model licenta

Upload: alinucu2003

Post on 10-Oct-2015

139 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

motor electric

TRANSCRIPT

  • UNIVERSITATEA MARITIM CONSTANA FACULTATEA ELECTROMECANIC NAVALA

    SPECIALIZAREA SISTEME ELECTRICE

    PROIECTAREA MOTORULUI SINCRON FOLOSIT N ACIONAREA

    ELECTRIC A UNUI PROPULSOR

    Coordonator tiinific: Conf. Univ. dr. ing. Violeta Ciucur

    Absolvent: Pnzaru Adrian

    - 2010 -

  • 2

    Cuprins :

    CAPITOLUL 1. PRINCIPALELE ELEMENTE CONSTRUCTIVE ALE MAINII SINCRONE

    1.1. Rotorul ........................................................................................................................ 7 1.1.1. Rotorul mainilor cu poli ieii (apareni) ................................................. 9 1.1.2. Rotorul mainilor cu poli necai .................................................................9

    1.2. Statorul ...................................................................................................................... 12

    CAPITOLUL 2. REGIMURILE DE FUNCIONARE ALE MAINII SINCRONE 2.1. Regimul de motor ................................................................................................. 16 2.2. Regimul de generator ................................................................................. 20

    CAPITOLUL 3. PROIECTAREA MOTORULUI SINCRON NAVAL 3.1. Calculul principalelor mrimi ............................................................................................... 23

    3.1.1. Curentul nominal pe faz ( )nI , pentru conexiunea Y ........................................... 23 3.1.2. Tensiunea electromotoare nominal de faz ( )1E ................................................. 23 3.1.3. Puterea aparent nominal interioar ( )iNS ......................................................... 23 3.1.4. Numrul de perechi de poli .................................................................................... 23 3.1.5. Factorul de nfurare wk ....................................................................................... 23

    3.2. Calculul dimensiunilor principale ......................................................................................... 24 3.2.1. Diametrul interior al statorului ............................................................................. .24 3.2.2. Diametrul exterior al statorului ............................................................................. 24 3.2.3. Pasul polar ..............................................................................................................24 3.2.4. Solicitri electromagnetice .................................................................................... 25 3.2.5. Lungimea ideal ..................................................................................................... 25 3.2.6. Verificarea coeficientului .................................................................................. 25 3.2.7. Geometria miezului ................................................................................................25

    3.3. nfurarea i crestturile statorului ...................................................................................... 26 3.3.1. Tipul i izolaia nfurrii ..................................................................................... 26 3.3.2. Numrul de crestturi ale statorului ............................................................................. 26 3.3.3. Pasul dentar al statorului ............................................................................................ 27 3.3.4. Pasul nfurrii ................................................................................................... 27 3.3.5. Factorul de nfurare al statorului ............................................................. 28 3.3.6. Numrul de spire pe faz ........................................................................................... 28 3.3.7. Numrul de conductoare efective ntr-o cresttur .............................................28 3.3.8. Verificri necesare ........................................................................................................ 28 3.3.9. Seciunea conductorului ........................................................................................ .29 3.3.10. Dimensiunile conductorului ................................................................................... 29

    3.3.10.1. Limea (orientativ) a crestturii ........................................................... 30 3.3.10.2. Limea (orientativ) a conductorului ...................................................... 30 3.3.10.3. Dimensiunile definitive ale crestturii ..................................................... 31

    3.4. Calculul limii ntrefierului .................................................................................................... 34 3.5. Dimensionarea circuitului magnetic ....................................................................................... 34

    3.5.1. Diametrul exterior al rotorului Limea piesei polare................................................ 34 3.5.2. Dimensiunile polului ................................................................................................. 35 3.5.3. Dimensiunile jugului rotorului .................................................................................... 36

    3.6. Dimensionarea nfurrii de amortizare ................................................................................ 36 3.6.1. Seciunea total a barelor pe pol ............................................................................... 36 3.6.2. Pasul crestturii nfurrii de amortizare ................................................................ 36 3.6.3. Numrul de bare pe poli .............................................................................................. 37

  • 3

    3.6.4. Seciunea unei bare de amortizare ............................................................................. 37 3.6.5. Diametrul barei de amortizare ................................................................................... 37 3.6.6. Seciunea transversal a inelului de scurtcircuitare ................................................... 37

    3.7. Parametrii nfurrii indusului n regim staionar ................................................................. 37 3.8. Caracteristicile magnetice i solenatia de excitaie la sarcin nominal ................................ 43

    3.8.1. Tensiunile magnetice i tensiunea magnetomotoare la te.m. nominal ....................43 3.8.2. Construcia caracteristicilor magnetice i determinarea solenaiei de excitaie nominala........................................................................................................................................... 47 A. Caracteristicile magnetice ale mainii sincrone B. Solenaia de excitaie la sarcin nominal

    3.9. Calculul infaurarii de excitatie ...................................................................................... 51 3.9.1. Seciunea conductorului nfurrii de excitaie .................................................. 51

    3.10. Parametri infaurarilor rotorului in regim staionar .................................................................. 54 3.10.1. Parametrii nfurrii de excitaie .......................................................................... 54 3.10.2. Parametrii nfurrii de amortizare ...................................................................... 55

    3.11. Parametri si constantele de timp ale regimului tranzitoriu ........................................................ 57 3.11.1. Parametrii n regim tranzitoriu .............................................................................. 57 3.11.2 Constantele de timp ale regimului tranzitoriu ...................................................... 58

    3.12. Calculul curenilor de scurtcircuit .................................................................................................... ...... 59 3.12.1. Curenii de scurtcircuit trifazat simetric ............................................................... 59 3.12.2. Curenii de scurtcircuit bifazat ............................................................................... 60 3.12.3. Curenii de scurtcircuit monofazai .......................................................................... 60 3.12.4. Curentul maxim de scurtcircuit brusc (oc) ........................................................... 61 3.12.5 Raportul de scurtcircuit (R.S.C.) ............................................................................ 61

    CAPITOLUL 4. CARACTERISTICILE MOTORULUI SINCRON 4.1. Cderea de tensiune %U ......................................................................................... 62 4.2.Curenii de scurtcircuit ................................................................................................... 62 4.3. Capacitatea static de suprasarcin ............................................................................... 62 4.4. Cuplul de rotaie la scurtcircuit brusc ........................................................................... 62 4.5. Pierderile i randamentul generatorului sincron ......................................................... 63

    CAPITOLUL 5. CALCULUL CARACTERISTICILOR DE PORNIRE N ASINCRON ALE MOTORULUI SINCRON

    5.1. Cazul n care parametrii nu sunt afectai de saturaia magnetic ............................... 66 5.2. Cazul n care parametrii sunt afectai de saturaia magnetic ...................................... 71

    CAPITOLUL 6. TRASAREA CURBELOR N V, I = f(Ie) PENTRU UN MOTOR SINCRON ........................................................................................................................................ 74

    CAPITOLUL 7. PROPULSIA ELECTRIC A NAVELOR. 7.1. Propulsia electric n curent alternativ ..................................................................................82 7.2. Scheme de propulsie n curent alternativ trifazat ..................................................................83 7.3. Scheme de excitaie ale instalaiilor de propulsie ................................................................... 90 7.4. Propulsie electric la nave- Pasagerul de lux Seven Seas Voyager ........................................93 7.5. Tipuri de nave cu propulsoare electrice ................................................................................ 100 Concluzii ...................................................................................................................................... 101 Bibliografie .................................................................................................................................. 102

  • 4

    Introducere

    Lucrarea PROIECTAREA MOTORULUI SINCRON FOLOSIT N ACIONAREA

    ELECTRIC A UNUI PROPULSOR reprezinta o lucrare de referina pentru un viitor inginer

    electrician si am ales aceasta tema luand in considerare importana masinii sincrone in

    producerea energiei electrice.

    Proiectul este dezvoltat pe 7 capitole incepand cu prezentarea componentelor mainii

    sincrone si continuand cu un capitol de proiectarea a unui motor sincron.

    Pornind de la datele de proiectare am calculat principalele mrimi, dimensiunile si

    Infaurarile statorului si ale intrefierului. Calculul l-am continuat cu circuitul magnetic,

    nfurarea de amortizare, solenatia de excitaie la sarcin nominal.

    In capitolul 5 pornind de la condiiile de pornire impuse unui motor sincron am calculat

    caracteristicile de pornire in doua cazuri distincte.

  • 5

    Lista Tabele : Tabel 1 Grosimile totale ale izolaiilor,jocului,istmului,penei pe laime si inaltime. Tabel 2 Valorile cotelor capetelor de bobina pentru infaurari in doua staturi. Tabel 3 Rezultatul calculelor,cu ajutorul carora se construiesc caracteristicile magnetice. Tabel 4 Grosimile totale ale izolaiilor,jocului ,istmului,penei de latime si inaltime.

    Lista Scheme : 1.1.Pari componente a unei maini electrice. 1.2.Tipuri de rotoare. 1.5.Construcii cu crestaturi rotorice. 1.6.Crestatura rotorica de turbogenerator. 1.7.Pene rotorice. 1.8.Fixarea bandajelor pe rotor. 1.9.Vederea de ansamblu a unui motor electric. 1.10.Miez statoric realizat din segmente. 1.11.Capetele de bobina in elocvent. 1.12.Transpunerea prin rasucire a conductoarelor in aceeai crestatura. 2.1.Bilanul de puteri active ale motorului sincron. 2.2.Caracteristica mecanica a motorului sincron. 2.3.Bilanul de puteri active ale generatorului sincron. 3.1.Seciune prin crestatura statorului mainii sincrone,aezarea conductoarelor si izolaiilor folosite. 3.2.Detreminarea grafica a lungimii frontale a bobinelor in doua straturi,din conductor profilat si din bare. 3.3.Inducii aparente in cele trei seciuni ale dintelui. 3.4.Seciunea transversala printr-un pol aparent cu bobine din conductor indoit pe muchie. 1.Caracteristica de mers in gol. 2.Diagrama vectoriala. 3.Curbele in V,pentru P=135kw si P=300kw. 1.Caracteristicile pentru turatie. 2.Schema de propulsie in c.a. cu turbine utilizata la nave cu 2 elice. 3.Schema de propulsie in c.a. cu turbine utilizata la nave cu o elice. 4.Schema de propulsie in c.a. cu turbine cu doua motoare de propulsie. 5.Schema de propulsie in c.a. cu motoare diesel. 6.Schema de propulsie in c.a. cu motoare diesel la o nava cu o elice. 7.Schema de propulsie in c.a. cu motoare diesel cu generatoare electrice duble. 8.Generatoare sincrone duble. 9.Schema de propulsie la nave cu elice cu pas reglabil. 10.Schema de excitatie la o nava cu o singura elice. 11.Schema de principiu pentru marirea cuplului critic. 13.Diagrama electrica a sistemului de distribuie de inalta tensiune. 14.Diagrama electrica de alimentare unuia din motoarele electrice de propulsie. 15.Sistemul de alimentare cu inele. 16.Sistemul de alimentare ,racire,rotire a propulsorului naval. 17.Sistemul de monotorizare a propulsorului.

  • 6

    Declaraie

    Prin prezenta declar c Lucrarea de licen cu titlul Proiectarea motorului sincron folosit in actionarea electrica unui propulsor naval este scris de mine i nu a mai fost prezentat niciodat la o alt facultate sau instituie de nvmnt superior din ar sau strintate. De asemenea, declar c toate sursele utilizate, inclusive cele de pe Internet, sunt indicate n lucrare, cu respectarea regulilor de evitare a plagiatului:

    toate fragmentele de text reproduse exact, chiar i n traducere proprie din alt limb, sunt scrise ntre ghilimele i dein referina precis a sursei;

    reformularea n cuvinte proprii a textelor scrise de ctre ali autori deine referina precis;

    rezumarea ideilor altor autori deine referina precis la textul original.

    Constana,

    Data

    Absolvent: Pnzaru Adrian

  • 7

    CAPITOLUL 1. PRINCIPALELE ELEMENTE CONSTRUCTIVE ALE MAINII SINCRONE

    Maina sincron este o main electric de curent alternativ, compus dintr-un stator i un rotor, unul indus, cellat inductor (de excitaie), turaia rotorului gsindu-se n raport constant cu frecvena reelei electrice la care maina este conectat.

    n maina sincron cmpul magnetic inductor (de excitaie) este produs de o coroan de poli excitai n curent continuu. Din punctul de vedere al fenomenului de inducie

    electromagnetic este indiferent dac armtura inductoare este stator, iar cea indus rotor sau

    invers. Spre deosebire de maina de curent continuu, la maina sincron statorul reprezint n

    marea majoritate a realizrilor indusul, iar rotorul este inductorul. Aceast alegere este justificat din urmtoarele motive:

    a) este mai uor de trecut prin contacte alunectoare (perii fixe - inele conductoare de contact), curentul continuu relativ redus necesar excitaiei dect curentul alternativ relativ important al indusului;

    b) n general, mainile sincrone se construiesc pentru tensiuni ale indusului relativ ridicate (chiar pn la 35 kV ntre faze) i la asemenea tensiuni contactele alunectoare ar prezenta o funcionare nesigur; curentul de excitaie este adus

    la contactele alunectoare la o tensiune care nu depete cteva sute de voli;

    c) este preferabil a izola la tensiuni nalte o nfurare fix dect una mobil; d) bobinele polare aezate pe miezuri polare (poli ieii) rezist mai bine la

    solicitrile centrifuge dect ar rezista nfurarea indusului plasat n crestturi.

    Construcia invers, cu rotorul indus i statorul inductor, se ntlnete numai la puteri

    relativ mici, sub 100 kW.

    n cele ce urmeaz va fi o scurt descriere a principalelor elemente constructive ale mainii sincrone.

    1.1. Rotorul. Mainile sincrone prezint dou variante constructive pentru rotor, dup cum este vorba de o main cu poli ieii (apareni) sau de una cu poli necai. Mainile cu poli ieii (hidrogeneratoarele, de exemplu) sunt maini de vitez rotoric relativ redus, de diametru rotoric mare, pe cnd mainile cu poli necai (turbogeneratoarele, de exemplu) au viteze rotorice relativ ridicate. Aadar, solicitrile mecanice diferite conduc la variante constructive diferite.

  • 8

    Figura 1.1. Prile componente a unei maini electrice

  • 9

    1.1.1. Rotorul mainilor cu poli ieii (apareni) se compune n general dintr-o roat polar format dintr-un butuc format fixat pe arborele mainii, o serie de brae i un jug (obad), care constituie corpul (miezul) inductorului adic partea prin care se nchid liniile de cmp al polilor de excitaie.

    Pe jugul roii polare se fixeaz polii mainii, compui din miezul polar i din piesa polar. Uneori braele roii polare lipsesc cu totul i miezul inductorului este fixat pe butuc sau chiar direct pe arborele mainii.

    Butucul se fixeaz pe arbore fie cu pan i an, fie prin introducerea forat la pres. n acelai mod se fixeaz i miezul inductorului pe butuc sau direct pe arbore.

    n piesele polare ale mainilor sincrone cu poli ieii se prevd crestturi pentru barele coliviei de amortizare. La generatoare, aceste bare amortizoare au rolul de a nbui armonicele de cmp i a mpiedica oscilaiile pendulare ale rotorului n regimurile tranzitorii. La motoarele sincrone, ca i la compresoarele sincrone pentru mbuntirea factorului de putere al reelelor electrice, barele amortizoare servesc ca nfurare de pornire, jucnd rolul de colivie de motor asincron.

    Una dintre problemele cele mai grele n construcia hidrogeneratoarelor de mare putere o

    constituie confecionarea crapodinei (reazmul crapodinei). ntr-adevr, sarcina pe lagrul principal, cuprinznd greutatea prilor rotitoare ale generatoarelor i reacia apei, care

    acioneaz asupra paletelor turbinei, ating la construciile cele mai noi valori foarte mari.

    A doua problem esenial o constituie obinerea momentului de inerie n legtur cu

    viteza de ambalare a grupului turbin-generator la descrcarea brusc. Un moment mare de

    inerie mrete timpul n decursul cruia agregatul atinge viteza maxim de ambalare.

    Turaia e ambalare poate ntrece pe cea nominal de pn la 2,5 - 3 ori, ns la o astfel de turaie apar n coroana rotorului solicitri mecanice foarte mari, care limiteaz diametrul

    rotorului i prin aceasta ngreuneaz obinerea momentului necesar de inerie.

    Motoarele i compensatoarele cu poli apareni au arbore orizontal n marea majoritate a cazurilor.

    1.1.2. Rotorul mainilor cu poli necai reprezint o pies foarte delicat din punct de vedere constructiv i tehnologic. Forele centrifuge care apar la vitezele mari ale rotorului

    creeaz n unele pri solicitri mecanice deosebite. Aceste solicitri cresc i mai mult la

    descrcarea brusc, cnd turaia turbogeneratoarelor crete. De aceea se prevede ca fiecare

    rotor sa suporte proba de turaie mrit cu 20 % peste valoarea nominal timp de dou

    minute. n legtur cu aceste solicitri mecanice deosebite, este firesc ca rotorul i piesele sale s se confecioneze din oel de mare rezisten, s fie de un diametru limitat (de obicei pn la

  • 10

    1,1 m) i de o lungime mare (pn la 6 - 10 m). Rotoarele turbogeneratoarelor au arbore orizontal. n ceea ce privete modul de confecionare, se deosebesc rotoare masive (monobloc) i compuse.

    Rotorul masiv (fig.1.2 a) se construiete dintr-un singur bloc forjat i apoi urmeaz procesul complicat de tratare termic i prelucrare mecanic.

    Figura 1.2. Tipuri de rotoare

    n direcia axial, pe ntreaga lungime a rotorului, se execut un canal central, care servete n primul rnd pentru examinarea materialului din zona central a blocului forjat, iar n al doilea rnd pentru descrcarea blocului forjat de tensiunile interne periculoase.

    Pentru a uura problema metalurgic, rotoarele turbogeneratoarelor de peste 50 MW se pot executa ca rotoare compuse din trei pri: partea central i dou flane (fig.1.2.b).

    n figura 1.2.c este artat un rotor din flane cu o lime de aproximativ 10 cm. Cavitatea interioar poate fi utilizat cu succes pentru aducerea aerului de rcire. Rotorul de

    acest tip este relativ simplu, ins cere o ajustare scrupuloas a flanelor, ceea ce ridic mult costul construciei din cauza numrului mare al acestora.

    Independent de construcia miezului rotorului, n acesta se execut n lungul

    generatoarelor prin frezare crestturi n care se aeaz bobinele de excitaie. Se deosebesc

    rotoare cu crestturi radiale (fig. 1.5.a) i rotoare cu crestturi paralele (fig. 1.5b), ultimile fiind mai puin obinuite. Aproximativ o treime din pasul polar este fr crestturi i formeaz

  • 11

    aa-numitul dinte mare, prin care trece partea principal din fluxul magnetic de excitaie al

    generatoarelor.

    n figura 1.6. este artat o seciune printr-o cresttur rotoric. Uneori nfurarea rotoric se face din aluminiu, care prezint principalul avantaj de a avea o greutate specific redus. Fixarea nfurrii rotorice n crestturi se face cu ajutorul penelor ale cror forme principale sunt artate n figura 1.7. Penele se fac att din oel magnetic cu carbon sau oel cu nichel, ct i din aliaje nemagnetice, bronz cu aluminiu sau oel cu crom-nichel.

    Fixarea prilor frontale ale nfurrii rotorului se face cu ajutorul unor puternice bandaje (fig. 1.8).

    Curentul continuu se aduce de la excitatoare (al crei indus se monteaz n consol pe captul arborelui rotoric care iese n afara lagrului din partea opus a turbinei) la

  • 12

    nfurarea de excitaie prin inele de contact i conductoare de legtur. La turboalternatoarele de putere mare inelele de contact se scot n afara lagrelor.

    1.2. Statorul. Ca la orice main electric, statorul mainii sincrone const din: a) partea activ, adic miezul magnetic cu nfurarea statoric plasat n

    crestturi;

    b) partea inactiv, cuprinznd carcasa, scuturile cu lagre, sistemul de camere i canale de ventilaie etc.

    Figura 1.9. Vedere de ansamblu a unui motor electric.

    Miezul statoric este constituit din tole de oel electrotehnic de 0,5 mm grosime, izolate ntre ele cu lac. Tolele se taie dintr-o bucat pn la diametre exterioare de 1000 mm. Pentru diametre exterioare mai mari miezul este realizat din segmente (fig. 1.10.), care se ntrees n dou sau trei straturi. Segmentele se fixeaz de nervuri ale carcasei, printr-o mbinare n coad de rndunic. Cnd strngerea tolelor se face prin buloane, acestea se pun la periferia exterioar a tolelor, de obicei, n locauri anume.

    n direcia axial, miezul magnetic se mparte n pachete de 6 - 10 cm lime fiecare. ntre pachete se las cu ajutorul unor distanoare canale de ventilaie de 10 mm lime. Pentru a-i da ntregului miez statoric rigiditatea necesar, el se strnge de ambele pri cu ajutorul unor plci speciale de strngere din font sau oel (nemagnetice).

  • 13

    La periferia interioar a tolelor statorice se prevd crestturi obinute prin tanare. n aceste crestturi se plaseaz nfurarea statoric indus.

    Numrul de crestturi ale statorului mainii sincrone depinde de pasul polar i de

    tensiunea de lucru a nfurrii. Atunci cnd tensiunea este ridicat, numrul de crestturi este

    mai redus, pentru a se micora spaiul ocupat de izolaia conductoarelor i crestturilor i a

    utiliza mai eficient miezul statoric. Numrul de crestturi este mai redus i n cazul unor pai

    polari mici, pentru a nu se ajunge la dini prea ubrezi.

    Figura 1.10. Miez statoric realizat din segmente La turbogeneratoare, care au un numr mic de perechi de poli (p = 1, ..., 3), se

    utilizeaz un numr mai mare de crestturi pe pol i faz, ceea ce conduce la o mai bun

    repartiie a cmpului n ntrefier. La hidrogeneratoare, care au un numr mare de poli, n mod

    firesc, crestturile care revin unui pol i unei faze sunt n numr mic (q = 1, .., 3). n acest caz suntem forai s apelm la un numr fracionar de crestturi pe pol i faz, pentru a reduce

    armonicele superioare ale cmpului. Utilizarea unui q fracionar suprim n mare msur i

    armonicele de dantur, astfel nct se pot folosi crestturi deschise i numai este nevoie s se

    ncline crestturile n raport cu muchiile pieselor polare de excitaie (sau invers). nfurarea statoric a mainilor sincrone, cu poli ieii se execut n mod curent n

    dou straturi, cu bobine egale, cu una sau mai multe ci de curent n paralel. La turbogeneratoare, exclusiv din bobine egale n dou straturi, capetele de bobin fiind aezate n dou planuri perpendiculare pe axul mainii sau fiind ndoite astfel nct s fie aezate pe suprafeele laterale ale unor conuri. Din partea exterioar capetele de bobin sunt puternic consolidate cu ajutorul unor piese nemagnetice, spre a se putea prelua solicitrile mecanice datorate forelor electrodinamice.

    Forma cea mai favorabil a capetelor de bobin la turbogeneratoare este cea n evovent (fig. 1.2.). Aceast form asigur o bun izolaie, meninnd constant distana

  • 14

    dintre conductoare n prile frontale, permind o ventilaie excepional de bun i uurnd consolidarea capetelor de bobine.

    Figura 1.11. Capetele de bobin n elocven

    n condiii normale de funcionare, partea din nfurarea statoric aflat n crestturi este puin solicitat din punct de vedere mecanic. Probleme deosebite ridic ns izolaia conductoarelor i crestturilor, deoarece nfurarea funcioneaz sub o tensiune relativ ridicat fa de mas (3 - 15 kv).

    Partea din cresttur a conductorului se poate izola n mod diferit de partea frontal. Se poate obine aa-numita izolaie n teac. Mult mai convenabil este ns izolaia continu, la care conductorul se nfoar pe ntreaga lungime cu cteva straturi nguste de micaband, prin suprapunerea pe jumtate. Avantajul acestei izolaii mai scumpe const n lipsa mbinrilor de izolaie ntre capetele de bobin i prile din cresttur ale conductoarelor.

    La turboalternatoarele de putere mijlocie i mare conductoarele nfurrii statorice atinge cteva mii de amperi. Pentru a se evita apariia curenilor turbionari mari n conductorul de seciune plin, acesta se mparte n conductoare de seciune mai mic legate n paralel i sudate la capete mpreun. ns aceast metod nu este suficient de eficace. Pentru reduce pierderile suplimentare n cuprul statoric la minimum, trebuie s se transpun conductoarele, adic s se mpleteasc ntre ele ntr-un anumit mod, astfel nct fiecare conductor pe jumtate din lungimea crestturii s urce de la fund pn la vrf i pe cealalt jumtate s coboare de la vrf la fund (fig. 1.12.). Aadar, un acelai conductor ocup de dou ori n nlime toate poziiile din cresttur, odat pe coloana stng i o dat pe coloana dreapt, ceea ce anuleaz aproape complet pierderile suplimentare prin cureni turbionari. Toate trecerile de pe coloana stng pe coloana dreapt se fac numai la vrf i la fund, pe primul i pe ultimul strat, aa c cele dou coloane se pot izola printr-un strat izolator, pus n

  • 15

    picioare ntre cele dou straturi externe de sus i de jos, pe care se fac trecerile de la o coloan la alta.

    Carcasa mainii sincrone trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:

    a) s asigure soliditatea i rigiditatea mecanic necesar, prelund sau transmind fundaiei eforturile ce rezult din cuplu electromagnetic i din atracia magnetic unilateral;

    b) s permit o bun ventilaie; c) s prezinte uurin de montare, de demontare i de transport.

    Carcasa se face uneori din font dintr-o seciune cu nervuri. La mainile mari ea se execut aproape exclusiv din oel, fie turnat, fie din tabl sudat ntrit cu diferite profile de oel.

    Fig. 1.12. Transpunerea prin rsucire a conductoarelor n aceeai cresttur.

    Pentru alternatoarele mici, carcasa se poate turna dintr-o bucat cu batiul mainii de care

    se prin lagrele. Adeseori ntlnim la alternatoare, care sunt maini relativ mari, dispozitivul

    cu carcas cu tlpi aezate pe o plac de fundaie de font sau de tabl de oel ntrit cu profile

    care joac rolul de batiu i poart pe ea i lagrele. Aceast plac are seciunea unui U rsturnat, fiind goal n interior, pentru a lsa loc jumtii inferioare a alterna torului. Pentru alternatoarele de mare putere, constructorii suprim placa de fundaie i aez cele dou tlpi

    ale carcasei i lagrele separat de fundaie.

  • 16

    CAPITOLUL 2. REGIMURILE DE FUNCIONARE ALE MAINII SINCRONE

    Maina sincron poate funciona n dou regimuri de baz: de generator i de motor. n regimul de generator maina transform puterea mecanic primit pe la arbore de la un motor (turbin cu aburi, turbin hidraulic, motor diesel etc.) n putere electric, debitat ntr-o reea de curent alternativ. n regimul de motor, maina transform puterea electric primit de la o reea de curent alternativ n putere mecanic, cedat de la arbore unui mecanism sau unei instalaii mecanice (pomp, compresor, rulouri transportoare etc).

    Maina sincron nu poate funciona n regimul de frn propriu-zis deoarece cuplul electromagnetic sincron apare numai atunci cnd rotorul mainii are aceeai vitez, ca i cmpul nvrtitor statoric (a crui vitez este impus de frecvena reelei de alimentare).

    n schimb, deseori se consider ca un regim distinct funcionarea mainii sincrone drept compensator al factorului de putere al unei instalaii electrice oarecare, care nregistreaz un factor de putere inductiv redus. Aa cum voi arta mai departe, regimul de compensator nu este un regim de baz. El coincide cu regimul de motor n gol.

    2.1. Regimul de motor. Maina sincron poate funciona i n regim de motor confirmnd nc o dat principiul general valabil al reversabilitii mainilor electrice.

    Vom arta mai nti c motorul sincron nu are un cuplu de pornire. Pentru aceasta, s

    presupunem c o main sincron este conectata cu partea statoric la o reea electric

    trifazat de pulsaie co. nfurarea triafzat a statorului va fi parcurs de cureni, formnd un

    sistem trifazat simetric echilibrat i va produce un cmp nvrtitor n sensul succesiunii

    fazelor cu viteza unghiular.

    Sa presupunem c rotorul cu nfurarea sa de excitaie parcurs de un curent continuu se

    rotete cu o vitez unghiular 1 . Fluxul total produs de cmpul nvrtitor de excitaie

    prin spirele unei faze statorice va fi

    10 0 0cos cosm mp p t = = (2.1.)

    n care 1t = este unghiul fcut la un moment dat t de axa unui pol nord a rotorului i axa de simetrie a nfurrii de faz statorice considerate.

    Energia de interaciune ntre rotor i nfurarea de faz va fi

    ( )0 0 2 cos cosmW i I p t = = (2.2.)

  • 17

    Dac curentul care parcurge nfurarea statoric este

    ( )2 cosi I t = (2.3.)

    Cuplul dezvoltat asupra statorului (conform principiului aciunii i reaciunii, acest cuplu este egal i de sens contrar cu cel exercitat asupra rotorului) se obine imediat

    ( )10.

    WM= 2 cos cosmi const

    p I p t t =

    =

    (2.4.) Acest cuplu are o valoare medie nul n decursul unei rotaii a rotorului, fiind un cuplu

    pulsatoriu n timp. Atunci cnd rotorul st pe loc i 1 0 = , cuplul este nul. Prin urmare, ntr-aevr, motorul sincron are cuplul de pornire nul, ceea ce reprezint un mare handicap n comparaie cu alte tipuri de motoare electrice. Dimpotriv, dac 1

    p = = , maina dezvolt

    un cuplu care are o medie diferit de zero. Aadar, dac rotorul se nvrtete n acelai sens i cu aceeai vitez ca i cmpul nvrtitor statoric, maina sincron dezvolt un cuplu. Acest cuplu este negativ n raport cu statorul i pozitiv n raport cu rotorul. Un cuplu pozitiv n raport cu

    rotorul nseamn un cuplu activ. Maina dezvolt deci putere mecanicP=M , pe care o cedeaz n cea mai mare parte mecanismului antrenat prin intermediul arborelui, iar restul acoper pierderile mecanice proprii. Maina preia aceast putere de la reeaua electric de alimentare. Deci ea funcioneaz n regim de motor electric. Aadar, motorul sincron nu dezvolt cuplu de pornire, dar, dac printr-un mijloc oarecare este antrenat pn la viteza de sincronism, atunci el poate dezvolta un cuplu activ.

    Motorul sincron poate fi adus la viteza de sincronism prin antrenarea lui de ctre un mic motor asincron cuplat pe acelai arbore care, dup prinderea" n sincronism a motorului sincron, este scos din funcie. O alt metod care se utilizeaz curent pentru pornirea motorului sincron este aa-numita pornire n asincron". n acest caz motorul este prevzut cu o

    colivie de veveri pe rotor, care dezvolt un cuplu asincron suficient pentru a accelera rotorul la mersul n gol sau cu sarcin redus pn aproape de viteza de sincronism.

    n timpul pornirii n asincron, nfurarea de excitaie este pus n scurtcircuit att din motive de securitate ct i pentru a ajuta pornirea. O dat adus rotorul aproape de viteza de sincronism datorit cuplului asincron, se conecteaz nfurarea de excitaie pe sursa de curent continuu necesar excitaiei mainii sincrone. Experiena arat c, dup alimentarea n

    curent continuu a nfurrii de excitaie, apare un regim tranzitoriu de accelerare a rotorului care, n cele din urm, se nvrtete chiar cu viteza de sincronism sub aciunea cuplului electromagnetic sincron. Motorul se prinde n sincronism". n mod automat, atunci cnd maina se rotete cu viteza de sincronism, colivia de veveri de pornire iese din funcie.

  • 18

    Pentru a stabili bilanul de puteri active al motorului sincron atunci cnd se nvrtete la sincronism i dezvolt un cuplu sincron M, vom apela la ecuaia de cupluri ce se exercit asupra rotorului n regim staionar.

    n afar de cuplul activ M, rotorul este solicitat de un cuplu rezistent Mr dezvoltat de instalaia mecanic antrenat, de cuplul de frecri mecanic proprii mM (datorit frecrilor n lagre, frecrilor rotorului cu aerul sau reaciei exercitate asupra paletelor eventualelor

    ventilatoare) i de cuplul rezistent Me dezvoltat n excitatoarea de curent continuu cuplat cu arborele motorului sincron sau plasat pe acelai arbore cu acesta (n cazul cnd sursa de excitaie este independent, evident Mc = 0, dar puterea necesar excitaiei va afecta puterea total absorbit de motor),

    r m eM M M M 0 = (2.5.)

    Desigur, puterea mecanic P2 cedat instalaiei antrenate va fi puterea dezvoltat de motor,

    2 rP M= . (2.6.)

    Corespunztoare cuplurilor Mm i Me se pot defini pierderile de putere Pm i eP pe baza relaiilor

    mP M= i e eP M= . (2.7.)

    nmulind relaia (2.5) cu i innd seama de notaiile (2.6) i (2.7), se obine urmtoarea egalitate:

    2 m eP M P P P= = + + . (2.8.)

    Aadar, puterea mecanic total dezvoltat de motorul sincron P M= se divide n trei pri: o parte , i de obicei cea mai mare, este puterea util transmis pe la arbore instalaiei mecanice antrenate; o alt parte servete pentru a acoperi frecrile mecanice

    proprii de toate naturile, iar ultima parte pentru a produce puterea electric necesar excitaiei, prin inteemediul excitatoarei de curent continuu.

    Puterea P M= este, evident, preluat de ctre rotor de la stator, prin intermediul cmpului electromagnetic. De aceea aceast putere este denumit electromagnetic. Ea provine de la reeaua electric trifazat care alimenteaz nfurarea statoric a motorului. n consecin se poate scrie

  • 19

    1 Cu1 Fe1P P P P= + + , (2.9.)

    n care Pi reprezint puterea activ absorbit de la reea, Pcui pierderile Joule n nfurarea statoric, iar Ppci pierderile n fierul statoric.

    Bilanul de puteri active ale motorului sincron este prezentat n figura 2.1.n ceea ce privete puterea reactiv, motorul sincron nu are nevoie de un curent de magnetizare absorbit de la reeaua de curent alternativ, precum motorul asincron, ntruct cmpul de excitaie este produs pe seama unei nfurri de curent continuu alimentat de la o surs indepedent de motor.

    Fig. 2.1. Bilanul de puteri active ale motorului sincron

    Acest fapt asigur motorului sincron un grad de libertate n legtur cu puterea

    reactiv de curent alternativ de alimentare. Prin urinare factorul de putere al motorului

    sincron va fi o mrime la libera alegere a constructorului sau exploratorului.

    Figura 2.2. Caracteristica mecanic a motorului sincron

  • 20

    Aa cum s-a artat mai sus, motorul sincron dezvolt un cuplu electromagnetic sincron numai dac viteza rotorului este egal cu cea corespunztoare cmpului nvrtitor statoric. Altminteri, cuplu sincron este nul (dei uneori cuplul efectiv nu se anuleaz pe seama apariiei unui cuplu asincron). In consecin, caracteristica mecanic a motorului sincron este eminamente dur (fig. 2.2.) pe toat gama de cupluri, pentru care viteza rotoric rmne egal cu cea de sincronism.

    2.2. Regimul de generator. S presupunem c nfurarea de excitaie a unei

    maini sincrone trifazate este alimentat n curent continuu de la o surs oarecare (de exemplu, de la excitatoarea de pe acelai arbore) i c rotorul este antrenat cu viteza unghiular ntr-un sens dat de ctre un motor primar oarecare, care dezvolt cuplul activ Ma.

    nfurarea de excitaie rotoric, fie c rotorul are polii apareni, fie c are polii necai, produce un cmp nvrtitor inductor cu viteza unghiular i cu p ; perechi de poli. Acest cmp nvrtitor produce la rndul su un flux 0 variabil n timp, prin spirele unei nfurri de faz a statorului. Dac cmpul nvrtitor inductor are o repartiie sinusoidal n spaiu, atunci acest flux variaz sinusoidal n timp cu o pulsaie:

    p = (2.10.) n nfurarea de faz considerat se induce deci o tensiune electromotoare Eo

    sinusoidal n timp, de aceeai pulsaie . n ansamblul celor trei nfurri de faz ale statorului se induce un sistem de trei tensiuni electromotoare simetrice, echilibrate. Sensul succesiunii n timp a celor trei tensiuni electromotoare este dictat de sensul de rotaie al cmpului nvrtitor inductor.

    Dac nfurarea statorului este conectat pe o impedan trifazat simetric ea va fi parcurs de cureni de faz, care formeaz, de asemenea, un sistem trifazat simetric, echilibrat.

    Maina debiteaz n impedan de sarcin o anumit putere activ 2P pe care o ia,

    evident, de la motorul primar. Maina funcioneaz deci n regim de generator electric. Ne

    convingem de aceast afirmaie dac apelm i la bilanul de puteri al mainii.

    Motorul primar dezvolt un cuplu activ Ma, al crui sens coincide cu sensul de rotaie al

    cmpului nvrtitor inductor. Motorul primar cedeaz mainii sincrone puterea mecanic.

    1 aP M= (2.11.)

    Asupra indusului mainii, adic asupra statorului, se exercit un cuplu electromagnetic.

  • 21

    Acest cuplu este pozitiv, fiindc oricare ar fi natura impedanei de sarcin. Acest cuplu

    tinde s roteasc indusul, (statorul) n sensul cmpului nvrtitor inductor, n sensul succesiunii fazelor statorului.

    Dar statorul nu se poate roti, fiind fixat n fundaie. Atunci, conform principiului aciunii

    i reaciunii din mecanic, asupra rotorului se exercit un cuplu egal ca mrime i opus ca sens.

    Prin urmare cuplul electromagnetic M care se exercit asupra rotorului are sens opus

    sensului de micare i reprezint un cuplu rezistent. n acelai timp, asupra rotorului se mai exercit i cuplul rezistent de frecri mecanice Mm, ca i cuplu rezistent Me exercitat de ctre

    excitatoarea de curent continuu, dac aceasta este cuplat pe acelai arbore cu rotorul mainii

    sincrone.

    Aadar, dac rotorul se nvrtete cu vitez de rotaie constant, =const., i dac considerm ca sens pozitiv al cuplului electromagnetic sensul cmpului nvrtitor inductor, atunci

    a m eM = M+M +M (2.12) sau, dup nmulirea cu viteza unghiular,

    1 m eP M P P= + + (2.13)

    n care m mP M= reprezint pierderile mecanice ale mainii, iar e eP M= puterea

    mecanic preluat de excitatoarc. Puterea - M P = reprezint, puterea electric ce revine statorului.

    Din puterea mecanic P o parte nsemnat se transform deci n putere electric i se

    transmite statorului prin intermediul cmpului electromagnetic din ntrefier. Aceast putere P M= a fost denumit putere electromagnetic.

    Din puterea P preluat de ctre stator cea mai mare parte 2P se transmite impedanei de sarcin, o parte mai mic Cu2P se pierde prin efect Joule n nfurarea trifazat a statorului i o ultim parte Fe2P servete pentru acoperirea pierderilor n fierul statorului.

    1 Cu1 Fe1P P P P= + + (2.14)

    In fierul rotoric nu se produc pierderi, fiindc rotorul este strbtut de un flux constant n

    timp.

  • 22

    Bilanul de puteri active al mainii sincrone n regim de generator este redat n figura 2.3.

    Figura 2.3. Bilanul de puteri active ale generatorului sincron

    n ceea ce privete puterea reactiv, generatorul sincron nu are nevoie pentru producerea cmpului magnetic de excitaie de un curent alternativ de magnetizare, aa cum era cazul transformatorului sau al generatorului asincron. Puterea de magnetizarenecesar cmpului magnetic de excitaie este preluat de la sursa de curent continuu de excitaie n perioada tranzitorie a stabilirii acestui cmp (cnd curentul de excitaie este variabil). Dup cum sarcina trifazat simtric are o natur inductiv, ohmic sau capacitiv, generatorul sincron poate furniza sau primi puterea reactiv necesar sarcinii, pe seama unei energii mai mari sau mai

    reduse localizat n cmpul de excitaie pe seama sursei de curent continuu din circuitul de excitaie. Generatorul sincron trifazat prezint caracteristici extrem de convenabile pentru producerea energiei electrice de curent alternativ i reprezint unica soluie general acceptat de toi constructorii de centrale electrice i de sisteme electroenergetice de utilizare general.

  • 23

    CAPITOLUL 3. PROIECTAREA MOTORULUI SINCRON NAVAL

    3.1. Calculul principalelor mrimi

    3.1.1. Curentul nominal pe faz ( )nI , pentru conexiunea Y:

    [ ]3400 10 45,6 A

    3 cos 3 6000 0,938 0,9N

    n

    N N N

    PIU

    = = =

    (3.1.1)

    unde s-a luat 0,938N = . 3.1.2. Tensiunea electromotoare nominal de faz ( )1E se calculeaz conform relaiei:

    [ ]1 1,055 3464 3954 VEM EME k U= = = (3.1.2)

    n care: tensiunea nominal de faz pentru conexunea Y este:

    [ ]1 6000 3464 V3 3N

    NGUU = = = (3.1.3)

    iar EMk este un factor ce depinde de 1x i cos N , avnd pentru valorile obinuite ale acestora valoarea 1,005EMk = .

    3.1.3. Puterea aparent nominal interioar ( )iNS

    [ ]1,055 474 500 kVAiN EM NS k S= = = (3.1.4)

    unde:

    [ ]400 474 kVAcos 0,938 0,9N

    NN

    PS

    = = =

    (3.1.5)

    3.1.4. Numrul de perechi de poli, conform relaiei:

    1

    1

    60 60 50 31000

    fpn

    = = = . (3.1.6)

    3.1.5. Factorul de nfurare wk de forma a t.e.m. i coeficientul de acoperire ideal a pasului polar i :

    Se estimeaz pentru calcule preliminare 0,92wk = . Factorul de forma Bk i coeficientul de acoperire ideal a pasului polar i se aleg din grafice i rezulta:

    1,14Bk = ;

  • 24

    0,61i = ; pentru urmtoarele valori ale parametrilor:

    0,7p = ; / 2M = ;

    / 0,02 = . 3.2. Calculul dimensiunilor principale

    Acest calcul are drept scop stabilirea diametrului interior al statorului (D), diametrul exterior al statorului ( )eD , i lungimea ideal ( )il n funcie de care rezulta gabaritul mainii.

    3.2.1. Diametrul interior al statorului se determin cu relaia:

    [ ] [ ]3

    33

    1

    60 2 60 500 10 6D= 4,82 48, 2255 1000 2

    iNS p dm cmC npi pi

    = = =

    ; (3.2.1)

    n care:

    3255 /C J dm = ; 2 = .

    Din curbe, pentru [ ]500iNS kVA= i 3p = , rezult [ ]55D cm= ;

    3.2.2. Diametrul exterior al statorului, pentru prima valoare a lui D(calculat), rezult:

    [ ]1,45 48, 2 69,9e DD k D cm= = = ; (3.2.2)

    iar pentru diametrul D din curbe, rezult:

    [ ]1,45 55 79,75e DD k D cm= = = ; (3.2.3);

    n care Dk pentru 2 6p = i NU >1000[V] are valoarea 1,45Dk = .

    Din motive tehnologice, diametrul exterior se standardizeaz la valoarea cea mai apropiat, aceasta fiind:

    [ ]74eD cm= ;

    pentru care se recalculeaz diametrul interior al statorului:

    [ ]74 521,45

    e

    D

    DD cmk

    = = = ; (3.2.4)

    3.2.3. Pasul polar se calculeaz cu formula:

    [ ]52 27, 22 6

    Dcm

    ppi pi

    = = = . (3.2.5)

  • 25

    3.2.4. Solicitri electromagnetice A (ptura de curent) i B (inducia magnetic n ntrefier) se aleg din grafice n funcie de p i , avnd valorile:

    [ ]A=380 A/cm ;

    [ ]B 0,8 T = .

    3.2.5. Lungimea ideal, se determin cu relaia:

    [ ]3

    2 2 2 2 21

    60 60 500 10 55,70,62 0,52 1000 407 10 0,8

    iNi

    CA

    Sl cmk D n ABpi pi

    = = =

    ; (3.2.6)

    unde:

    0,92 0,61 0,622 2 2 2

    wCA i

    kk pi pi = = = ; (3.2.7)

    3.2.6. Verificarea coeficientului :

    55,7 2,0427,2

    il

    = = = ; (3.2.8)

    3.2.7. Geometria miezului.

    Deoarece il >25[cm] i D>30[cm], rezult c miezul va fi cu canale radiale de ventilaie. Se impun orientativ 9vn = canale de ventilaie radial cu limea [ ]1 cmvb = .

    Deoarece maina este cu poli apareni se ia [ ]0,5 0,5 cmv vb b= = .

    vb -reprezint cantitatea cu care trebuie micorat lungimea mainii pentru canal, determinat de scderea amplitudinii induciei n ntrefier B , datorit existenei canalului radial de ventilaie.

    Lungimea geometric rezult conform relaiei:

    [ ]55,7 9 0,5 60,2g i v vl l n b cm= + = + = ; (3.2.9)

    Lungimea unui pachet de tole, considernd c toate pachetele sunt uniforme, este:

    [ ]60, 2 9 1 51,5 5,11 9 1 10

    g v vi

    v

    l n bl cm

    n

    = = = =

    + +; (3.2.10)

    ntru-ct il se ncadreaz n limitele admise ( )4 6 cm , rezult c miezul magnetic va avea 9vn = canale de ventilaie cu laimea [ ]1 cmvb = i 1 10vn + = pachete de tole cu lungimea de [ ]5il cm= .

    Lungimea fierului miezului magnetic (a tuturor pachetelor):

  • 26

    ( ) [ ]1 10 5 50FE v il n l cm= + = = ; (3.2.11)

    Lungimea geometric:

    [ ]50 9 1 59g FE v vl l n b cm= + = + = ; (3.2.12)

    Lungimea ideal:

    [ ]59 9 0,5 54,5i g v vl l n b cm= = = , (3.2.13)

    care este apropiata de valoarea rezultatdin calcul.

    3.3. nfurarea i crestturile statorului

    3.3.1. Tipul i izolaia nfurrii Fiind maini de nalt tensiune, nfurarea statorului va fi cu bobine prefabricate

    secii rigide. Pentru astfel de nfurare crestturile sunt deschise. Pentru clasa de izolaie F, dispunerea izolaiei nfurrii este urmtoarea:

    pe partea activ (n cresttur): teac izolant cu grosimea de 1,8 mm unilateral; pe partea frontal: band izolant clas F de 0,15x20 [mm], n 6 straturi 1/2 suprapuse,

    peste care se prevede un strat cap la cap, band de contracie pentru consolidare; izolaia ntre straturi: sticlotextolit sau liatex grosime de 2 mm.

    3.3.2. Numrul de crestturi ale statorului: 1Z 2 pmq=

    Impunnd q, rezult 1Z , ceea ce simplific considerabil problema. Totui la stabilirea lui 1Z , trebuie avute n vedere urmtoarele considerente:

    a) din motive de reducere a pulsaiilor, n ntrefier, se recomand ca pasul dentar , s fie cuprins ntre anumite valori optime (0,05 < 1t < 0,2 ). b) diminuarea armonicilor din curba cmpului magnetic, respectiv din curba tensiunii electromotoare induse reprezint o problem de care trebuie s se in seama n alegerea tipului de nfurare. Se recomand ca pentru ndeplinirea condiiilor de mai sus, alegerea lui q s se fac astfel:

    dac q > 4 se poate alege fie q = numr ntreg, fie q = numr fracionar;

    dac q < 4 se prefer numai q = numr fracionar. Astfel s-a ales q=4, pentru care rezult numrul de crestturi ale statorului

    1Z 2 3 3 4 72= =

    Considernd numrul de ci de curent n paralel a=l, se verific condiiile de simetrie ce trebuie ndeplinite de nfurrile trifazate, astfel:

    a) din condiia ca numrul de bobine pe faz i pe calea de curent s fie acelai, rezult:

    1Zm a

    =

    numr ntreg; (3.3.1)

    1 72 243

    Zm a

    = =

    (se verific) ; (3.3.2)

  • 27

    b) din condiia echilibrrii cilor n paralel pe faz, trebuie ca:

    2 pa

    = numr ntreg; (3.3.3) 2 2 3 6

    1p

    a

    = = (se verific) ; (3.3.4)

    c) pentru ca t.e.m. induse pe faz s fie egale i defazate cu 2 / mpi trebuie ca:

    1Zm t

    =

    numr ntreg, (3.3.5)

    unde t este cel mai mare divizor comun al numrului de perechi de poli p i al numrului de crestturi 1Z :

    t=c.m.m.d.c. (72, 3)=3, deci rezult:

    1 72 83 3

    Zm t

    = =

    (se verific) ; (3.3.6)

    3.3.3. Pasul dentar al statorului:

    [ ]11

    52 2,26 cm72

    Dt

    Zpi pi

    = = = ; (3.3.7)

    care se ncadreaz n limitele orientative de la condiia a). 3.3.4. Pasul nfurrii

    nfurarea fiind din conductor profilat ea se construiete numai din dou straturi, crestturile fiind din perei paraleli.

    Printre avantajele nfurrii n dou straturi este i acela al reducerii armonicelor superioare din curba t.e.m., printr-o scurtare convenabil a pasului principal al bobinei.

    Astfel pentru o diminuare simultan a armonicilor 5 i 7 din curba t.e.m. se obinuiete o scurtare a pasului principal cu 1/6 din pasul diametral, adic:

    156

    y y= = numr ntreg; (3.3.8)

    n care:

    1 3 4 122Zy m q

    p= = = = (3.3.9)

    este pasul metral, n crestturi,

    deci:

    15 5 3 4 106 6

    y y= = = = numr ntreg (par), (3.3.10)

  • 28

    ceea ce nseamn c nfurarea se poate face fie cu bobine egale ( nc =numr par), fie cu bobine neegale ( nc =numr impar) ns grupate dou cte dou, deoarece 1 52

    y= = numr

    impar.

    3.3.5. Factorul de nfurare al statorului

    Valoarea exact se determin pe cale tabelar n funcie de q i 1y , astfel avem:

    1 100,926; 0,83312w y

    yky

    = = = = . (3.3.11)

    3.3.6. Numrul de spire pe faz:

    12

    1

    1,055 3464 2404 4 1,14 50 0,926 7,2 10

    E N

    B w

    k Uw

    k f k

    = = =

    , (3.3.12)

    n care:

    [ ]20,61 0,272 0,545 0,8 7, 2 10 Wbi il B = = = ; (3.3.13) 3.3.7. Numrul de conductoare efective ntr-o cresttur, considernd o singur cale de curent (a=l), este:

    1

    2 2 3 1 240 2072c

    m a wn

    Z

    = = [conductoare / cresttur] ; (3.3.14)

    3.3.8. Verificri necesare

    Pentru valori definitive ale numrului de conductoare n crestturi ne i ale factorului kw sunt necesare urmtoarele calcule de verificare: Numrul real de spire pe faz, este:

    1 72 20 2402 2 3 1

    cZ nwm a

    = = =

    spire; (3.3.15)

    Verificarea ncadrrii n limite a pturii de curent:

    [ ]1

    45,6 20 403,5 A/cm2, 26 1

    N cI nAt a

    = = =

    (3.3.16)

    foarte aproape de valoarea aleas iniial (A=407A/cm).

    Fluxul util la sarcin nominal pe pol este:

    [ ]211

    1,055 3464 7,2 10 Wb4 4 1,14 50 0,926 240 N

    E N

    B w

    k Uk f k w

    = = = =

    ; (3.3.17)

  • 29

    Fluxul nominal la funcionarea n gol este:

    [ ]2

    20

    7,2 10 6,82 10 Wb1,055

    NN

    Ek

    = = = ; (3.3.18)

    Fluxul undei fundamentale pentru tensiunea nominal:

    [ ]2111

    3464 7 10 Wb2 2 50 0,926 240

    NN

    w

    Uf k wpi pi

    = = =

    ; .(3.3.19)

    Valoarea maxim a induciei n ntrefier este:

    [ ]27, 2 10 0,796 T

    0,61 0, 272 0,545i iB

    l

    = = =

    ; (3.3.20)

    fa de 0,80T aleas iniial din curbe, ceea ce nseamn c dimensionrile, pn n aceast etap, sunt bine fcute (D,ll,w,nc ). 3.3.9. Seciunea conductorului

    Seciunea conductorului efectiv, de forma cruia depinde n principal tipul nfurrii, se determin cu relaia:

    [ ]1

    1

    45,6 7,296 mm1 6,25

    NCu

    ISa J

    = = =

    ; (3.3.21)

    n care densitatea de curent 1J , pentru maini n construcie protejat cu ventilaie de tip axial-radial sau pur radial sau axial i cu [ ]1000 VNU , se ia n limitele 21 5 7 A/mmJ = .

    De mrimea seciunii conductorului, depinde forma (profilul) lui care la rndul su impune tipul constructiv al nfurrii i crestturii.

    Deoarece1

    26 20CuS mm ,forma conductorului (profilul) va fi dreptunghiular (profilat), izolat cu email tereftalic i dou straturi de fire din sticl, clas de izolaie F.

    Tipul constructiv al nfurrii pentru aceast seciune este conductor profilat n dou straturi cu bobine egale izolate (secii rigide). Forma crestturii va fi dreptunghiular, deschis.

    3.3.10. Dimensiunile conductorului, se stabilesc n funcie de dimensiunile crestturii i de modul de aezare al conductoarelor n cresttur; aceast aezare, precum i izolaiile folosite sunt prezentate n Fig.3.1.

    Materialul, grosimea i numrul de straturi sunt indicate n tabelul 1 cu ajutorul cruia se calculeaz izb i hiz.

  • 30

    Fig.3.1..Seciune prin cresttura statorului mainii sincrone, aezarea conductoarelor i izolaiile folosite.

    3.3.10.1. Limea (orientativ) a crestturii, avnd n vedere urmtoarele limite ale raportuluiconstructiv 0, 4 0,5 = , rezult n limitele:

    ( ) [ ]1 0, 4 0,5 22,6 9,04 11,3 mmcb t= = = ; (3.3.22) 3.3.10.2. Limea (orientativ) a conductorului, rezult din relaia:

    ( ) ( )[ ]9,04 11,3 4,3 4,74 7 mm1

    c izcu

    clc

    b bbn

    = = = ; (3.3.23)

    unde clcn =numrul conductoarelor pe limea crestturii, iar grosimile totale ale izolaiilor, jocului, istmului, i penei pe lime izb i pe nlime hiz, se iau din tabelul 1. Tabelul 1.

    Poziia din fig.l

    Denumirea, grosimea i numrul de straturi utilizate

    Grosimea rezultat

    Pe lime (mm) Pe nlime (mm)

    1 Izolaia conductorului (E2S) de grosimea bilateral de 0,45 mm

    1x0,45 = 0,45 19x0,45 = 8,55

    2 Izolaia bobinei pe partea activ (teac izolant din samicafoliu sau din band izolant special)

    2x1,8 = 3,6 4x1,8 = 7,2

    3 Izolaie fund cresttur (gros 0,5 mm) 1x0,5 = 0,5

    4 Izolaie ntre straturi (sticlotextolit grosime lram, 2 buci)

    2x1 = 2

  • 31

    5 Izolaie sup pan, sticlotextolit gros 0,5mm - 1 x 0,5 = 0,5

    6 Pan, sticlotextolit grosime 4mm - 4 7 Istmul crestturii - 1 8 Joc 0,25 K = 4.3 0,3 hu = 24,05

    Din STAS 2873 78 se alege conductorul din cupru electrolitic moale (CuEm), izolat cu E2S: CuEm 6,7 xl,l2PE2S = 7,29 [mm2];

    3.3.10.3. Dimensiunile definitive ale crestturii se calculeaz cu relaiile:

    Limea crestturii:

    bc = bCu x numrul conductoarelor pe limea crestturii+ izb = 6,7 x 1 + 4,3 = 11,0 [ ]mm ; nlimea crestturii:

    c Cuh h= x numrul conductoarelor pe nlimea crestturii+ izh =1,12 x 20 + 25 = 47,4.

    Se stabilete, prin rotunjire cresttura cu dimensiunile: [ ] [ ]11 mm ; 47,5 mmc cb h= = .

    Verificri necesare: a) Inducia n jugul statorului, conform relaiei:

    [ ]2

    11

    7, 2 10 6, 25 T2 2 0,95 0,5 0,0625j FE FE j

    Bk l h

    = = =

    ; (3.3.24)

    n care nlimea jugului statorului, fr canale axiale de ventilaie, este dat de relaia:

    [ ]1 74 52 4,75 6,25 cm2 2e

    j cD Dh h = = = ; (3.3.25)

    ntru-ct 1jB nu se ncadreaz n limitele recomandate (1,35 1,57T), trebuie modificat nlimea jugului prin modificarea diametrului interior. Astfel: - se impune [ ]1 1,45 TJB = ; - se calculeaz

  • 32

    [ ]2

    11

    7, 2 10 5, 22 cm2 2 0,95 0,5 1,45j FE FE j

    hk l B

    = = =

    ; (3.3.26)

    se determin diametrul interior:

    ( ) ( ) [ ]12 74 2 5, 22 4,75 54,6 cme j cD D h h= + = + = ; (3.3.27) pentru aceast valoare se recalculeaz urmtoarele mrimi la valorile definitive (dac se ncadreaz n limitele solicitrilor):

    [ ]54 28, 22 6

    Dcm

    ppi pi

    = = = ; (3.3.28)

    [ ]27, 2 10 0,796 T

    0,61 0, 282 0,545i iB

    l

    = = =

    ; (3.3.29)

    Deoarece inducia maxim n ntrefier nu se ncadreaz n limitele 0,98 1,02curbe curbeB B B < < , se impune [ ]0,8 TB = i rezult, definitiv

    [ ]27, 2 10 55,3

    0,61 0,282 0,8i il cm

    B

    = = =

    ; (3.3.30)

    Se ia pentru lungimea ideal valoarea rotunjit [ ]52,5il cm= ;

    creia i corespunde [ ]0,797 TB = , adic n limitele recomandate. Valoarea definitiv a raportului este:

    52,5 1,8628, 2

    il

    = = = ; (3.3.31)

    Miezul magnetic va avea tot 9 canale radiale de 1 cm fiecare i 10 pachete de tole de cte 4,5 cm fiecare. Valorile definitive pentru dimensiunile miezului magnetic al statorului vor fi deci:

    ( ) ( ) [ ]1 9 1 4,8 48 cmFE v il n l= + = + = ; (3.3.32) [ ]48 9 1 57 cmi FE v vl l n b= + = + = ; (3.3.33)

    [ ]0,5 57 0,5 9 1 52,5 cmi g v vl l n b= = = ; (3.3.34)

    iar pentru pasul dentar i ptura de curent vor fi:

    [ ]11

    54 2,35 cm72

    Dt

    Zpi pi

    = = = ; (3.3.35)

  • 33

    [ ]1

    45,6 20 388 A/cm2,35 1

    N cI nAt a

    = = =

    ; (3.3.36)

    adic n limitele:

    [ ]( )0,97 1,05 400 A/cmcurbe curbe curbeA A A A < < = ; (3.3.37) [ ]388 407 420 A/cm< < ;

    Valoarea definitiv a induciei n jugul statorului este:

    [ ]2

    11

    7,2 10 1,5 T2 2 0,95 0,48 0,0525j FE FE j

    Bk l h

    = = =

    ; (3.3.38)

    n care:

    [ ]1 74 54 4,75 5,25 cm2 2e

    j cD Dh h = = = ; (3.3.39)

    a) Inducia aparent maxim n dinii statorului va fi:

    [ ]2

    11max 2

    1min

    2,35 10 0,525 0,8 1,73 T0,95 0, 48 1,25 10

    id

    FE FE d

    t l BBk l b

    = = =

    ; (3.3.40)

    1mindb = limea minim a dintelui;

    [ ]1min 1 21, 4 9,5 11,9 mmd cb t b= = = ; (3.3.41)

    b) Valoarea exact a densitii de curent (dup definitivarea dimensiunilor conductoarelor i crestturii):

    21

    1

    45,6 6,25 A/mm1 7,29

    N

    Cu

    IJa S

    = = =

    ; (3.3.42)

    c) Valorile rapoartelor dimensiunilor constructive:

    1

    1

    11 0,4623,5

    cbt

    = = = ; (3.3.43)

    4,75 0,16828, 2

    ch

    = = = ; (3.3.44)

    47,5 5,3211

    c

    c

    hb

    = = = ; (3.3.45)

  • 34

    3.4. Calculul limii ntrefierului

    n cazul n care este mai mare, reactana sincron longitudinal are o valoare mic i deci maxM i kl sunt mari.

    De obicei pentru mainile normale cu poli apareni i varianta combinat. 1 1,6dx = u.r., n medie 1,3dx = u.r.,

    - limea ntrefierului , la mainile sincrone cu poli apareni i varianta combinat se determin cu relaia:

    ( ) ( ) [ ]4 4

    1

    0,36 10 0,36 10 388 28, 2 0,38 cm1,07 1,3 0,12 0,8d

    Ak x x B

    = = =

    ; (3.4.1)

    n care:

    1x - este reactana de scpri pe faz, care se estimeaz n limitele: 0,08-0,15u.r. k - coeficient ce ine scama de creterea tensiunii magnetice a ntrefierului, datorit

    existenei ntrefierului parazitar de mbinare dintre polii i jugul rotorului: k' =1,05 + 1,1 - pentru jugul rotorului din oel.

    Se stabilete valoarea rotunjit =4 [mm].

    3.5. Dimensionarea circuitului magnetic Dimensionarea circuitului s-au fcut odat cu calculul limii ntrefierului.

    3.5.1. Diametrul exterior al rotorului Limea piesei polare:

    [ ]2 54 2 0,4 53, 2 cmrD D = = = ; (3.5.1)

    Laimea razei polare:

    [ ]0,7 28, 2 19,7 cmp pb = = = ; (3.5.2)

    Raza de form a polului:

    ( ) ( ) [ ]2 2

    54 22,13 cm8 8 54 0,8 0, 4

    2 219,7

    pM

    p

    DRD

    b = = =

    + +

    ; (3.5.3)

    unde:

    2M = ; (3.5.4) i deci:

  • 35

    [ ]2 2 4 0,8 cmM = = = ; (3.5.5)

    nlimea piesei polare:

    [ ]2 2

    ' 2 2 19,71,5 22,13 22,13 4 cm2 2

    pp p p p

    bh h R R = + = + =

    ; (3.5.6)

    n care s-a luat, constructiv [ ]' 1,5 cmph = ;

    3.5.2. Dimensiunile polului:

    Limea polului:

    [ ] [ ]21,15 7,2 10 0,09051 m 9 cm

    0,97 0,59 1,6m FE m mb

    k l B

    = = =

    ; (3.5.7)

    n care:

    Coeficientul de scpri se determin cu relaia:

    2 235 35 0, 41 1 8,5 1,15

    28, 2k

    = + = + = ; (3.5.8)

    Unde 8,5k = pentru hp = 4 [cm];

    Lungimea polului:

    [ ] [ ]2 cm 57 2 59 cmm gl l= + = + = ; (3.5.9)

    Inducia n miezul polului: [ ]1,6 TmB = ;

    0,97Femk = pentru tole de tabl de 14- 2 [ ]mm grosime din care se vor face polii.

    nlimea polului:

    ( ) [ ] [ ]1,05 1,15 1,1 9 9,9 cm 10 cmm mh b= = = ; (3.5.10)

  • 36

    3.5.3. Dimensiunile jugului rotorului:

    nlimea jugului rotorului este:

    [ ]2

    22 2

    1,15 7,2 10 4,35 cm2 2 0,97 0,7 1,4j Fem j j

    hk l B

    = = =

    ; (3.5.11)

    unde:

    ( )[ ] [ ]2 10 20 cm 59 11 70 cmj ml l= + = + = ; (3.5.12)

    [ ]2 1,4 TjB = ;

    Diametrul interior al rotorului:

    ( ) ( ) [ ]22 54 2 0, 4 4 10 4,35 16,5 cmir p m jD D h h h= + + + = + + + = . (3.5.13)

    3.6. Dimensionarea nfurrii de amortizare

    nfurarea de amortizare se monteaz n piesele polare ale polilor apareni, cel mai frecvent barele de amortizare avnd seciune rotund.

    nfurarea de amortizare se dimensioneaz, orientativ, din condiiile unei amortizri corespunztoare a cmpurilor de succesiune invers la generator.

    3.6.1. Seciunea total a barelor pe pol:

    ( ) ( ) 21

    388 28, 20,15 0,3 0,15 0,3 262,5 525 mm6,25a

    ASJ

    = = = ; (3.6.1)

    3.6.2. Pasul crestturii nfurrii de amortizare ta se stabilete avnd n vedere micorarea pe ct posibil a pierderilor n bare date de cmpurile de succesiune invers. Astfel, considernd:

    b dq ac c

    = + = ; (3.6.2)

    1 72 6 84 12 2 3 3 2 2

    Zqpm

    = = = = + =

    ; (3.6.3)

    deci rezult: a=1; b=6; c=2; d=8

    Se recomand, pentru 9d < , ca 1 10,8 at t t < < .

  • 37

    Rezult [ ]1,75 cmat = Pentru generatoare se prefer barele din cupru, pentru c pierderile suplimentare sunt mici.

    3.6.3. Numrul de bare pe poli:

    19,7 1,75 10, 251,75

    p aa

    a

    b tn

    t

    = = = ; (3.6.4)

    Se adopt: na =10

    3.6.4. Seciunea unei bare de amortizare:

    2262,5 525 26,25 52,5 mm10

    a

    a

    a

    SS

    n

    = = =

    ; (3.6.5)

    3.6.5. Diametrul barei de amortizare, considernd barele rotunde

    ( ) [ ]4 26, 25 52,54 5,77 8,17 mmaa Sd pi pi

    = = = ; (3.6.6)

    Din STAS 391-72, pentru o amortizare mai bun, amortizare ca generator se ia [ ]9 mmad = , pentru care seciunea este 263, 2 mmaS = .

    Se adopt pentru istmul crestturii [ ]0 0 2,5 mmh b= = . 3.6.6. Seciunea transversal a inelului de scurtcircuitare:

    ( ) ( ) ( ) 20,4 0,5 0, 4 0,5 50, 24 10 200,9 251,2 mma a as s n = = = ; .(3.6.7)

    Conform STAS 2873-78 se adopt pentru inelul de scurtcircuitare, bar din cupru, de dimensiuni: 6-40 = 239 [mm2].

    3.7. Parametrii nfurrii indusului n regim staionar

    Dup cum s-a menionat, nfurarea statorului fiind pentru nalt tensiune, este construit din conductor profilat, n dou straturi, cu bobine izolate (secii rigide) .

    a) Lungimea frontal a bobinei statorului, se determin efectund la scar construcia grafic indicat n figura 3.2. Valorile dimensiunilor constructive sunt luate din tabelul 2.

  • 38

    Fig.3.2.- Determinarea grafic a lungimii frontale a bobinelor n dou straturi, din conductor profilat i din bare.

    Pentru construcia grafic s-au folosit urmtoarele valori:

    ( ) ( ) [ ]11

    54 4,752,56 cm

    72c

    medD h

    tZ

    pi pi + += = , (3.7.1)

    1 10y = ;

    Conform tabelului 2, rezult:

    a=4[cm]; r=3,5[cm]; 1r =1[cm]; iz =0,5[cm]=5[mm],

    iar, [ ]1 1 10 2,56 25,60 cmmedy t = = ;

    Tabelul 2.

    Valorile cotelor (cm) Pt.j.t. (UN 1000V)

    a 1,5 + 2,5 3,5 + 5 r 0,5 + 1 3 + 4

    1r 0,5 + 1 1 + 1,5

    iz 0,1 + 0,15 0,5 + 0,6

    Tabelul 2 - Valorile cotelor captului de bobin pentru nfurri n dou straturi

  • 39

    Din construcia la scar lungimea frontal a bobinei stator, msurat pe vederea desfurat din stnga figurii 2, se determin cu relaia:

    ( ) ( ) [ ]1 2 2 0,04 0, 22 0,0 58,5 cmf ABCDF BC medl l a l rpi pi= = + + = + + = ; (3.7.2) unde:

    BCl -s-a msurat pe desenul la scar, pe vederea desfurat a bobinei n m, iar

    1 / 2med br r h= + , de asemeni n [m].

    b) Lungimea medie a unei jumti de spir a nfurrii statorului este:

    [ ]1 57 58,5 115,5 cmwmed g fl l l= + = + = ; (3.7.3)

    c) Rezistena pe faz a nfurrii statorului, se calculeaz cu relaia:

    11

    1

    1,87 45,61 0,0246 . .3464

    Nr

    N

    R Ir k u r

    U

    = = = ; (3.7.4)

    n care kr =1, iar 1R , rezistena ohmic pe faz a nfurrii indusului, se determin cu relaia:

    [ ]111

    1 5541,38 1,8756 7,29 1Cu

    LRs a

    = = =

    ; (3.7.5)

    unde L, =lungimea total a conductoarelor unei faze i unei ci de curent n paralel, este:

    [ ]1 2 2 240 1,155 554 mwmedL w l= = = ; (3.7.6)

    d) Permeanta specific a scprilor n cresttur:

    1 4 2 41

    37 5,6 7,95 5,60,906 0,875 1,623 4 3 11 11 4 11c c c c

    h h h hk kb b b

    = + + = + + =

    ; (3.7.7)

    n care:

    '1 3 1 3 0,833 0,875

    4 4yk

    + + = = = ; (3.7.8)

    '1 3 0,25 0,75 0,875 0,9064 4

    k k = + = + = ; (3.7.9)

  • 40

    e) Permeanta specific a scprilor difereniale, se calculeaz cu relaia:

    ( ) ( )2 21 1 01 21 1

    2,35 4 0,926 1 0,950,9 0,9 0,6 10 0,344

    1,2 0, 4w d

    d dc

    t q k kk

    = = =

    ; (3.7.10)

    n care:

    1 2 1,19 1,01 1,20c c ck k k= = = ; (3.7.11)

    unde:

    11

    1 1

    2,35 1,192,35 0,97 0, 4c

    tkt = = = ; (3.7.12)

    cu:

    2 2

    1

    114 0,971155

    4

    a

    a

    = = =

    ++; (3.7.13)

    22

    1,75 1,011,75 0,069 0, 4

    ac

    a

    tkt = = = ; (3.7.14)

    cu:

    2 20

    20

    2,54 0,0692,555

    4

    b

    b

    = = =

    ++; (3.7.15)

    2 2

    011

    1,11 0,033 1 0,033 0,950, 4 2,35

    akt

    = = = ; (3.7.16)

    1 1d = ; 2

    1 0,6 10d

    = pentru q=4.

    f) Permeana specific a scprilor prin capetele dinilor, este dat de relaia:

    1

    0, 455 3 1 3 0,833 11,1 0,2460,44 45 45 41,1

    y

    a

    a

    + +

    = = =

    + + ; (3.7.17)

  • 41

    g) Permeana specific a scprilor n prile frontale este dat de relaia:

    ( ) ( )1 1 40,34 0,64 0,34 58, 2 0,64 0,833 28, 2 1,1252,5f f yiq ll

    = = = ; (3.7.18)

    h) Permeana specific total a nfurrilor statorului este dat de relaia:

    1 1 1 1 1 2,06 0,304 0,246 1,18 3,79c d z f = + + + = + + + = ; (3.7.19)

    i) Reactana de scpri pe faz a nfurrii statorului, este:

    11

    1

    6,63 45,6 0,087 . .3464

    N

    N

    X Ix u r

    U

    = = = ; (3.7.20)

    n care 1X se determin cu relaia:

    [ ]

    21

    1 1

    2

    0,158100 100

    50 240 52,50,158 3,33 6,63100 100 3 4

    ilf wXp q

    = =

    = =

    ; (3.7.21)

    j) Reactana util (nesaturat) corespunztoare fluxului de reacie longitudinal a indusului, se determin conform relaiei:

    '

    0

    0,875 9120 1,28 . .1,07 5823

    ad aad

    m

    k Fx u r

    k U

    = = =

    ; (3.7.22)

    n care:

    [ ]240 0,9260,9 0,9 3 45,6 9120 A3

    wa N

    w kF m Ip

    = = = ; (3.7.23)

    [ ]30 70

    0,82 2 1, 2 4 10 5823 A1,055 4 10m cE

    BU kk

    pi

    = = =

    ; (3.7.24)

    ' 1,07k =

    iar pentru 0,7; / 2; / 0,0142p M = = = se alege din grafice 0,875aqk =

  • 42

    k) Reactana util (nesaturat) corespunztoare fluxului de reacie transversal a indusului, se determin conform relaiei:

    0

    1 0, 4 9120 1 1, 2 0,69 . .2 5823 2

    ad a cad

    m

    k F kx u r

    U + +

    = = = ; (3.7.25)

    unde, pentru 0,7; / 2; / 0,0142p M = = = se alege din grafice 0, 4aqk =

    l) Reactana sincron longitudinal, este dat de relaia:

    1 1,28 0,087 1,37 . .d adx x x u r= + = + = ; (3.7.26)

    m) Reactana sincron transversal este dat de relaia:

    1 0,69 0,087 0,78 . .q aqx x x u r= + = + = ; (3.7.27)

    n) Reactana homopolar este dat de relaia:

    ( )( )

    20

    0 0 02 21 1 1

    7

    2 2 2

    0,52 2 2 1 7 243 27 18 3

    4 10 9120 0,525 2 3 0,5 1, 28 21,08 0,392 4 0,8330,926 7 10 72 0,875 0,926 3

    2 372

    a i adC f y y

    w N ad w

    F l xp px

    k Z k k Zpi

    pi pi

    = + + + + =

    = + +

    2 21 7 2 20,833 0,833 0,0847 . .27 18 3 3

    u r

    + + =

    (3.7.28)

    unde

    0C - permeana specific a scprilor n cresttur, pentru curenii homopolari, care pentru crestturi dreptunghiulare deschise se determin cu relaia:

    ( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )

    1 40 2

    1 3 2 9 5 9 812 12

    1 37 5,63 0,833 2 7,95 9 0,833 5 9 0,833 8 1,0811 12 12

    C y y yC

    h hhb

    = + =

    = + =

    (3.7.29)

    iar 0f - permeana specific a scprilor frontale, pentru curenii homopolari, care se determin cu relaia:

    ( )0 10, 2 0,5 0,35 1,12 0,392f f = = = ; (3.7.30)

  • 43

    3.8. Caracteristicile magnetice i solenatia de excitaie la sarcin nominal

    3.8.1. Tensiunile magnetice i tensiunea magnetomotoare la te.m. nominal:

    Tensiunea magnetic a ntrefierului principal pe o pereche de poli este:

    [ ]370

    0,82 2 1, 20 4 10 6144 A4 10m C

    BU k pi

    = = =

    ; (3.8.1)

    Tensiunea magnetic a dinilor indusului pentru o pereche de poli:

    a) Limile dintelui n cele trei seciuni se determin cu relaiile:

    [ ]min 1 1 2,35 1,1 1,19 cmd cb t b= = = ; (3.8.2)

    ( ) ( ) [ ]1 11

    54 4,751,1 1,46 cm

    72c

    dmed cD h

    b bZ

    pi pi + += = = ; (3.8.3)

    ( ) ( ) [ ]1 11

    2 54 2 4,751,1 1,66 cm

    72c

    dmed cD h

    b bZ

    pi pi + + = = = ; (3.8.4)

    b) Induciile aparente n cele trei seciuni ale dintelui se determin cu relaiile:

    [ ]2

    ' 1max 2

    min

    2,35 10 0,525 0,8 1,73 T0,95 0,48 1,25 10

    id

    Fe Fe d

    t l BBk l b

    = = =

    ; (3.8.5)

    [ ]2

    ' 12

    2,35 10 0,525 0,8 1, 48 T0,95 0, 48 1, 46 10

    idmed

    Fe Fe dmed

    t l BBk l b

    = = =

    ; (3.8.6)

    [ ]2

    ' 12

    max

    2,35 10 0,525 0,8 1,3 T0,95 0,48 1,66 10

    idmed

    Fe Fe d

    t l BBk l b

    = = =

    ; (3.8.7)

    Fig 3.3.

  • 44

    c) ntru-ct toate induciile sunt mai mici dect 1,8 T, din curba de magnetizare a tablei de oel electrotehnic laminat la rece cu cristale neorientate, pentru induciile de mai sus rezult:

    [ ]max 95 A/cmdH = ; [ ]18 A/cmdmedH = ; [ ]min 7 A/cmdH = ;

    Valoarea medie a intensitii cmpului magnetic este dat de relaia:

    ( ) ( ) [ ]1 max min1/ 6 4 1/ 6 95 4 18 7 29 A/cmd d dmed dH H H H= + + = + + = ; (3.8.8)

    Tensiunea magnetic a dinilor:

    [ ]1 1 12 2 4,75 29 275,5 Amd c dU h H= = = ; (3.8.9)

    Tensiunea magnetic a jugului statorului pentru o pereche de poli

    a) Lungimea medie a liniei de cmp:

    ( ) ( ) [ ]11 74 5,25 36 cm2 2 3e f

    jD h

    Lp

    pi pi = = =

    ; (3.8.10)

    b) Tot din curba de magnetizare a tablei de oel electrotehnic laminat la rece cu cristale neorientate, rezult c pentru 1jB = 1,52 [T] avem:

    [ ]1 22 A/cmjH = ;

    Tensiunea magnetic a jugului statorului este urmtoarea:

    [ ]1 1 1 1 0,38 36 20 273 Amj j jU L H= = = ; (3.8.11)

    unde 1 0,38 = s-a ales pe cale grafic n funcie de 1jB . Tensiunea magnetic a polului pentru o pereche de poli:

    a) Coeficientul de scpri al rotorului, este dat de relaia:

  • 45

    2

    20,816 101 1 1,117,2 10

    = + = + =

    ; (3.8.12)

    n care se determin cu relaia:

    [ ]7 26692 12,2 10 0,816 10 Wbm dj scU = = = ; (3.8.13) cu:

    [ ]1 1 6144 275,5 273 6692 Am dj m md mjU U U U = + + = + + ; (3.8.14) i pemeana total a cmpului de scpri al polului sc se determin conform relaiei:

    7 7 78,1 10 4,09 10 12, 2 10sc m p = + = + ; (3.8.15) unde:

    0

    7 7

    2 ln 12 2

    10 10 92 4 10 0,59 ln 1 8,1 102 10 10 2 10

    m m mm m

    m m m

    h h blc l c

    pi pi

    pipi

    pi

    = + + =

    = + + =

    (3.8.16)

    este permeanta de scpri n corpul polului, n care deoarece 2p=6, pentru cm se poate folosi relaia:

    ( )

    ( ) [ ]

    2 2

    2 2

    2 2

    2

    54 2 0,4 2 4 10 89 10 cm

    2 3

    p m m

    m m

    D h h bc b

    p

    pi

    pi

    + + +

    = =

    + + + = =

    (3.8.17)

    iar

    0

    7 7

    22 ln 1

    2

    1,5 2 3,16 19,72 4 10 0,59 ln 1 4,09 106,83 59 2 6,83

    p pm pp p

    p p p

    h h bl

    c l cpi

    pi

    pipi

    pi

    = + + =

    = + + =

    (3.8.18)

    este permeanta de scpri n zona piesei polare, n care deoarece 2p=6, pentru cp se poate folosi relaia:

    ( )

    ( ) [ ]

    2' 2

    2 2

    2 2

    2

    54 2 0,4 2 4 1,5 19,719,7 6,83 cm

    2 3

    p m p

    p m

    D h h bc b

    p

    pi

    pi

    + + +

    = =

    + + + = =

    (3.8.19)

    [ ]'2 2 4 1,5 3,16 cm

    3 3p p

    pm

    h hh

    + +

    = = = ; (3.8.20)

  • 46

    b) Cele trei valori ale induciei magnetice n corpul polului sunt:

    [ ]2

    max

    1,11 7,2 10 1,55 T0,97 0,59 0,09m Fem m m

    Bk l b

    = = =

    ; (3.8.21)

    ( ) ( )[ ]

    7

    7

    min max

    4,09 101,11 11 12,2 101,55 1,44 T1,11

    p

    m mB B

    = = = ; (3.8.22)

    ( ) ( ) [ ]min max min3 31, 44 1,55 1,44 1,52 T4 4mmed m m mB B B B= + = + = ; (3.8.23)

    Corespunztor induciilor de mai sus, din tabela de magnetizare a tablei de oel cu grosimea [ ]1 2 mm (pentru poli), rezult intensitile cmpului magnetic:

    [ ]max 30,5 A/cmmH = ; [ ]26,6 A/cmmmedH = ;

    [ ]min 17 A/cmmH = ;

    Valoarea medie a intensitii cmpului magnetic, se determin conform relaiei:

    ( ) ( ) [ ]max min1 14 30,5 4 26,6 17 25,6 A/cm6 6m m mmed mH H H H= + + = + + = ; (3.8.24)

    Tensiunea magnetic a polului este:

    ( ) ( ) [ ]2 2 10 4 25,6 716 Amn m p mU h h H= + = + = ; (3.8.25)

    Tensiunea magnetic a ntrefierului de mbinare, dintre pol i jugul rotorului pentru o pereche de poli, se calculeaz cu relaia:

    [ ]3max 70

    1,552 2 0,15 10 372 A4 10

    mm imb imb

    BU pi

    = = =

    ; (3.8.26)

    unde:

    [ ]0,015 cmimb = , jugul rotorului fiind din tole de tabl din oel.

    Tensiunea magnetic a jugului rotorului pentru o pereche de poli:

    a) Lungimea medie a liniei de cmp n jugul rotorului este:

  • 47

    ( ) ( ) [ ]22 15 5 10,5 cm2 2 3ir j

    jD h

    Lp

    pi pi+ += = =

    ; (3.8.27)

    n care pentru Dir = 15cm, nlimea recalculat a jugului este:

    ( ) ( )2

    2 54 15 2 0,4 4 105

    2 2ir p m

    jD D h h

    h + + +

    + + + = = = ; (3.8.28)

    b) Inducia magnetic n jugul rotorului are urmtoarea valoare exact:

    [ ]2 2

    22 2

    7, 2 10 0,816 10 1,18 T2 2 0,97 0,7 0,05j Fem j j

    Bk l h

    + +

    = = =

    ; (3.8.29)

    pentru care, din tabela de magnetizare a tablei de oel cu grosimea [ ]1 2 mm (pentru poli), se gsete:

    [ ]2 8,08 A/cmjH = c) Tensiunea magnetic a jugului rotor:

    [ ]2 2 2 10,5 8,08 85 Amj j jU L H= = = ; (3.8.30)

    Tensiunea magnetic a rotorului:

    [ ]2 716 372 85 1173 AmR mm m imb mjU U U U= + + = + + = ; (3.8.31)

    Tensiunea magnetomotoare pentru te.m. nominal:

    [ ]6692 1173 7865 Ami m djl mRU U U= + = + = ; (3.8.32)

    3.8.2. CONSTRUCIA CARACTERISTICILOR MAGNETICE I DETERMINAREA SOLENAIEI DE EXCITAIE NOMINAL

    A. Caracteristicile magnetice ale mainii sincrone

    La mainile sincrone se disting dou tipuri de caracteristici magnetice cu utilitate practic:

  • 48

    a) Caracteristica magnetic la funcionarea n gol: ( )mif U = (3.8.31)

    sau

    ( )eE f I= ; (3.8.32) b) Caracteristica magnetic parial:

    ( )m djlf U = - a statorului (3.8.33) ( )m mRf U = - a rotorului (3.8.34) ( )m djlf U = - a fluxului de scpri dintre poli. (3.8.35)

    Pentru construcia grafic a acestor caracteristici se calculeaz tensiunile magnetice corespunztoare valorilor fluxului determinate pentru diferite valori ale t.e.m. ca de exemplu:

    1 1 1 1 1 1 10,55 ;0,85 ; ; ;1,23 ;1,3N N N N E N N NU U U E k U U U= (3.8.36)

    Rezultatele calculelor se trec sub form de tabel (tabelul 3) cu ajutorul cruia se construiesc caracteristicile magnetice.

    Caracteristicile magnetice servesc la determinarea solenaiei de excitaie la sarcin nominal a mainii sincrone, care intereseaz cel mai mult.

    Tabelul 3.

    Relaia

    1 2 3 4 5 6 7 8

    1/ NE E U= u.r. 0,55 0,85 1NMU Ek 1,23 1,3

    V 1905,2 2944,4 3464 3654 4260,7 4503,2

    14 B wE

    k f w k = Wb 3,75 5,8 6,82 7,2 8,4 8,86

    i i

    Bl

    =

    T 0,417 0,644 0,758 0,8 0,932 0,985

    0

    2m CU B k =

    A 3202 4950 5823 6144 7163 7570

    ' 1max

    min

    id

    Fe Fe d

    t l BBk l b

    =

    T 0,9 1,39 1,64 1,73 2,01 2,13

    ' 1 idmed

    Fe Fe dmed

    t l BBk l b

    =

    T 0,77 1,19 1,40 1,48 1,72 1,82

    ' 1min

    max

    id

    Fe Fe d

    t l BBk l b

    =

    T 0,67 1,04 1,23 1,3 1,51 1,6

  • 49

    1 1 1max min

    0,763; 0,867; 1,01;c i c i c id d dFe Fe d Fe Fe dmed Fe Fe d

    b l b l b lk k kk l b k l b k l b

    = = = = = =

    maxdH A/cm 2 10 52 95 300 525

    dmedH A/cm 1,5 5 10 18 90 125

    mindH A/cm 1,2 3 5,5 7 20 37,5

    1dH A/cm 1,35 4,46 10,16 22,91 79,66 121

    1 1 12md c dU h H= A 14,5 52,5 154,3 275,5 1076 1681

    112

    jFe Fe j

    Bk l h

    =

    T 0,78 1,207 1,42 1,5 1,74 1,84

    1jH A/cm 1,3 5,1 12 20 100 160

    1 1 1 1mj j jU L H= ( )1

    A 29 (0,62)

    93,6 (0,51)

    173 (0,4)

    273 (0,38)

    1080 (0,3)

    1613 (0,28)

    1 1 1m dj m md mjU U U U = + +

    A 3245 5096 6150 6692 9319 10864

    1sc m djU = ^10~2 0,395 0,62 0,75 0,816 1,136 1,325

    m = + ( )/m =

    Wb -IO"2 4,14 (1,105)

    6,42 (1,106)

    7,57 0.11)

    8,01 0.11)

    9,53 0.13)

    10,2 0,15)

    maxm

    m

    Fem m m

    Bk b l

    =

    T 0,8 1,24 1,46 1,55 1,85 1,98

    minmB T 0,75 1,16 1,36 1,44 1,71 1,8

    mmedB T 0,787 1,22 1,43 1,52 1,81 1,93

    maxmH A/cm 4,05 9,2 18,35 30,5 148 215

    minmH A/cm 3,75 7,75 13 17 75,3 119

    mmedH A/cm 4 8,8 16,45 26,6 124 235

    mH A/cm 3,96 8,69 19,19 25,6 119,8 212,3

    ( )m 2m m p mU h h H= + A 111 243 537 716 3354 5945 max

    0

    2 m imbmimb

    BU

    =

    A

    191

    296

    349

    372

    442

    473

    22 22

    mj

    Fem j jB

    k l h

    ==

    T

    0,61

    0,945

    1,114

    1,18

    1,40

    1,5

    2jH A/cm 3 5,2 7,03 8,08 14,9 22,7

  • 50

    2 2 2mj j jU L H= A 32 55 74 85 156 238

    2mR mm m imb mjU U U U= + +

    T 334 594 960 1173 3952 6652

    1mi m dj mRU U U= + A 3579 3690 7110 7865 13271 17250 '

    0/ N = u.r. 0,55 0,85 1 1,055 1,28 1,3 '

    0/m m N = u.r. 0,6 0,94 1,11 1,17 1,39 1,49 '

    0/ N = u.r. 0,057 0,09 0,11 0,12 0,166 0,194 '

    0/mi mi m NU U U= u.r. 0,503 0,8 1 1,106 1,866 2,46

    '

    1 1 0/m dj m dj m NU U U = u.r. 0,456 0,716 0,864 0,941 1,31 1,527

    '

    0/mR mR m NU U U= u.r. 0,046 0,083 0,135 0,164 0,555 0,936

    B. Solenaia de excitaie la sarcin nominal Se determin cu metoda caracteristicilor magnetice pariale. Astfel, raportul de saturaie, este dat de relaia:

    ' '

    1'

    ''

    0,9 1,060,85

    m dj

    m

    U PPU PP

    = = =

    ; (3.8.37)

    pentru care din grafice, deoarece / 2m = rezult: 0,978sdk = ;

    0,9sqk = ;

    1 0,00105k = ;

    Solenatia de reacie a indusului, n u.r., este:

    0

    9120 1,28 . .7110

    aa

    m N

    FF u rU

    = = =

    ; (3.8.38)

    Solenatia transversal, cu influena saturaiei magnetice, este determinat cu relaia: 0,9 0,4 1,28 0, 46 . .sq aq ak k F u r = = ; (3.8.39)

    pentru care rezult:

    0 0,55 . .qE u r= ;

    Dup determinarea direciei axei (q) rezult: 50 = ;

    Solenatia eficient" de reacie a indusului care ine cont de efectul demagnetizant al componentelor longitudinal i transversal este:

  • 51

    ' 1sin cos

    0,978 0,875 1,28 sin 50 0,00105 28, 2 / 0, 4 1,28 cos50 0,9 . .

    sqadq ad a aF k k F k F

    u r

    = + =

    = + =

    (3.8.40)

    Din construcia grafic rezult solenatia de excitaie la sarcin nominal, n u.r. ' 1,9 . .eNOK F u r= = ; (3.8.41)

    Pentru a lucra acoperitor, ca urmare a unor abateri de la curbele de magnetizare sau uoare modificri de dimensiuni constructive, se majoreaz valoarea obinut cu circa 4 6% rezultnd:

    ( ) ( )' '1,04 1,06 1,97 2,014 . .eN eNF F u r= = ; (3.8.42)

    Solenaia de excitaie la sarcin nominal, n A, este:

    ( ) [ ]' ' 0 1,97 2,014 7110 14006 14320 A .eN eN m NF F U= = = ; (3.8.43)

    Se adopt valoarea [ ]14500 AeNF = ; Cderea de tensiune, n procente, este:

    1,24 1100 100 241

    KH KGUKG = = = % (3.8.44)

    care se ncadreaz n limitele impuse de STAS 1893-78, conform cruia cderea de tensiune procentual nu trebuie s depeasc 50%.

    3.9. CALCULUL NFURRII DE EXCITAIE nfurarea de excitaie, fiind situat pe rotor, este solicitat la aciunea forei centrifuge. De

    aceea, construcia nfurrii de excitaie trebuie s fie destul de rigid, pentru ca s nu sufere deformaii n funcionare sau s apar fenomenul de mcinare a izolaiei, datorit vibraiilor posibile n funcionare i deci pericolul strpungerii mai ales fa de mas.

    De aceea nfurarea de excitaie la mainile cu poli apareni de puteri mijlocii i mari, se construiete din bare ndoite pe muchie ntr-un strat sau n dou straturi.

    Astfel la mainile sincrone cu poli apareni se indic urmtoarele domenii orientative pentru tensiunea de excitaie: - pentru bobine din bare ndoite pe muchie [ ]24 80 VeNU = .

    3.9.1. Seciunea conductorului nfurrii de excitaie, considernd c toate bobinele sunt n serie, este dat de relaia:

    24 14500 1,431,1 1,1 0,0265 36, 26 mm50

    eN emedce

    e

    p F ls

    U = = = ; (3.9.1)

    unde s-a ales [ ]50 VeU = ;

  • 52

    1,1 - reprezint un factor de acoperire al diferitelor erori care s-ar putea strecura in calculul lui enF ;

    - rezistivitatea materialului pentru conductorul de excitaie n 2mm / m , la temperatura ( )C . Pentru clasa de izolaie F i 140 C = (pentru a lucra acoperitor)

    2140 201, 48 0,0265 mm / m = ;

    emedl - lungimea medie a spirei nfurrii de excitaie.

    Pentru polii apareni cu bobine din bare ndoite pe muchie se stabilesc: [ ]20 mmp =

    [ ]' 2 59 2 2 63 cmm m pl l= + = + = ; (3.9.2)

    ( ) ( ) [ ]19,7 91 1,1 1 1,1 5,35 5,87 cm2 2

    p mb bb

    = = ; (3.9.3)

    n cadrul acestor limite ale limii conductorului considernd bobina din conductor ndoit pe muchie, se va stabili conform STAS 2873-78, limea conductorului ntre 30+36mm . Se adopt preliminar

    b=36 [mm];

    lungimea medie a spirei nfurrii de excitaie se determin cu relaia:

    ( ) ( )( ) ( ) [ ]

    2 2 2 0,12 59 2 1,5 9 2 0,25 0,1 3,6 143 cm

    emed m m izl l b b bpi pi

    = + + + =

    = + + + = (3.9.4)

    n care constructiv din desenul la scar se adopt:

    [ ] [ ]15 mm 1,5 cmb = = ; [ ]0, 25 cmiz = ;

    Din STAS 2873-78 se ia conductorul din CuEm (cupru electrotehnic moale) avnd seciunea:

    21,06 36 37,9 mma b = = ; Din figura rezult c raza de ndoire pe muchie a conductorului va fi

    [ ]9 0, 25 4,75 cm2 2m

    izbR = + = + = ; (3.9.5)

    Verificarea razei pentru posibilitatea ndoirii pe muchie se face cu relaia:

    [ ]2 2360,05 0,05 6,12 cm

    1,06cbR Ra

    = = = ; (3.9.6)

  • 53

    Deoarece R> Rc rezult c acest conductor se poate ndoi pe muchie.

    Figura 3.4. Seciune transversal printr-un pol aparent cu bobine dm conductor ndoit pe muchie

    Curentul de excitaie este dat de relaia:

    [ ]35,5 3, 25 115 Ae ce eI s J= = ; (3.9.7)

    unde pentru rotor cu poli apareni 22,5 4 A/mmeJ = i s-a adoptat 23,5 A/mmeJ = ;

    Numrul de spire pe pol este dat de relata:

    14500 63,042 2 115

    eNe

    e

    Fw

    I= = =

    ; (3.9.8)

    Se ia 63 /ew spire pol= pentru care rezult:

    [ ]14500 115 A2 2 63

    eNe

    e

    FIw

    = = =

    ; (3.9.9)

    Astfel curentul de excitaie la funcionarea n gol va fi:

    [ ]0 7110 56,4 A2 2 63

    m Ne

    e

    UIw

    = = =

    ; (3.9.10)

    Rezistena ohmic a nfurrii