul anterior. Sistemele interne au fost modificate astfel incat ix35 Fuel Cell sa poata fi usor construit pe o linie de asamblare conventionala la fabrica Hyundai din Ulsan.

Cel mai important aspect, noul ix35 Fuel Cell a fost conceput pe gustul soferilor europeni, cu o atentie mai mare acordata manevrabilitatii si dinamicii la rulare.Hyundai ix35 Fuel Cell are o serie de sisteme unice de operare care il diferentiaza clar de competitorii sai.

Spre deosebire de alte vehicule cu pila de combustibil care utilizeaza aer comprimat pentru a suplini oxigenul din celula de combustibil, Hyundai ix35 Fuel Cell utilizeaza aer ambiental. Aceasta reduce pierderile parazite din furnizarea de oxigen, crescand eficienta consumului si reducand necesarul de energie cu pana la 50 de procente. Pentru pasageri, eliminarea compresorului de aer inseamna mai putin zgomot in cabina.

Aditional bateriei cu celule de combustibil, ix35 Fuel Cell utilizeaza aceeasi baterie lithium-polymer care se regaseste si pe modelul Hyundai Sonata Hybrid. Un sistem de recuperare a energiei cinetice incarca bateria cand soferul apasa frana sau coboara pantele.

Ix35 Fuel Cell este echipat cu tehnologia stop/start, care inchide bateria de celule de combustibil si comuta pe bateria electrica doar cand vehiculul este la relanti, minimizand pierderea de energie in condusul urban. In concluzie, Hyundai ix35 Fuel Cell combina utilitatea cotidiana, stilul si trasaturile popularului Hyundai ix35 si adauga un bonus suplimentar extreme de motivant: emisii zero.

Programul Hyundai Fuel Cell Programul de dezvoltare al tehnologiei cu pila de combustibil Hyundai se deruleaza la Eco-Technology Research Institute din Mabuk, Coreea la aproximativ 45 de minute sud de Seoul. Centrul reprezinta varful cercetarii in domeniul propulsiei eco a constructorului Hyundai.

Centrul de cercetare in domeniul economiei de energie certificate LEED are propria statie de alimentare cu hidrogen si realizeaza propriile baterii de celule de combustibil in-house.

Programul a fost lansat in 1998, obiectivul fiind acela de a demara productia de serie a vehiculelor cu pila de combustibil pana la finalul anului 2012 si vanzarea lor pana in 2015.„Misiunea centrului de cercetare din Mabuk este de a crea vehicule cu emisii zero, viabile din punct de vedere comercial”, precizeaza Dr. Tae Won Lim, Managing Director of fuel cell R&D. „Modelul ix35 Fuel Cell a atins acest scop, oferind o alternativa clara pentru flotele publice sau private.”Specificatiile tehnice ale lui ix35 Fuel Cell

Lungime4,410 mm

Latime 1,820 mm

Inaltime 1,655 mm

Autonomie cu un plin 588 km

Eficienta energetica 0.96 kgH2/100km

Viteza maxima 160 km/h (100 mph)

Acceleratie, 0 - 100 km/h 12,5 secunde

Putere maxima a pilei de combustibil 100 kW

Sistem de stocare baterie, 24 kW

Combustibil Hidrogen (700 bar, 5.6 kg)

Emisii Vapori de apa

7. Bibliografie

1.Năstase Bichir, Dan Mihoc – “Maşini, aparate, acţionări şi automatizări”

INTERNET:2.http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_vehicle

3.http://automobiles.honda.com/fcx-clarity/how-fcx-works.aspx

4.http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle

5.http://www.explainthatstuff.com/electricmotors.html

6.http://www.physclips.unsw.edu.au/jw/electricmotors.html

7.http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell