TEMA DE PROIECT

Să se proiecteze schema electrică de comandă, protecţie şi semnalizare a unui motor electric asincron cu rotorul în scurtcircuit, cu pornire stea-triunghi (comandat prin temporizare).

Comanda se va face cu contactoare de curent continuu, iar protecţia va fi la suprasarcină, supracurenţi şi scurtcircuit.

DATELE INIŢIALE :

Motor asincron cu rotorul în scurtcircuit tip AT 71-14A-2

Forţa rezistentă şi numărul de linii de dispersie 28 linii de dispersie şi forţa rezistentă 48N

ETAPELE PROIECTULUI

Proiectul va avea două părţi A şi B partea A fiind constituită din circuitul de forţă a motorului iar partea B va fi din partea de comandă şi semnalizare.

Partea A

Prezentarea principiului pornirii stea-triunghi şi condiţiile ce se impun motorului;

Datele motorului;

Realizarea schemei electrice desfăşurate (explicând şi funcţionarea ei)

Alegerea echipamentelor de forţă (contactoare, siguranţe fuzibile, releu termobimetalic, releu electromagnetic şi cablurile de alimentare)

PARTEA B

Alegerea echipamentelor de comandă şi semnalizare (transformatorul de separare, puntea redresoare, siguranţe fuzibile rezistenţa economizatoare, releul de temporizare, butoane, lămpi de semnalizare, conductoare de alimentare);

Determinarea caracteristicii de protecţie temporală şi explicarea ei;

Proiectarea preliminară a electromagnetului (de c.c.) de acţionare;

Definitivarea constructivă a electromagnetului de acţionare pe baza calculării dispersiei

Dimensionarea căilor de curent şi a contactelor contactorului de c.c.

2

INTRODUCERE

Pentru motoare cu puterea mai mare de 1kW sau a căror putere instalată depăşeşte 0.2% din puterea transformatorului de alimentare nu este permisă pornirea prin conectare directă la reţea datorită faptului că, curentul de pornire poate lua valori periculoase pentru motor, pentru mecanismele acţionate şi poate perturba funcţionarea altor consumatori.

Dintre metodele de pornire care limitează curentul de pornire al motorului, una din cele mai simple şi folosită metodă este pornirea Y-Δ. Metoda face parte din grupul metodelor de pornire cu tensiune redusă.

Metoda constă in alimentarea iniţiala a motorului la tensiunea de fază prin conectarea in Y a statorului şi comutarea ulterioara pentru tensiunile de linie prin conexiunea în Δ a statorului. Momentul comutaţiei se face cand turaţia a atins cel putin 90% turaţia nominală.

Pentru sesizarea momentului comutaţiei se poate folosi un tahogenerator sau in cazul sarcinilor constante un releu de temporizare, a cărui reglare se face experimental.

Prin comutarea Y-Δ tensiunile şi curenţii cresc de √3 ori, iar momentul creşte de 3 ori, de aceea metoda se aplică motorului care porneşte în gol sau cu sarcina redusă (motoare cuplate prin cuple elastice).

Pentru a putea fi pornit Y-Δ un motor trebuie să indeplinească două condiţii: tensiunea nominala egală cu tensiunea de linie =400V (Un=Ul=400V); să permită accesul la 6 borne statorice (începutul şi sfârşitul fiecărei faze).

1.MODUL DE FUNCŢIONARE AL SCHEMEI

Alimentarea schemei de comandă, protecţie şi control se face prin transformatorul de separare T (care poate juca şi rol de reducator de tensiune). Protecţia la scurtcircuit în primar a transformatorului se face prin siguranţele fuzibile F5, F6, iar a secundarului prin F7 si F8 ; transformatorul poate fi alimentat în primar la tensiunea de fază sau linie. Prezenţa tensiunii de alimentare este semnalizată prin lampa H1. Transformatorul T1 are in primul rând rol de protecţie nemai permiţand ca pantele mari de curent sau tensiune din instalaţia de forţă sa

3

treacă în caz de avarie în instalaţia de comandă, deoarece contactoarele sunt de curent continuu instalaţia de comandă este alimentată printr-o punte redresoare V1 , montată in secundul transformatorului şi protejată la scurtcircuit de siguranţele fuzibile F7 si F8 .

Condensatorul C0 are rol de filtraj; lampaH2 semnalizează prezenţa tensiunilor de comandă – adica corecta funcţionare a transformatorului şi a diodei redresoare.

Siguranţa fuzibilă F9 asigură protecţia in scurtcircuit a punţii redresoare V1 şi a schemei de comandă.

Butonul S1 este de oprire şi S2 de pornire. La acţionarea butonului de pornire S2(0-1), dacă conexiunea în Δ nu este realizată (k3(3-5) inchis), bobina contactorului k2(0-1) va fi alimentată şi prin închiderea contactorului de forţă (RA SB TC) se realizeză conexiunea Y a statorului.

Iniţial k2(3-5) este normal închis şi şuntează rezistenţa economizatoare R1

astfel încât la acţionarea curentului prin electromagnet este mare şi deci acţionarea rapidă şi sigură. Dupa acţionarea lui k2, k2(3-5) se deschide introducând în circuitul bobinei contactul k2 rezistenţa economizatoare R1. Aceasta rezistenţă are rolul de a limita curentul prin electromagnet de acţionare în poziţie închisă la o valoare de ≈10%In suficientă pentru a menţine atrasă armatura electromagnetului şi care reduce solicitarea termică a bobinei de excitaţie.

Odată cu acţionarea lui k2 se închide şi k2(2-4) care alimentează bobina contactorului k2(0-1). Dacă conectarea contactorului principal s-a realizat k1(0-1), atunci k1(2-4) memorează comanda de pornire a lui S2.

Contactorul principal k1 se automenţine prin k1(6-8).

Rezistenţa economizatroare R2 a contactorului k1 este comandată prin k1(3-5) .

Dupa acţionarea lui k1 prin k1(2-4) este alimentată bobina reală de temperatură k4T(0-1); după trecerea temperaturii (timp prestabilit), se inchide k4T(2-4), alimentarea bobinei cu k3(0-1); k3(3-5) va declupla pe k2, iar k3(2-4) va automenţine contactul k3. Automatizarea este posibilă doar dacă k2 a fost dezactivat, adică dacă k2(7-9) a revenit în poziţia închisă( interblocaj).

Rezistenţa economizatoare R3 este şuntată şi introdusă în circuit de k3(7-9), iar funcţionarea în conxiune Y este semnalizată de lampa H3(0-1) şi în Δ de H4(0-1).

Dupa acţionarea lui k4T prin k4T(3-5) el se autodezactivează.

Oprirea voită a motorului se face de la motorul S1, iar în caz de suprasarcină releeul termobimetalic F4 prin contactul F4(8-10) comandă oprirea instalaţiei.

4

Protecţia la scurtcircuit a instalaţiei de forţă care se realizează prin siguranţele fuzibile şi protecţia la suprasarcină prin releeul termobimetalic este suficientă pentru motoarele mici şi de sarcini cvasiconstante.

5

Caracteristica de protecţie este:

1-caracteristica de stabilitate termică a motorului;

2-caracteristica releului termobimetalic dependentă;

3-caracteristica siguranţei fuzibiladependentă;

Pentru o protecţie sigură pe zona activă, caracteristicile de protecţie sunt sub zona 1.Protecţia la scurtcircuit prin siguranţe fuzibile asigură rapiditatea necesară, iar caracteristica releeului termobimetalic (puternic dependentă) permite ca la pornire Ip=5÷8In protecţia sa nu acţioneze(de aceea siguranţele fuzibile acţionează de la 10÷15 In).

6

lnt

I/IN

2

3 1

2. MOTORUL. CARACTERISTICILE MOTORULUI

Se alege din STAS 2755/1-74 DIN 42673.

Tipul motorului este AT71-14A-2.

În tabelul de mai jos sunt prezentate caracteristicile motorului:

Destinaţia motorului Acţionare generală

Gradul de protecţie IP 44

Forme constructive de montaj IMB3

Tensiunea şi frecvenţa nominală 230/400V; 50Hz

Clasa de izolaţie B

Nr. de poli( turaţia de sincronism) 2/3000 min-1

Turaţia nominală 2700

Puterea 0,37 kW

Curenţi nominali de linie/fază 1,1/1,85 A

Randament 66%

Cos n 0,79

Moment de pornire relativ Mp/Mn 1,9

Moment max( critic) relativ Mm/Mn 2,2

Curent de pornire relativ Ip/In 5,5

Masa 6,3 kg

Moment inerţial 0,00165 daNm2

Motorul asincron trifazat cu motorul in scurtcircuit M1 este alimentat de la reţeaua RST prin siguranţele fuzibile F1, F2, F3 (pentru protecţia la scurtcircuit) şi prin blocul de relee termobimetalice F4 (pentru protecţia asupra sarcinii).

Conectarea la reţea are loc prin contactorul trifazat principal k1. Pentru pornirea Y-Δ primul va comuta contactorul k2, apoi k1, iar după un anumit timp (temporizat) se deschide k2 si se inchide k3 . Când k2 este inchis motorul este conectat in Y fiind alimentat la tensiunea de faza (230V), iar dupa ce deschidem k2, închidem k3, motorul este conectat in conexiunea Δ şi alimentăm la tensiunea de linie Ul=400V.

7

Carcasa motorului este conectată la priza de împământare (eventual nul de protecţie).

3. ALEGEREA ECHIPAMENTELOR DE PORTECŢIE ŞI CONTROL

3.1. Alegerea contactoarelor

Contactoarele pot fi alese în 3 feluri:

Prin calcul

La recomandarea producătorului de contactoare

Pa baza datelor de catalog

Obs) coeficientul de siguranţă 1,15..1,5 în funcţie de regimul de lucru(C1..C5)

, şi din caracteristicile motorului rezultă:

Se alege din STAS contactorul TCAC cu cod: CC6CF-4019, varianta cu 4 contacte auxiliare.

Corentul termic=curent serviciu/curent reglat (6/4,8)

Datele de catalog a contactorului CC6CF-4019 sunt:

Caracteristiciele tehnice:

Tensiunea nominală: 220 Vcc;

Frecvenţa de conectare: 600 contactări/oră;

Durata de conectare: 40(100)%;

Grad de portecţie: IP 000;

Execuţie climatică: „normal”, „naval”, „T3”;

Parametrii tehnici sunt daţi în tabelul de mai jos:

Tip Cod Curent nomi

Rezistenţa la uzură

Tensiunea de alimentare

Contacte auxiliare

Puterea absorbită de bobină

Greutate aparat

8

nal termic In(A)

electrică

a bobinelor

Vcc.

ND NI inchis

deschis

0,55

CC6CF

4019

6 0,8.106 24:110 8 0 10 10

7 1

6 2

5 3

4 4

Condiţii de lucru:

Altitudine maximă: 2000m;

Temperatura ambiantă: -35oC - +50oC;

Umiditatea relativă maximă a mediului 98% la 20oC;

Vibraţii cu amplitudinii şi frecvenţe conform normelor;

Şocuri simulând efectul loviturilor de tampon;

3.2. Alegerea cablului

Din STAS se alege cablu de Cu cu secţiunea de 1,5 mm2. Codul cablului ales este CYY 3x1,5 NID 6074-72.

3.3. Alegerea siguranţelor fuzibile

Am ales siguranţe fuzibile lente, cu filet, 660/220 Vca/cc. Codul acestor siguranţe este D II/ 4A; soclul pentru siguranţe: LFI( legătură faţă industrială), cod 2061; patrod cod 2240/4 A; capac cod 2004/E27; gabarit 62x42x61 mm.

Gradul de protecţie IP 000

3.4. Alegerea releului de portecţie

Acesta se alege în funcţie de curentul de serviciu, aici acesta este de 6 A.

9

S-a ales TSA 10, releu termic destinat protecţiei motoarelor la suprasarcină. El face parte dintr-o serie completă de relee care au curenţii de serviciu între 0,4 şi 100 A.

Caracteristicile tehnice

Tensiune nominală 660 Vc.a.;

Număr de poli:3;

Frecvenţa de conectare: 15 conectări/oră;

Domeniul de reglaj al releelor: (0,67-1).Is( Is=curent de serviciu);

Gradul de protecţie: IP 000;

Contacte auxiliare:

Tensiunea nominală: 500 Vc.a.; 220 Vc.c.;

Curent nominal termic: 6A;

Capacitatea de rupere: 220 Vc.a./1,8 A; 380V c.a./1,3A; 500 V c.a/1A;

Factorii de corecţei aplicabili în cazul variaţiilor temperaturii ambiante în afara limitelor +10..+35oC pentru releele TSA 10 sunt cele din tabelul de mai jos:

Tempratura mediului ambiant, oC

-20 -10 0 +10 +35 +40 +45 +50

Factor de corecţie 0,87 0,9 0,93 0,96 1,07 1,1 1,13 1,15

3.5. Alegerea releului de timp

Din STAS s-a ales releul de timp RTpa-5, având codul 71806.

Caracteristici tehnice:

10

Tensiunea nominală: 110V;

Tensiunea de pornire: (0,7..1.1).Un;

Tensiunea de inchidere: 0,03Un;

Consumul de putere: 30W;

Caracteristic generale:

- intervale de timp: 0,2..1.3 s; 0,5..3,5 s; 1,5..9 s; 4..20 s;

- temperatura de lucru: -30oC..+40oC;

- presiunea atmosferică: 86..106 kPa;

- umiditatea relativă: 80% la +20oC;

- rezistenţa izolaţiei: 2 Mohmi;

- nr de conectări: 5000;

3.6. Alegerea cablurilor pentru conexiuni interioare

Se aleg Myff 1x0,75 mm2/660V, STAS 9108/80

3.7. Alegerea butoanelor şi a lămplilor de semnalizare

Butonul S1 – tip ciupercă, de culoare roşie, pentru oprire, de diametru 40 mm, având codul P9M ER4RN.

Butonul S2 – obişnuit, cu inel de gardă, de culoare verde, pentru pornire, având codul XB4W33G5.

De asemenea se aleg 4 lămpi de semnalizare:

H1 – 230V – cod XB4BVM3;

H2 – 110V – cod XB4BVG3;

H3 – 110V – cod XB4BVG5;

H4 – 110V – cod XB4BVG6;

3.8. Calculul bilanţului de putere. Alegerea transformatorului.

3x10W+30W+3x3W= 69 W

Vom alege TMAC 100, alimentat în primar 230V având în secundar 115V. Are un randament de 0,85.

Tip Putere în Puterea Cote de Greutatea

11

TRAFO regim de lungă durată

maximă admisă în regim de scurtă durată

50 ms

gabarit

[mm]

[kg]

Cos =1 Cos =0,3 L B H

TMAC 100

100 VA 250 120 80 140 3,9

Calculul transformatorului pentru alegerea siguranţelor fuzibile.

Se aleg siguranţe fuzibile de 2A în primar: F5, F6 şi de 4A în secundar F7, F8. siguranţele F5..F8 sunt siguranţe normale, iar siguranţa F9 este siguranţă ultrarapidă de 4A.

3.9. Alegerea punţii redresoare şi a condensatorului de filtraj

Puntea redresoare. Caracteristicii şi calcul

Curentul mediu redresat este I2=1,05A. Tensiunea medie redresată este U2=115V.

Uram( pulsaţia tensiunii redresatre trebuie să fie mai mică de 0,7V. De asemenea variaţia tensinii reţelei trebuie să fie . Căderea relativă de tensiune pe rezistenţa internă a punţii: =0,15. Tesiunea maximă U1max=3Umediu

redresat=345 V, iar I0max=Imediu redresat/m. , I0max= 0,525 A unde m este numărul de alternanţe redresate( m=2).

Curentul de vârf repetitiv IDmax=8I0max=4,2 A.

12

Din toate aceste considerente se alege puntea redresoare 10PM4 cu următoarele caracteristici:

- Uinv. de vârf repetitivă=400V

- ID curentul nominal= 10A

- IFSM – curent direct de vârf de suprasarcină accidentală= 180A

- I2.t= 162 A2s – integrala de curent

Alegerea condensatorului de filtraj

Condiţia impusă este ca amplitudinea fundamentală să nu depăşească 0,7V.

Ri – rezistenţa internă a punţii.

l2 – amplitudinea tensiunii în secundarul transformatorului

Capacitatea condensatorului este dată de formula:

Din STAS 7675/73 se alege EG 11.62 cu următoarele date caracteristice:

- toleranţa -20%.. +50%

- la 100Hz şi 20oC şi tensiuni mai mari de 200V

- curent de fugă

- tensiunea de vârf 1,1.UN(350V)

13

4. CALCULUL ELECTROMAGNETULUI DE ACŢIONARE AL CONTACTORULUI

Definitivarea constructivă se face prin calculul dispersiei, numărul de linii de dispersie este N=20.

Calculul de proiectare a electromagnetului de curent continuu utilizat pentru acţionarea contactorului

Contactoarele electromagnetice sunt larg răspândite deoarece comanda acestora se face sigur, simplu şi comod iar preţul lor este relativ scăzut comparativ cu alte aparate de comutaţie.

Contactoarele de curent continuu au un circuit magnetic tip clapetă, cu armătura mobilă sprijinită pe o prismă pentru a asigura o rezistenţă mai mare la uzură. Aceste contactoare sunt prevăzute uneori cu rezistenţe economizatoare legate în serie cu bobina de acţionare.

Calculul electromagnetului de curent continuu,prezentat în acest capitol,are în vedere un calcul prelminar,de proiectare şi verificare,prin folosirea unor relaţii relativ simple pentru determinarea circuitului magnetic şi electric ,făcându-se în final verificarea solicitărilor termice.Relaţiile sunt riguroase deoarece se introduc coeficienţi de corecţie empirici,metoda putând fi echivalentă cu un calcul de optimizare, parametrii utilizaţi oferind posibilitatea analizării influenţei diferiţilor factori asupra caracteristicilor şi dimensiunilor electrmagnetului,mărindu-se totodată precizia calculului.

Datele iniţiale de proiectare sunt:

tensiunea nominală de alimentare :U;

durata relativă de conectare: DC =100%;

mediul de funcţionare: aerul ambiant;

temperatura maximă amediului ambiant: a = 40oC ;

forma circuitului magnetic: forma U ;

felul armăturii mobile:exterioară ;

mişcarea armături mobile : rotaţie ;

numărul bobinelor de acţionare: o singură bobină ;

tipul de execuţie al electromagnetului: deschis ;

14

măsuri înpotriva remanenţei magnetice: un intrefier auxiliar în punctul de rotire al armăturii mobile ;

ca element iniţial se dă diagrama forţelor antagoniste în funcţie de întrefier (figura 2.) determinată din schema cinematică a contactorului.

Alegerea coeficienţilor şi parametrilor pentru calculul preliminar

Pentru execuţia înfăşurării se consideră un conductor de cupru emailat, care conform STAS 3686-63 poate atinge temperatura maximă admisibilă adm=155C făcând parte din clasa de izolaţie F.

Supratemperatura maximă admisibilă se calculează cu relaţia:

adm=adm-a

adm=155-40=115 [oC]

Deoarece căldura se transmite liber de pe suprafaţa exterioară a bobinei către mediul ambiant transmisivitatea termică globală va fi:

ex=ex0(1+b’adm)

ex=9,3(1+0,0059.115)=15,61 [Wm-2grd-1]

În care: ex0=9,3 Wm-2grd-1 este transmisivitatea termică la 00C, iar b’=0,0059 grd-1 este coeficientul de dependenţă cu temperatura a transmisivităţii termice.

Rezistivitatea conductorului de cupru se calculează cu ţinând cont de creşterea rezistivităţii cu temperatura:

(adm)=(155) =0(1+0’adm)

(adm)=(155) =0,0165.10-6 .(1+0,00425 155)= 0,0273.10-6 m

Unde: 0=0,0165.10-6 m este rezistivitatea cuprului la 00C,iar 0’=0,00425 grd-1 este coeficientul de depenţă cu temperatura al rezistivităţii.

Schimbul de căldură dintre suprafaţa interioară a bobinei şi fierul miezului este mai eficace dacă spirele bobinei se înfăşoară pe o carcasă tubulară sau mai bine direct pe miez. Acest schimb se caracterizează prin transmisivitatea termică in care pentru supratemperaturi la suprafaţa interioară a bobinei până la 80C se poate calcula cu formula:

in=ex [Wm-2grd-1]

in=1,715,61=26,54 [Wm-2grd-1]

în care pentru avem valorile:

-pentru bobina bandajată fără carcasă =0,9

15

-pentru bobina cu spirele înfăşurate pe o carcasă tubulară =1,7(ca în cazul nostru),

-pentru bobina cu spirele înfăşurate pe miez =2,7

-în cazul particular al bobinelor de curent alternativ şi pentru bobina cu carcasă cu conductivitate termică mică =0

Pentru calculul preliminar al electromagneţilor de curent continuu este necesar să se determine valorile coeficienţilor k1, k2, şi k3. Aceştia se determină în funcţie de dimensiunile electromagnetului conform tabelului 1:

Felul execuţiei

Electromagnetului de c.c.

Fără piesă

polară

Cu piesă

polară

K1 0,4 0,6 0,7 0,9

K2 2,0 8,0 4,0 7,0

K3 1,0 1,6 2,0

Tabelul 1.

Coeficienţii din tabel reprezintă raporturi între dimensiunile geometrice ale electromagnetului prezentat în figura 1.(fără piesă polară).

Figura 1.Mărimile de calcul şi aspectul constructiv al electromagnetului .

1.Miez de fier .2.Jug. 3.Armătură mobilă. 4.Bobină. 5.Bandaj izolant.

6.Carcasă. 7.Opritor. 8.Placă izolantă. 9.Piesă polară. 10.Conductoare

bobinate în şah. 11.Conductoare bobinate în rânduri.

Pentru calculul preliminar se aleg coeficienţii k1,k2, k3 optând pentru un electromagnet fără piesă polară:

k1= ; k2= k3= ; M=h/Dm ;

Se aleg k1=0,5;

k2=5;

k3=1;

Din calcul rezultă

M=k1.k2=0,5.5=2,5 M=2,5

Coeficientul de umplere al ferestrei cu conductoare se aproximează:

16

ku= =0,6

unde : ACu = aria secţiunii conductorului

-N = numărul de spire

-Sb = g.h = aria suprafeţei ferestrei bobinei, în interiorul carcasei, în m2.

În exploatare există posibilitatea micşorării tensiunii aplicate la bornele bobinei. Pentru o funcţionare sigură a electromagnetului, care trebuie să dezvolte o anumită forţă, se introduce în calcule coeficientul χf=0,85. Căderile potenţialului magnetic în fier şi în întrefierurile parazite, sunt semnalate prin coeficientul χb=0,7÷0,87. Se adoptă χb=0,75.

Calculul preliminar de dimensionare a electromagnetului

Din analiza diagramelor forţelor antagoniste prezentate în figura 2, pentru întrefierul critic δk=10mm electromagnetul trebuie să dezvolte o forţă de acţionare critică Fk mai mare decât forţa antagonistă (rezistentă)

Frk=48N.

Pentru o funcţionare sigură a electromagnetului trebuie să avem relaţia :

, se adoptă =1,2

Fk=1,2.48=54 N

Unde este un coeficient de siguranţă care poate lua valorille :

17

- =1,2..1,5 pentru contactoare.

În expresia dimensiunii Dm a miezului feromagnetic intră o constantă care se poate calcula pe baza coeficienţiolor determinaţi anterior :

0,165.10-6

Se calculează valoarea aproximativă a inducţiei magnetice în întrefierul de lucru,care nu trebuie să depăşească 0,9..1,2 T, ţinându-se seama de bombarea fluxului în întrefier:

, unde o constantă determinată de sistemul de

unităţi( MSKA).

=0,289 T

În funcţie de coeficientul k4, care poate fi ales fie din figura 3 sau din formula

de dependenţă ,unde ak=29,663.10-6m3N-1 se aleg diametrul

bobinei, grosimea bobinei şi înălţimea bobinei:

Dm=k4. ;

Dm=25 mm;

g=k1.Dm;

g=0,5.24=10 mm

h=M.Dm;

h=2,5.24=56 mm

18

După alegrea acestora se calculează solenaţia necesară cu reaţia:

[A.Sp], unde constanta depinde de sistemul

de unităţi( MSKA).

=2193,19 A.Sp

Aria secţiunii conductorului neizolat se calculează:

[m2], în care constanta depinde de

sistemul de unităţi( MSKA).

=0,0612.10-6 m2

Diametrul conductorului neizolat se calculează cu formula:

d= , [mm]

d= = 0,000279 m=0,279 mm

19

dSTAS=0,25 mm

Din STAS se alege conductorul din Cu emailat şi diametrul, după care se recalculează aria secţiunii conductorului standardizat:

(ACu)STAS= [m2].

(ACu)STAS=0,0491.10-6 m2

Numărul (aproximativ) de spire care se poate înfăşura pe carcasa bobinei:

N= [spire]

N= =6844,95 [spire]

Numărul final de spire se va obţine după recalcularea solenaţiei ţinând cont de coeficientul real de umplere a ferestrei carcasei bobinei.

Calculul de proiectare

Pe baza variantei constructive iniţiale a electromagnetului de curent continuu, cu mişcare de rotaţie şi a datelor aproximative obţinute din calculul preliminar, se poate trece la proiectarea constructivă sub aspect funcţional şi tehnologic.

În continuare, dimensiunile electromagnetului şi alte mărimi determinate în calcul în calculul preliminar, care se corectează prin calculul de priectare (sau se rotunjesc ), se vor nota cu semnul “prim”

Cunoscând coeficientul k4 = Dm.dk-1, se poate calcula coeficientul de bombare

a fluxului magnetic (x ® x’) pentru întrefierul critic dk =10-2m:

= ; =1,296

Se consideră că diametrul miezului nu se modifică,adică Dm=Dm’.

Dimensiunile electromagnetului de curent continuu vor fi:

Lăţimea miezului feromagnetic b=Dexb+2 Δ3 [m]

b=0,05 m

Grosimea miezului feromagnetic a= [m]

a= =0,0098 m

e=(0,6...1).a [mm]

20

e=0,9.0,0098=0,0088 m

Lungimea jugului L= a + ld + +3 [m]

L=0,0098+0,0345+0,01+0,003=0,0598 m

În care s-au ales din motive tehnologice dimensiunile: Δ1=2 mm , Δ2=8,5 mm; Δ3=2 mm; Δ4=2 mm; Δ5=3 mm; Δ6=0,5 mm.

Inducţia în întrefierul de lucru:

Bδk,=0,1788·10-2· [T]

Bδk,=0,1788·10-2· =0,43 T

Diametrul echivalent al razei secţiunii Ak circulare străbătute de fluxul bombat din zona întrefierului principal: Dk =k3·ζ’·Dm

’ [m]

Permeanţa specifică de dispersie:

= [m].

= =4,717.10-6

[m].

În care

ld=0,5.Dm+ Δ5+g+ Δ6+Δ2 [m].

ld=0,5.0,025+0,003+0,01+0,0005+0,002=0,0345 m

Spaţiul de dispersie în lungul bobinei are înălţimea egală cu lungimea miezului de fier:

lm=h+Δ1+2·Δ4 [m].

lm=0,056+0,002+2.0,002=0,062 m

21

Permeanţa totală de dispersie:

Λ d= λd· [H].

Λ d= 0,146.10-6 H

Permeanţa întrefierului principal (dintre polul miezului şi armătura mobilă):

Λk = μ0 [H].

Λk = 0,189.10-6 H

în care diametrul echivalent Dk=k3.x’. Dm’ [m].

Dk=0,0438 m

Împotriva fenomenului de remanenţă magnetică în zona de rotire a armăturii mobile se prevede un întrefier auxiliar:

δaux = δα+0,5=(0,5…1,5) [mm]

Permeanţa jugului nesaturat : Λa=μ0· [H].

Λa=0,616.10-6 H

Permeanţa echivalentă: Λ= [H].

Λ= 0,145.10-6 H

Coeficientul de dispersie: σ = 1+ .

σ =2,006

Valoarea medie a inducţiei în miezul feromagnetic:

[T].

=1,449 T

Inducţia în armătura mobilă de secţiune Aam = e·b ; Ak=п.Dk2/4

[T].

=1,471 T

Inducţia în jugul de secţiune Aj = a·b [m2]

22

[T].

=1,32 T

Inducţiile B'm şi B'j nu trebuie să depăşească inducţia de saturaţie( 1,4...1,6 T) a matereialului circuitului feromagnetic( oţel electrotehnic slab aliat) a cărui curbă de magnetizare este dată în figura 4.

Tensiunea magnetică necesară întrefierului principal critic δk este:

(IN)’δk= [A·spiră]

(IN)’δk= =2304,24 A·spiră

Întrefierul auxiliar este : δaux= [m].

δaux=0,00096 m

Tensiunea magnetică din întrefierul mediu auxiliar:

(IN)’a= [Aspiră]

(IN)’a= =330,59 Aspiră

Tensiunea magnetică din întregul circuit magnetic:

(IN)’=(IN)’dk+(IN)’a+(IN)’Fe [Aspiră]

(IN)’=2304,24+330,59+0,1.2304,24=2865,25 Aspiră

(IN)’Fe =0,1.(IN)’dk este căderea de tensiune magnetică în fier.

Recalculăm aria secţiunii şi diametrul conductorului (blanc) de cupru:

[m2]

=0,0641.10-6 m2

[m]

d=0,000285 m=0,285 mm

Din standard se alege diametrul conductorului blanc standardizat (d=0,28) şi diametrul conductorului cu izolaţie(di=0,311).

23

( )STAS= [m2]

( )STAS= =0,0615.10-6 m2

N’= [spire].

N’= =5456,74 spire

Calculul de verificare

După definitivarea constructivă a electromagnetului se face o verificare a solicitărilor termice.

