Noiuni generale despre instalaiile navelor petroliere

Proiectarea motorului asincron de acionare pentru ventilatorul din cadrul instalaiei de gaz inert

Maina asincron este o main trifazat de c.a., folosit aproape n exclusivitate ca motor. Are o construcie simpl, robust, este uor de ntreinut, ceea ce face ca motorul asincron s fie cel mai rspndit dintre motoarele electrice utilizate la nave.

Din punct de vedere constructiv, orice main electric asincron const din cinci sisteme: electric, magnetic, mecanic, de izolaie i de protecie.

Sistemul electric trebuie s asigure caracteristici funcionale electrice optime din punctul de vedere al performanelor funcionale i al eficienei.

Sistemul magnetic trebuie s asigure caracteristici magnetice optime, adic acestea trebuie s produc un cmp magnetic puternic n ntrefierul mainii la valori mici ale curentului din nfurri. Acest sistem const din dou armturi magnetice concentrice separate printr-un interstiiu de aer, care, n mod uzual, se numete ntrefierul mainii. ntrefierul este de fapt locul de conversie energetic de tip electromecanic. Dac statorul i rotorul se prezint sub forma unor structuri cilindrice, atunci ntrefierul este uniform. Dac forma constructiv a statorului sau a rotorului este diferit de forma cilindric, atunci structura statorului sau a rotorului prezint poli apareni. n acest caz, ntrefierul este neuniform. n mod normal, toate mainile asincrone se construiesc cu ntrefier uniform.

Sistemul mecanic asigur rigiditatea mecanic a mainii, capacitatea acesteia de a rezista la toate solicitrile mecanice care apar n timpul funcionrii n regim permanent sau n regimuri tranzitorii, n limite impuse pentru variaii de temperatur i de suprasaturaie.

Sistemul de izolaie asigur separarea electric a celorlalte sisteme componente ale mainii, care sunt la potenialul zero fa de pmnt i sistemul electric al mainii. n afar de aceasta, sistemul electroizolant trebuie s posede proprietatea corespunztoare mecanic, electric i termic. n general, durata de via a unei maini electrice este determinat de proprietile sistemului su electroizolant.

Sistemul de protecie trebuie s asigure securitatea att a mainii, ct i a personalului tehnic operator n timpul funcionrii acesteia. Astfel, n mod normal, o main asincron trebuie protejat mpotriva: supratensiunilor, supracurenilor, supratemperaturilor i supraturaiilor. De asemenea, mediul nconjurtor trebuie protejat de efectele duntoare ale mainii asupra acestuia sau maina trebuie protejat mpotriva efectelor duntoare ale mediului nconjurtor.

Particularitatea esenial de funcionare a unei maini asincrone const n aceea c n regim permanent de funcionare, turaia rotorului este diferit de turaia sincron sau de sincronism, adic rotorul alunec, fa de cmpul magnetic nvrtitor din ntrefier produs de sistemul de cureni din nfurarea statoric, care impune acestuia o turaie egal cu turaia de sincronism.

ntre turaia de sincronism n1, n rotaii pe minut, frecvena sistemului de tensiuni aplicat la bornele statorului f1 i numrul perechilor nfurrii statorului p exist urmtoarea relaie:

care este fundamental n teoria mainilor electrice de curent alternativ.

Alunecarea rotorului s este un parametru funcional deosebit de important n teoria mainii asincrone.

Motorul asincron cu rotorul n scurtcircuit se comport cel mai bine la solicitrile impuse de acionrile pompelor, ventilatoarelor, compresoarelor, separatoarelor, vinciurilor de ancor, de marf, de manevr i la condiiile de funcionare de la bordul navelor maritime i fluviale.

7.1 Calculul puterii motorului pe baza debitului ventilatorului i presiunii de refulare a gazului inert

Puterea motorului se calculeaz cu relaia:

[kw]

unde:

- randamentul ventilatorului : = 0,65

- randamentul mecanic al pompei : = 0,92

H- presiunea, H= 2125 mm col. ap

Q-debitul ventilatorului este: Q= 900m3/h

[kW]

Pm= 8,68 [kW]

7.2.Alegerea motorului din catalogul de motoare asincrone de fabricaie romneasc

Deoarece turaia de regim nominal al ventilatorului este dat n catalog cu o precizie de 5%, n condiii nefavorabile (cnd turaia motorului este mai mare cu 5% fa de turaia de regim nominal al ventilatorului) puterea consumat de ventilatorul centrifugal este cu 16% mai mare. Deoarece motorul ventilatorului funcioneaz n regim permanent, suprasarcinile artate nu pot produce o supranclzire neadmis. Din aceast cauz motorul se va alege cu puterea mai mare cu 16% fa de cea rezultat din calcul:

[kW]

[kW]

Alegem din catalog un motor seria ASI :

puterea nominal

Pn= 10[kW]

turaia de sincronism

n1= 1500[rot/min]

tensiunea de alimentare

U1= 380[V]

frecvena tensiunii de alimentare

f1= 50

[Hz]

conexiunea fazelor statorice

triunghi

tipul rotorului

scurtcircuit

numr de faze

m= 3

factorul de putere

cos(= 0,86

randamentul

(= 87,5%

cuplu de pornire

Mp/Mn= 2

curent de pornire

Ip/In= 6

Maina asincron trifazat, normal, nchis cu rotor n scurtcircuit serie ASI. Maina este destinat s funcioneze n regim continuu la putere nominal n condiii de lucru normale, fr gaze sau vapori inflamabili sau explozivi :

-temperatura mediului ambiant: 400C

-umiditate relativ: 80%

-altitudine maxim: 1000m

Descriere:

Motoarele tip B5 se execut cu dimensiunile de montaj conform DIN 42677-65 pentru construcia cu flan. Motorul este destinat funcionrii n poziie orizontal i fr sarcini axiale. Motorul corespunde tipului de protecie IP 44 conform STAS 625/63.

7.3.Calculul electromagnetic al mainii

7.3.1. Alegerea dimensiunilor principale

Alegerea dimensiunilor principale ale mainii se face pe baza efortului mediu aparent funcie de puterea aparent.

Vom determina diametrul statorului motorului cu ajutorul relaiei:

unde ( este raportul dintre lungimea ideal i pasul polar, Si puterea aparent interioar, p numrul de perechi de poli, iar a i b sunt doi coeficieni.

Raportul:

se ia egal cu:

, pentru p>1

( = 1,2599

n acest caz numrul de perechi de poli p s-a determinat din relaia:

p = 2

Valorile coeficienilor a i b, pentru motoare trifazate normale, cu rotorul n scurtcircuit, sunt:

a = 5(10-2b = 1,2(10-2

Puterea aparent se calculeaz cu relaia:

unde factorul KE=0,98 ine seama de faptul c tensiunea electromotoare este mai mic dect tensiunea la borne.

Deci:

Si = 11904,762 [VA]

Di = 15,931 [mm]

Pasul polar se calculeaz cu relaia:

( = 0,122188 m

Lungimea ideal rezult din relaia:

li = (((li = 153,957 [mm]

Pentru stabilirea diametrului exterior al statorului De se folosete tabelul 1, n care sunt trecute pentru diferite valori ale lui p, cele mai probabile valori ale raportului Di/De :

Tabelul 3

p1234

Di/De0,52-0,560,63-0,6350,685-0,70,72-0,73

rezult:

De = 250,088 [mm]

Dup stabilirea diametrului exterior, acesta se normalizeaz conform STAS. Normalizarea diametrului exterior De este impus de posibilitatea tanrii tolelor cu deeuri ct mai mici avnd n vedere faptul c benzile de OL, din care se taneaz tolele se livreaz la dimensiuni bine stabilite.

Tabelul 4

De=

(m)0,1020,1200,1450,1670,182O,990

0,2100,2450,2800,3270,380

0,4230,5600,6500,7400,850

De = 245 [mm]

Efortul tangenial mediu aparent este:

(s = 12948,061 [N/m2]

7.3.2.Alegerea solicitrilor magnetice i electrice

Efortul tangenial mediu aparent determin produsul dintre ncrcarea liniar (ptura de curent) A i amplitudinea fundamentalei induciei magnetice din ntrefier B( i anume:

(s = 0,675(A(B(B( se alege din tabelul x.3 pentru p = 2 si ( = 0,122188.

Tabelul 5

B(\(0,120,160,200,240,280,360,44

P=10,5920,6130,6320,6420,6550,6680,678

P=20,6720,6880,7050,7160,7200,7240,726

P=30,6980,7200,7300,7380,7580,7660,768

P=60,7850,7960,8050,8100,8180,8220,825

Rezult B(= 0,688 [Wb/m2].

Rezult ncrcarea liniar:

[A/m]

valoare care caracterizeaz motoarele asincrone de putere mic.

Densitile de curent admisibile sunt cuprinse ntre limitele:

pentru nfurarea statoric:

j1= (3,5(106 ( 7(106)

pentru nfurarea rotoric:

j2 = (5(106 ( 8(106)

densitatea de curent n inel se admite:

ji = (0,6 ( 0,8)(j2

7.3.3. Alegerea ntrefierului (Alegerea ntrefierului are un rol important n funcionarea mainii. Cu ct este mai mic, cu att se micoreaz curentul de mers n gol, iar factorul de putere crete. Micorarea ntrefierului este ns limitat de considerente de ordin mecanic .

Pentru p= 2 rezult (= 0,4(10-3m.

7.3.4. Calculul crestturii i nfurrii statorice

Pentru a obine un curent de mers n gol ct mai mic posibil, crestturile se adopt de tip seminchise de form trapezoidal cu dini paraleli.

Pentru atenuarea cuplurilor asincrone parazite datorate armonicilor de ordin 5 i 7, se adopt pentru stator o nfurare n dou straturi cu pas scurtat.

La motoarele asincrone numrul de crestturi pe pol i faz, este ntotdeauna numr ntreg. n practic se adopt q1= 3 sau 4 pentru motoare de turaie medie (1000(1500) rot/min. Valorile corespunztoare scurtrilor pailor i factorul de nfurare pentru q1= 4 sunt y/(= 10/12 si kW1= 0,925.

Adoptnd pe q1, se calculeaz numrul de crestturi statorice cu relaia:

Z1 = 2(p(m1(q1 ( Z1 = 48

unde m1=3 reprezint numrul de faze statorice.

Pasul crestturii va fi:

( t1 = 0,0095 [m]

valoare ce verific condiia 6(10-3 < t1 < 40(10-3 [m] impus de pasul polar.

Curentul statoric pe faz se va determina cu relaia:

( I1n = 15,135 [A]

unde U1f este tensiunea statoric pe faz.

Seciunea unui conductor statoric elementar se obine mprind curentul la densitatea de curent admis:

( qcu1 = 1,2(10-6 [m2]

unde:

j1= 4,435 A/m2 densitatea de curent n nfurarea statoric

ae= 2 numrul de conductori n paralel.

Din tabelul diametrelor conductoarelor funcie de seciune, rezult :

dcu1= 1,3 mm.

Numrul de spire al fazei statorice rezult din relaia:

( W1 = 104,7

Numrul de conductoare active pe cresttur:

( nc1 = 13,2

care se rotunjete la numrul par cel mai apropiat, deci nc1= 13.

Se recalculeaz W1, A si B(:

[A/m2]

[Wb/m2]

Izolaia conductorului se realizeaz din email (rini), corespunztor clasei E de izolaie, cu supratemperatura admisibil de 75oC. Grosimea peliculei de izolaie este de 0,05 mm din diametru. Adugnd la dcu1 izolaia, se obine diametrul conductorului izolat:

dcuiz1 = 1,75[mm]

Izolaia crestturii este realizat din samic impregnat cu epoxi cu grosimea de 0,17 mm i conductibilitatea termic (= 0,125W/moC.

Izolaia la fundul crestturii i ntre pan i conductoare este realizat din poliuretan cu grosimea de 0,2 mm i conductibilitatea termic (= 0,31W/moC i este tras din fire din sticl impregnat cu epoxi cu grosimea de 2,5 mm i conductibilitatea termic (= 0,65W/moC.

Izolaia capetelor frontale ale bobinelor este discontinu, realizat din band de sticl impregnat cu lac clasa E, de grosime 0,15 mm, cu o conductibilitate termic (= 0,6 W/moC.

Se calculeaz suprafaa corespunztoare tuturor ptratelor n care se nscriu conductoarele izolate dintr-o cresttur:

= 73,75(10-6 [m2]

Pentru a calcula suprafaa net a crestturii se admite un factor de umplere Ku=(0,69(0,76), alegem Ku = 0,69. Vom avea:

= 106,884 [m2]

Se stabilesc principalele dimensiuni ale crestturii:

hj1+hs = = 0,08525 [m]

Inducia n jugul statoric:

Bj1= 1,3T

nlimea jugului statoric se calculeaz cu relaia:

hj1 = = 0,01859 [m]

unde fluxul:

= 0,031237 [Wb]

iar lungimea efectiv n fier:

lFe = KFe(li = 0,95 [m]

KFe avnd valoarea 0,95 pentru tole izolate cu lac.

Cunoscnd suma hj1+hs i nlimea jugului statoric hj1 putem determina nlimea crestturii statorice:

hs = 0,022423 [m]

Se adopt:

b1s = 3,5(10-3 [m]

h1s = 10-3 [m]

h2s = 10-3 [m]

Din suprafaa crestturii putem calcula pe:

b2s+b3s = = 10,38(10-3 [m]

Se calculeaz paii pentru diametrele si cu relaiile:

= 7,527(10-3 [mm]

= 7,554(10-3 [m]

Deoarece:

b2s = - bd1 si b3s = - bd1

rezult limea dintelui:

bd1 = = 2,16(10-3 [m]

Inducia n dinte este:

Bd1 = = 2,836 [Wb/m2]

iar limile sunt:

b2s = 5,367(10-3 [m]

b3s = 5,394(10-3 [m]

astfel cresttura a fost stabilit.

7.3.5. Calculul crestturii i nfurrii rotorice

Pentru eliminarea cuplurilor parazite sincrone i asincrone i a atenurii zgomotului magnetic, la rotoarele n scurtcircuit trebuie s se acorde o atenie deosebit alegerii numrului de crestturi.

Pentru a evita posibilitatea apariiei cuplurilor sincrone la pornirea rotorului, se adopt n rotor numrul de crestturi pe pol i pe faza q2:

q2 = q1 ( 1 = 3

Numrul total de crestturi rotorice este:

Z2 = 2(p(m1(q2 = 36

Diametrul exterior al rotorului este:

Dr = Di 2(( = 0,11417[m]

Pasul crestturii rotorice este:

t2 = = 0,0099629 [mm]

Curentul din bara coliviei se calculeaz cu relaia:

Ib = Kr= 233,375[A]

unde tensiunea U2f se calculeaz cu relaia:

U2f = = 0,9375[V]

factorul de nfurare kw2 este aproximativ egal cu 1, dup cum reiese din relaia:

kw2 =

Curentul din inelul de scurtcircuit se calculeaz cu relaia:

Ii = = 678,8 [A]

Densitatea curentului n barele rotorice :

j2= 2,989(10-6 A/m2.

Seciunea crestturii este:

qcr2 = = 78,077(10-6 [m2]

Densitatea curentului n barele de scurtcircuit :

j1= 0,6022(j2= 1,8(10-6 A/m2.

Seciunea inelului de scurtcircuitare:

qi = = 227,099(10-6 [m2]

Se calculeaz suma:

hj2 + hr = = 0,008588[mm]

unde = 60 [mm] conform STAS.

Inducia n jugul rotoric:

Bj2= 1,87T

Putem calcula:

hj2 = = 0,00647 [m]

deci hr = 0,0228[mm].

Adoptm:

b1r = 3,08(10-3 [m]

Avem:

b1r + b2r = = 6,2(10-3 [m]

deci b2r =4,62(10-3 [m] i cresttura a fost determinat.

Se calculeaz pasul:

= 8,127(10-3 [m]

i se obine limea minim a dintelui rotoric:

bd2min = - b2r = 3,75(10-3 [m]

Inducia maxim n dinte este:

Bd2max == 1,085 [Wb/m2]

Limea maxim a dintelui este:

bd2max = t2 b1r = 8,37(10-3 [m]

Limea medie a dintelui este:

bd2med = = 6,137(10-3 [m]

Inducia minim n dinte este:

Bd2min = = 0,789 [Wb/m2]

Inducia medie n dinte este:

Bd2med = = 0,977 [Wb/m2]

n final se poate calcula inducia mijlocie n dinte:

Bd2 = = 1,15[Wb/m2]

7.3.6. Calculul parametrilor motorului

Rezistena fazei statorice se calculeaz cu formula:

R1 = [(]

unde:

= 0,02176(10-6[(m] rezistivitatea la 100OC

W1 numrul de spire al fazei statorice

qcu1 seciunea unui conductor elementar

lc lungimea conductorului (lungimea unei jumti de spir)

Lungimea conductorului se calculeaz cu relaia:

lc = li+lFlF- lungimea captului frontal al conductorului care se determin pe cale grafic:

lF= lABCDEF(2(a+lBC)+((rmedrmed= r1+= 12,15(10-3 [m]

r1= 0,005 [m]- raza de curbur a captului de bobin

a= 0,0015 [m]

d- pasul mediu:

= 53,423(10-3 [m]

b-limea medie a bobinei:

[m]

[m]

n grafic : lBC= 0,075 [m]

Deci:

lf= 0,0747 [m]

lc= 0,1873 [m]

Numeric rezistena fazei statorice va fi:

R1 = = 0,23786 [(]

Rezistena rotorului se calculeaz cu formula:

R2 = rb +2riunde:

rb =

EMBED Equation.3= 6,2113(10-5 [(]

2ri =

EMBED Equation.3 = 1,30067(10-5 [(]

unde:

Dim= Dr ai=0,98077 [m] este diametrul mediu al inelului de scurtcircuitare rotoric

ai=+bi(tg(=0,25 [m] adoptnd bi= 0,0172 [m] (= 7,2O.

Rezistena rotorului va fi:

R2 = rb +2ri = 8,212(10-5 [(]

Rezistena rotoric raportat la stator se calculeaz cu formula:

= K12(R2 = 0,1123 [(]

K12 = = 3535,422

Rezistena de scurtcircuitare este:

RSC = R1 + = 0,5732[(]

Permeana crestturii statorice se calculeaz cu:

= 1,1227

iar permeana crestturii rotorice se calculeaz cu:

= 1,737

Permeanele prilor frontale (capete de bobin) sunt:

pentru stator = 1,2366

pentru rotor = 0,2734

Permeanele difereniale sunt:

= 0,997

= 1,5

unde coeficienii lui Carter sunt:

= 0,9889

= 1,703

Kc = Kc1(Kc2 = 0,991866

Suma permeanelor pentru stator este:

((1 = (c1 + (f1 + (d1 = 3,7323

iar suma permeanelor pentru rotor este:

((2 = (c2 + (f2 + (d2 = 3,9584

Reactana de dispersie a fazei rotorice se calculeaz cu formula:

X1 = 0,158(f((((1(10-4 = 0,56486 [(]

iar reactana de dispersie a rotorului se calculeaz cu:

X2 = 7,9(f(li(((2(10-6 = 0,126(10-4 [(]

Reactana de dispersie a fazei rotorice raportat la stator este:

= K12(X2 = 0,74547 [(]

Reactana de scurtcircuitare va fi:

XSC = X1 + = 1,6324 [(]

iar impedana de scurtcircuit:

ZSC = = 1,6648 [(]

La motoarele asincrone cu rotorul n scurtcircuit este necesar s se in seama de existena efectului pelicular la pornire, datorit cruia se mrete rezistena barei i se micoreaz reactana acestuia.

Calculul fenomenelor de refulare a curentului din crestturi conduce la determinarea coeficientului de mrire a rezistenei Kr i de micorare a permeanei crestturii Ki. Pentru determinarea acestor coeficieni se calculeaz nlimea redus a crestturii rotorice:

( = 2(hr(10-3= 1,263

i

( = = 0,437

n funcie de aceste dou mrimi ( i ( se adopt coeficientul de mrire a rezistenei Kr= 1,7 respectiv coeficientul de micorare a permeanei crestturii Ki= 0,875.

Cu ajutorul acestor coeficieni se determin rezistena barei la pornire:

rbp = Kr(rb = 10,52274(10-5 [(]

respectiv permeana crestturii la pornire:

(c2p = Ki((c2 = 1,5325

n continuare se calculeaz rezistena rotorului la pornire:

R2p = rbp + 2(ri = 12,3642(10-5 [(]

Rezistena rotoric raportat la stator la pornire se calculeaz cu:

= K12(R2p = 0,4112 [(]

Rezistena de scurtcircuitare la pornire se determin adunnd rezistena fazei statorice cu rezistena rotoric la pornire raportat la stator:

RSCp = R1 + = 0,783241 [(]

Permeana rotorului la pornire se determin cu:

((2p = (c2p + (f2 + (d2 = 3,27481

Reactana de dispersie a rotorului la pornire se calculeaz cu:

X2p = 7,9(f(li(((2p(10-6 = 1,0414(10-4 [(]

Reactana de dispersie a fazei rotorice la pornire raportat la stator se determin cu relaia:

= K12(X2p = 0,732175 [(]

Reactana de scurtcircuitare la pornire va fi:

XSCp = X1 + = 1,4232 [(]

iar impedana de scurtcircuit la pornire:

ZSCp = = 1,7321 [(]

7.3.7. Calculul curentului de mers n gol

Componenta reactiv a curentului de mers n gol se calculeaz cu ajutorul formulei urmtoare:

Ior =

unde:

UH tensiunea magnetomotoare total

W1 numrul de spire al fazei statorice

m1 numrul de faze

kW1 factorul de nfurare al fazei starorice

p numrul de perechi de poli

Tensiunea magnetomotoare total se determin cu ajutorul formulei urmtoare:

UH = U( + Ud1 + Uj1 + Ud2 + Uj2

unde:

U( tensiunea magnetomotoare n ntrefier

Ud1 tensiunea magnetomotoare n dinii statorici

Uj1 tensiunea magnetomotoare n jugul statoric

Ud2 tensiunea magnetomotoare din dintele rotoric

Uj2 tensiunea magnetomotoare din jugul rotoric

Tensiunea magnetomotoare n ntrefier se determin cu relaia:

U( = (Kc(((B( = 432,6275 V

unde (0 = 4((10-7 [H/m].

Tensiunea magnetomotoare n dinii statorici se determin cu relaia:

Ud1 = 2hs(aWd1 = 47,92 V

unde amperspirele specifice aWd1 se aleg n funcie de inducia din dinii statorului Bd1, aadar aWd1= 570.

Tensiunea magnetomotoare n jugul statoric se determin cu relaia:

Uj1 = lj1(aWj1((1 = 107,799 V

unde amperspirele specifice aWj1 se aleg n funcie de inducia din jugul statorului Bj1, aadar aWj1=1280, factorul (1 se alege innd seama c inducia nu este constant de-a lungul liniei lj1, deci (1=0,44, iar lungimea jugului lj1 se determin din relaia:

lj1 = = 0,0739 [m]

Tensiunea magnetomotoare din dintele rotoric se determin cu relaia:

Ud2 = 2hr(aWd2

unde factorul aWd2 se calculeaz cu regula lui Simpson:

aWd2 = = 4328,83

iar factorii aWd2min=515, aWd2med=1210, aWd2max=36200 se adopt n funcie de inducia la baza dintelui Bd2max, inducia la vrful dintelui Bd2min, respectiv inducia la mijlocul dintelui Bd2med.

Tensiunea magnetomotoare din jugul rotoric se determin cu relaia:

Uj2 = lj2(aWj2((2 = 64,13

unde amperspirele specifice aWj2 se aleg n funcie de inducia din jugul rotorului Bj2, aadar aWj2=877, factorul (2 se alege innd seama c inducia nu este constant de-a lungul liniei lj2, deci (2=0,49 iar lungimea jugului lj2 se determin din relaia:

lj2 = = 0,0785521 [m]

Numeric, tensiunea magnetomotoare va fi:

UH = U( + Ud1 + Uj1 + Ud2 + Uj2 = 1138,5375

iar componenta reactiv a curentului de mers n gol:

Ior = = 5,481 [A]

Componenta activ a curentului de mers n gol se determin din pierderile totale de mers n gol P0, cu relaia:

Ioa =

n care P0 = pm+v + pFe + pCu0.

Pierderile mecanice i de variaie pm+v se calculeaz cu relaia:

pm+v = (8,68 ( 11,4) ( 150 [W]

unde:

n1 turaia sincron n rot/sec

Pn puterea n W

Pierderile n fier pFe se determin cu relaia:

pFe = pFej1 + pFed1 + pFep

Pierderile n fier n jugul statoric:

pFej1 = kj(pj1(Mj1 = 138,78 [W]

n care Mj1== 13,019 [kg] reprezint masa jugului statoric ((Fe=7900 kg/m3 este masa specific a tolelor), kj=1,5 reprezint un coeficient ce ine seama de prelucrarea mecanic, iar pj1=4,9 [W] reprezint pierderile specifice.

Pierderile n fier din dinii statorici:

pFed1 = kd(pd1(Md1 = 81,2168 [W]

n care Md1=Z1(hs(bd1(lFe((Fe=4,08 [kg] reprezint masa dinilor, kd=2 reprezint un coeficient ce ine seama de prelucrarea suplimentar a dinilor, iar pd1=6,23 [W] reprezint pierderile specifice.

Pierderile prin pulsaii n dinii statorici:

pFep = kp(pFej1 + pFed1) = 48,3 [W]

unde kp=0,2.

Numeric, pierderile n fier pFe vor fi:

pFe = pFej1 + pFed1 + pFep = 297,59 [W]

Pierderile n bobinaj la mersul n gol se determin cu relaia:

pCu0 ( 3R1= 87,6 [W]

n final se pot calcula numeric pierderile totale de mers n gol:

P0 = pm+v + pFe + pCu0 = 483,196 [W]

Deci componenta activ a curentului de mers n gol va fi:

Ioa = = 0,723 [A]

Cunoscnd cele dou componente ale curentului de mers n gol, se poate determina curentul total de mers n gol cu relaia:

= 4,745[A]

Curentul de mers n gol raportat la curentul nominal:

i0 = (100 = 40,71 %

aceast valoare corespunde motoarelor de putere mic.

Factorul de putere la mers n gol:

cos(0 = = 0,1753

valoare ce se ncadreaz n limitele cos(0= 0,1 (0,2 .

8.3.8.Verificarea mrimilor impuse prin enun

Verificarea randamentului:

-pierderile n bobinajul statoric:

pCu1 = 3R1(I21n = 458,056 [W]

-pierderile n bobinajul rotoric:

pCu2 = 3R2(I22 = 217,308 [W]

-pierderile totale n motor:

pt = pm+v + pFe1 + pCu1 + pCu2 = 1073,888 [W]

Se poate determina valoarea nominal a randamentului n procente:

valoare care este mai mare dect cea impus prin enun.

Verificarea alunecrii nominale:

Verificarea factorului de putere:

cos(max = = 0,183

unde :

deci este verificat condiia cos(max > cos(.

Verificarea caracteristicilor la pornire:

capacitatea motorului :

impus

a) Raportul ntre cuplul de pornire i cel nominal :

impus

unde:

b) Raportul cuplului de pornire cu cel nominal:

impus

8.3.9.Calculul caracteristicii mecanice a motorului

Calculm caracteristica mecanic cu ajutorul ecuaiei generale a caracteristicilor mecanice a motoarelor electrice navale:

v=(1-2b()xn care :

v=

b= 1-(1-SN)x- coeficient ce depinde de alunecarea nominal

x- exponent ce depinde de tipul motorului ales. n cazul motoarelor sincrone cu pornire ameliorat x= 1/2.

Deci:

b= 0,043515

n1= 1500 rot/min

Mn= 63,662 Nm

Tabelul 6

(00,5123,7543

M=(Mn031,8363,662127,324239

v10,9890,9780,95550,8098

N=vn12524,716624,4523,89220,233

De la cuplul critic pn la cuplul de pornire, forma caracteristic este practic hiperbolic.

Deci:

pentru Mp= 130,273 si n= 0

8.3.10. Construcia diagramei cercului i determinarea caracteristicilor de funcionare n funcie de puterea la arborele P2Pentru motorul asincron cu rotorul n scurtcircuit se construiesc dou cercuri, unul de pornire i altul de funcionare.

Date necesare pentru cercul de funcionare:

-curentul de mers n gol:

cos(0= 0,095 ( 0= 84,550

-curentul de scurtcircuit:

-factorul de putere la scurtcircuit:

Datele necesare pentru cercul de pornire :

-curentul de mers n gol:

I0= 8,345

-factorul de putere la mers n gol:

cos(0= 0,095((0= 84,55

-curentul de pornire :

Ip= 109,429 A

-factorul de putere la scurtcircuit la pornire:

Mai sunt necesare unghiul ( fcut de paralel la abcis prin punctul P0 de funcionare la sincronism i dreapta pe care se afl centrul cercurilor .

Determinarea punctului P00 pentru diagrama cercului, care prezint importan pentru aflarea dreptei P=0, M=0 se face n felul urmtor:

din punctul P0 se duce o dreapt care face cu diametrul P0D al cercului unghiul (.

(= 12,51

unde:

Da- diametrul cercului de curent,

Aceast dreapt taie cercul n P00.

Scara curentului: 1mm=1A

Scara puterilor: 1mm=U1A= 65,18AW

cos(max= 0,8713

(= 0,8933

Sn= 2,35

In= 20A

A. Tabelul 7

0P2n0,25 P2n0,5 P2n0,75 P2nP2n1,25 P2n

P2n[W]02500500075001000012500

P1[W]529,363092,365592,368092,3610592,313092,5

h-077,586,58989,787,9

Cosj-0,0850,50,70,82150,87130,8939

I[A]8,4759,41215,52024,35

7.4.Calculul ventilaiei mainii

Se va face numai calculul ventilaiei exterioare, corespunztoare mainii nchise, cu grade de proiecie IP 44, avnd carcas cu nervuri.

7.4.1.ntocmirea schemei de ventilaie

Considernd un circuit de aer compus din mai multe conducte, putem determina cderile de presiune hI, n Pascali [Pa], pe o poriune i a circuitului respectiv cu relaia:

hi= Zi(Qi2n care:

QI- debitul de aer pe poriunea i a circuitului respectiv, [m3/s];

ZI- rezistena aerodinamic a poriunii respective. Mrimea rezistenei aerodinamice este dat de relaia:

ZI= (/Si2,

n care:

SI- seciunea minim din poriunea respectiv a circuitului, [m2],

(- coeficientul rezistenei aerodinamice.

Prin analogie cu schemele electrice, n cazul circuitelor de aer se pot folosi schemele aerodinamice, ce au ca elemente rezistene aerodinamice. Se observ c schema de ventilaie este foarte simpl n cazul ventilaiei exterioare, toate rezistenele fiind nseriate.

Z1- rezistena la intrarea aerului n scutul exterior (aparator);

Z2- rezistena la destinderea dup intrare;

Z3- intrarea n ventilator cu muchii ascuite i deviere la 135 grade;

Z4- lrgirea n ventilator;

Z5- trecerea spre carcars prin deviere cu 135 grade i ngustarea ntre nervurile carcasei;

Z6- frecarea de pereii nervurilor;

Z7- destinderea n atmosfer.

n interiorul mainii exist o ventilaie local (o micare a aerului) care preia cldura de la prile active i o transport prin convecie spre carcas, scuturi, etc. Totodat, spre carcas este transportat cldura i prin conducie, de la miezul magnetic al mainii. Carcasa prevzut cu nervuri constituie un schimbtor de cldur aer-aer. Printre nervurile carcasei (la exterior) se sufl un curent de aer care intensific rcirea mainii.

7.4.2.Calculul rezistenei aerodinamice

1.Rezistena aerodinamic la intrarea n scutul exterior

Pentru ngustare de la mediul exterior la seciunea de intrare:

(ing= 32(10-2

Pentru intrare n scut sub muchii rotunjite :

(rot= 10(10-2

Z1= ((ing +(rot)/S12n care:

S1= Ki(Si- suprafaa net de intrare n scut [m2], unde Si este suprafaa total a intrrii scutului [m2], KI= 0,9 pentru plasa de srm cerut de protecie.