Pentru calculul rezistenţei electrice a bobinei în stare rece R0 ( la temperatura de 0C) se determină diametrul spirei medii:

Din=Dm+25 [m]

Din=0,025+2.0,003=0,031 m

Dex=Dm+2g [m]

Dex=0,025+2.0,01=0,045 m

Dmed= [m].

Dmed=(0,031+0,045)/2=0,038 m

R0=0 [].

R0=0,0165.10-6. =174,56

Puterea activă P0 dezvoltată în spirele bobinei la temperatura de 0C este

P0=R0I2 =U2/ R0 [W].

I=U.0,85/R0 A

I=115.0,85/174,56=0,56 A

24

P0=174,56.0,562=54,73 [W].

Pentru calculul pierderilor specifice în bobină la temperatura de 0C se calculează volumul ocupat de înfăşurare:

V=Dmedgh [m3]

V=3,14159.0,038.0,01.0,056=66,85.10-6 m3

Pierderile specifice în bobină sunt: p0= [Wm-3].

p0= 818780,013 Wm-3

Pentru calculul solicitării termice a bobinei trebuie determinată conductivitatea termică echivalentă e în spaţiul ocupat de spirele înfăşurării.

Se calculează dublul grosimii izolaţiei i de email al conductorului standardizat:

2i=( )STAS [m].

2i=0,301-0,28=0,03 mm

Raportul diametrelor conductorului neizolat şi izolat este: c= . Din

cataloagele de producător se extrag conductivitatea termică a izolaţiei conductorului i (i=0,09 W.m-1.grad-1 pentru conductor emailat neimpregnat) şi conductivitatea termică a izolaţiei mediului dintre conductoare c(c=0,025 W.m-

1.grad-1 pentru bobină în execuţie neimpregnată).

Conductivitatea termică globală pentru izolaţia conductorului şi izolaţia mediului dintre conductoare este:

[Wm-1grd-1].

=0,0267 Wm-1grd-1

25

Conductivitatea termică echivalentă este: e=k

[Wm-1grd-1]

e=4,6.0,0267=0,120 Wm-1grd-1

în care coeficientul k se determină în funcţie de coeficientul de umplere real k’udin curba empirică din figura 5.(în funcţie de tipul bobinajului: şah sau pe rânduri).

Solicitarea termică a bobinei se determină în ipoteza distribuţiei uniforme a surselor de căldură. Astfel, supratemperatura medie med şi supratemperatura maximă m (când se neglijează variaţia pierderilor cu temperatura) sunt:

med= [C]

med= =50,41 C

med,= med

.1,05=52,93 C

26

m= [C],

m= =85,07 [C],

m,= m

.1,25=106,33 C

în care şi .

=8,796

=170,193

Dacă se ţine cont de distribuţia neuniformă a surselor de căldură din electromagnet se va sporii cu 5% supratemperatura med şi cu 25% m .

Pentru calculul temperaturii suprafeţei exterioare a bobinei ex în regim staţionar se determină coeficientul :

ex=ex+a  ; ex=5o

=1,394

ex=5+40=45oC

şi temperaturile medie respectiv maximă ale bobinei sunt:

med=med+ex şi m=m+ex

med=52,93+45=97,93 oC şi m= 106,33+45=151,33 oC

Se va verifică m astfel încât să ne încadrăm în clasa de izolaţie conductorului de bobinaj ales.

Rezistenţa bobinei de cupru în stare caldă se raportează la temperatura medie:

27

R=R0(1+0med) [].

R= 174,56.(1+0,0425.97,93)=247,21

Curentul real prin bobina de c.c. la regim staţionar este determinată de tensiunea aplicată la borne şi rezistenţa bobinei: I=U/R [A].

I=0,46 A

Densitatea de curent va fi : J= I/(ACu)`STAS [A/m2 ]

J=18,88 A/m2

Solenaţia reală a bobinei: (IN)’=IN’ [Aspiră]

(IN),=0,46. 5456,74= 2538,39 Aspiră

(IN),/(IN)”=1,128

Puterea totală absorbită de bobină la temperatura medie: P=UI [W]

P=0,85.115.0,41=45,47 W

Lungimea conductorului bobinei: lcond=lmedN’ [m];

lcond=0,1195456,74=651,42 m

lmed=Dmed. [m];

lmed=0,038=0,119 [m];

Masa de cupru utilizată la bobinaj: MCu=dCulcond( )STAS [kg]. Unde densitatea cuprului este: dCu=8,9.103 kg.m-3

MCu=9800.742,160,0615.10-6=0,142 kg

28