D2= 0,245m

S1= 0,9(0,0471435= 0,04243m2Deci : Z1= 233,3m-42.Rezistena aerodinamic la destinderea aerului dup intrarea n scut

Aceast rezisten este dat de formula:

Z2= (larg/S22

unde:

S2=SI= 0,0471435m2

pentru care (larg(0

Deci, Z2(0.

3.Intrarea n ventilator cu muchii ascuite i deviere la 135 grade

Se folosete formula:

Z3= ((ing +(dev)/S32

n care:

S3= ((Dv1(bv1 [m2]

Unde : Dv1= 0,19m- diametrul minim al ventilatorului

bv1= 0,05m- limea paletei ventilatorului

S3= ((0,19(0,05= 0,02984 [m2]

(as= 62(10-2(dev= 32(10-2 pentru devieri la 135 grade

Deci Z3= 1055,67m

4. Lrgirea n ventilator

Se folosete formula:

Z4= (larg/S42;

n care :

S4= ((Dv2(bv2 [m2]

Unde : Dv2= 0,275m- diametrul mediu superior al ventilatorului

bv2= 0,05m- limea superioar a ventilatorului

S4= 0,432m2(larg se obine pentru S3/S4= 0,691, deci (larg= 5,5(10-2

Z4= 30m-45.Trecerea spre carcas prin deviere cu 135 grade i ngustare ntre nervurile carcasei.

Se folosete formula:

Z5= ((ing +(dev)/S52

n care :

Unde: Dc1= 0,305m diametrul carcasei cu nervuri;

Dc2= 0,265m diametrul carcasei fr nervuri;

nn= 42 numrul de nervuri

bnv= 0,006 grosimea medie a nervurii;

hn= 0,02 nlimea nervurii

S5= 0,015387 m2

(ing se obine pentru S5/S4= 0,3561, deci (ing= 26(10-2 i (dev= 3210-2Deci:

Z5= 2449,7m-4

6.Frecarea de pereii nervurii

Conform relaiei:

Z6= (6/S62

n care S6=S5.

Iar (6=;

Unde: l6= 29,66cm lungimea canalului;

D6 diametrul canalului, [cm]

D6= 1,99cm;

Kfr= 6,25 pentru canale tanate

(6= 93,172(10-2

Deci Z6= 3935,3m-47.Destinderea n atmosfer

Pentru destinderea la o seciune infinit (larg= 62(10-2Atunci,Z7= (larg/S5

Z7= 2618,68m-4

innd cont c toate rezistenele aerodinamice ale ventilaiei exterioare sunt nseriate, rezistena aerodinamic va fi calculat cu relaia:

;

Z= 10323,13m-47.4.3.Calculul debitului aerului de rcire

1.Calculul ventilatorului

Presiunea static asigurrii debitului de aer printr-un circuit cu rezistena aerodinamic total Z este : H=Z(Q2Pe de alt parte :

H= H0([1-(Q/Qmax)2]

Unde: H presiunea static la funcionarea n gol a ventilatorului

Q debitul de aer nominal al ventilatorului;

Qmax debitul maxim al ventilatorului la funcionarea n scurtcircuit

H0=(0((((u12-u22);

Unde: (= 1,1kg/m3 masa specific a aerului la 500C

(= 0,5 randamentul ventilatorului;

u1 viteza periferic exterioar

;

u1= 21,6m/s

u2 viteza periferic interioar

;

u2=14,92m/s

Deci H0=134,17Pa.

Cum debitul nominal al unui ventilator n mod obinuit este:

Q(0,5(Qmax

Rezult relaia : H= 0,75(H0Deci, H=100,62 Pa

Debitul de aer prin circuitul ventilaiei exterioare a motorului va fi:

Q=;

Q= 0,09872m2/s

2.Calculul vitezei aerului ntre nervurile carcasei

Se folosete formula : vn= Q/S5 ;

Vn= 6,41m/s.

7.5.Calculul termic al motorului

Datorit construciei motoarelor asincrone cu rotor n scurtcircuit, calculul termic al motorului nu este necesar innd cont de faptul c barele rotorice nu sunt izolate. Deci, n continuare vom calcula i verifica doar supranclzirea bobinajului statoric.

7.5.1.Calculul rezistenelor termice

1.Rezistena termic la transmisia cldurii de la nfurare la fier prin izolaia de la fundul crestturii

Se calculeaz cu formula:

unde :(11 grosimea total a izolaiei din cresttur (de la conductor la fier) la care se adaug 0,1mm lac (de la impregnare);

(11=0,17+0,2+0,1= 0,47mm

(11 conductibilitatea termic echivalent a izolaiei din cresttur (de la conductor la fier) calculat cu relaia:

;

unde:

(12= 0,215W/m0C conductibilitatea termic a izolaiei de samic impregnat cu epoxi;

(13= 0,31W/m0C conductibilitatea termic a izolaiei de poliuretan;

(14= 0,6W/m0C conductibilitatea termic a lacului de impregnare;

Deci, R(= 1,913(10-3W/0C.

2.Rezistena termic la transmisia cldurii spre ntrefier din centrul de transmitere

Se calculeaz cu formula:

;

unde (2(hs= 2,2423cm distana de la centrul de transmitere a cldurii spre ntrefier;

(Fe2(0,65W conductibilitatea termic radial a pachetului de fier ;

(t2 coeficient de transmisie a cldurii de pe o suprafa suflat:

;

unde: (0= 1,67(10-3W/cm2 0C coeficient al transmisiei n cazul aerului linitit;

k= 0,8 coeficient al intensitii de suflare;

a=;

unde : - se admite c este jumtate din nclzirea aerului din main

=

= 32,56 0C

= 75 0C pentru izolaie de clasa E;

a= 0,434

V( - viteza aerului care se ia aproximativ jumtate din viteza tangenial a rotorului:

V(= ((n(Dr/2

V(= 6,078m/s

Deci:

(t1= 3,886(10-3W/cm2 0C

S2 suprafaa schimbului de cldur:

S2= (((D-N1(bs)lFe;

S2= 493,82cm2Deci:

R2= 0,5281W/0C

3.Rezistena termic la transmisia cldurii spre carcas

Se calculeaz cu formula:

;

unde:

(3(hj1= 2,2289cm;

(Fe3= 0,65W/cm 0C ;

S3 suprafaa schimbului de cldur :

S2= ((De(lFe;

S3= 1185cm2Deci:

R3= 2,8937(10-3W/ 0C

4.Rezistena termic la transmisia cldurii de la capetele frontale spre partea interioar a mainii

Se calculeaz cu formula:

;

unde (4 = 0,1mm grosimea total a izolaiei capetelor de bobin ;

(4= 0,6W/cm 0C;

(t4= (0((1_k()(1-0,5(a)

unde: (0= 1,67(10-3W/cm2 0C coeficient al transmisiei n cazul aerului linitit;

k= 0,8 coeficient al intensitii de suflare;

a=;

unde : - se admite c este jumtate din nclzirea aerului din masina

=

= 32,56 0C

= 75 0C pentru izolaie de clasa E;

a= 0,434

V( - viteza aerului care se ia aproximativ jumtate din viteza tangenial a rotorului:

V(= ((n(Dr/2

V(= 6,078m/s

Deci:

(4= 4,388(10-3W/cm2 0C

S4 suprafaa schimbului de cldur:

S4= 2(((D - 2(hp)m;

S4= 727,91cm2Deci:

R4= 0,3152W/0C

5.Rezistena termic spre partea lateral a capetelor frontale ale bobinelor

Se calculeaz cu formula:

(5= 0,15mm

(5= 0,8W/m 0C

(5= 1,33(10-3W/cm2 0C coeficient de transmisie a cldurii ( datorit curenilor turbionari nu putem considera c n aceast zon avem aer staionar);

S5 suprafaa schimbului de cldur

S5= 2(Dmh5

Unde : Dm= D+hs.

Dm= 17,7575cm

h5( 1,1hs

h5= 2,42cm

Deci,

S5= 270,324cm2

R5= 2,788/ 0C

6.Rezistena termic la transmisia cldurii prin partea exterioar a bobinajului

Se calculeaz cu formula:

Unde:

(6=(5= 0,15mm

(6=(5= 0,8W/m 0C

(6=(5= 1,33(10-3W/cm2 0C coeficient de transmisie a cldurii (datorit curenilor turbionari nu putem considera c n aceast zon avem aer staionar);

S6 suprafaa schimbului de cldur

S6= 2(lbs+a+c)b3SN1,

S6= 734,06cm2Deci

R6= 1,0269W/0C;

7.Rezistena echivalent RfSe calculeaz cu relaia :

;

Rf= 0,222W/ 0C;

8.Rezistena echivalent Rp

Se calculeaz cu relaia :

;

Rp=2,8779(10-3W/ oC

7.5.2.Calculul temperaturii aerului din interiorul mainii

Mainile n construcie nchis IP44 sunt prevzute cu nervuri ce constituie schimbtoare de cldur aer-aer.

Cantitatea de cldur transmis prin aceast suprafa, n regim staionar, este dat de relaia:

Q=Wt/t=,

Unde:

- temperatura aerului din interiorul mainii

- temperatura mediului ambiant

- supratemperatura sau nclzirea aerului, [0C]

Q pierderile din interiorul mainii

Q=PFe+Pcu1+Pcu2

Q=1037,96W;

S- aria suprafeei de contact n cm2

S= Scarcasa+Scapac1

Scarcasa= 2nnpln+nnbsln= nnln(2p+bs)

Scarcasa= 6328,26 cm2

Scapac1= (Dc12/4

Scapac1= 547,39 cm2

S= 6875,65cm2

( - coeficientul de transmisie a cldurii

(= (0((1_k()(1-0,5(a)

unde: (0= 1,42(10-3W/cm2 0C

k= 0,5 coeficient al intensitii de suflare pentru carcase;

a=;

unde : - nclzirea aerului

== 400C

= 70 0C pentru izolaie de clasa E;

a= 0,56

Deci:

(= 3,316(10-3W/cm2 0C

Cum: Q=,

Atunci:

= 60,20C

7.5.3.Determinarea nclzirii bobinajului i verificarea n raport cu supratemperaturile admisibile

1. Determinarea nclzirii bobinajului statoric fa de aerul din main

Se folosete formula:

;

Supranclzirea aerului din main fa de aerul de rcire este

= 60,20C.

Deci nclzirea bobinajului statoric fa de mediul ambiant este:

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3 = 64,42850C

2.Verificarea n raport cu supratemperatura admisibil

Supratemperatura admisibil pentru izolaiile n clasa E este :

= 750C.

Se observ c :

= 64,42850C