Universitatea Dunrea de Jos, GalaiFacultatea Automatic, Calculatoare, Inginerie Electric i ElectronicSpecializarea: UEESR PROIECTProiectare asistata de calculatorTEM:Proiectarea unui motor de c.c. cu excitatie serie ndrumtor: Masterand:Fetecu Grigore Rclea Doru CtlinModiga GeorgeCuprinsIntroducereI.Proiectarea unui motor de c.c. cu exciatie serie.II.Schema implementata a masini de c.c. cu excitatie serieIII.Raspunsurile in programu MatLab a masini de c.c. cu excitatie serieBibliografieIntroducere Motorul de curent continuu este o main electric de curent continuu construit pentru a funciona n regimde motor. Puterea maxim a motoarelor de curentcontinuu este limitat la circa 10 MW,cci ntreaga putere transmis rotorului trece prin contactele alunectoare perii-colector. Tensiunea nominal nudepete, nmodobinuit, 1.500V, dincauza dificultii asigurrii unei tensiuni de maximum 20 V ntre dou lamele de colector vecine, pentru a se evita apariia cercului de foc la colector (motoarele de curent continuu de traciune de pe locomotivele alimentate la 3.000 V funcioneaz conectate dou cte dou n serie). Colectorul mrete gabaritul i costul motorului i ii micoreazfiabilitateancomparaiecu motoarele asincrone.Totui, motoarelede curent continuu se utilizeaz n numeroase acionri electrice datorit modului simplu i economic de modificare a turaiei prin tensiunea de alimentare i prin slbire de cmp. Frnarea motorului de curent continuu are caracteristici mecanice favorabile, trecerealafrnareacurecuperaresefacefrdificulti, chiar pentruoprire, dac tensiunea de alimentare este reglabil i dac sursa permite inversarea sensului de transfer al puterii. Sursele de curent continuu pot fi convertizoare electromecanice (grupuri motor-generator),redresoare, baterii de acumulatoare, convertoare electrochimice (pile de combustie) etc. O dezvoltare rapid a acionrilor cu motoare de curent continuu a avut loc dupapariia dispozitivelor electronicedeputere. Redresoarele comandate cu tiristoare i variatoarele de tensiune cu impulsuri permit o pornire lin, frpierderi suplimentarei oreglareeconomicavitezei derotaie. La alimentarea de la baterie (de exemplu, la electromobile) prin utilizarea tiristoarelor semreteduratadeutilizareabateriei, ntredouncrcri succesive a acumulatoarelor. Frnarea prin conectareinvers(frnarea propriu-zis)obinutprin schimbarea sensului cuplului electromagnetic (prin schimbarea sensului curentului saufluxului) laacelai sensderotaie(cazul mainilor unelte, vehiculelor cu traciune electric) sau prin schimbarea sensului de rotaie, la acelai sens al cuplului electromagnetic (cazul instalaiilor de ridicat). Motorul de curent continuu cu excitaie n scrie, se utilizeaz, n primul rnd, n traciunea electric (locomotive, electrocare, electrostivuitoare, tramvaie, troleibuze, metrouri), la acionarea instalaiilor de ridicat, excavatoarelor etc. I. PROIECTAREA UNUI MOTOR DE CURENT CONTINUU CU EXCITATIE SERIEDATE DE PROIECTARE:PN0.7 103 : W ( )UN110 : V ( )nN2200 :rotmin

_

, 1. DETERMINAREA MARIMILOR DE BAZAA ( ) IaM8.864 IaMINM1 ke( ) :ke0.025 :Din tabelul 7.1 se adoptaA ( ) INM9.091 INMPN UN:2)Curentul din indusV ( ) EM91 EMUpe UN1 +( )2 + :V ( ) Upe2.5 : 0.7 :rezulta (pentru clasa de izolatie F) randamentul:nNsi PNDin fig. 7.1, pentru 1)T.e.m din indus3)Puterea interioara (electromagnetica)PiMEMIaM :PiM806.591 W ( )4)Numarul de poli: p 2 : f pnN60 : f 73.333 Hz ( )2. CALCULUL DIMENSIUNILOR PRINCIPALE cm ( ) D 8 :W/rot/min, rezulta:PNnN0.318 B)Din fig. 7.5, pentru cm ( ) D 12.05 : dm ( ) D 1.205 D32p 60 PiM C nN :A)Cu relatia 7.11, rezulta: 2) Calculul diametrului indusuluifactorul de forma al masinii 0.8 :coeficientul de acoperire ideala a pasului polari0.6 :C 20 :din fig. 7.4 rezulta PNnN0.318 Pentru Jdm3

_

,Wrotmin

_

,1)Coeficientul de utilizare Clgli:Se adopta solutia cu miez feromagneticcompact, fara canale radiale de ventilatie pentru care: 0.713 li:Pentru care: cm ( ) li5.6 : m ( ) li0.056 li60 PiMi2 D2 nN A B:m ( ) D 0.1 :3)Calculul lungimii ideale:cm ( ) 7.854 D 2p:cm ( ) D 10 Pasul polarT ( ) B0.55 :Am

_

,A 120 102 :Din fig. 7.6 se gaseste valoarea paturii de curent A si ainductiei magnetice inintrefier.cm ( ) D 10 :Se adopta valoarea medie a diametrului indusului3. CALCULUL SI ALEGEREA INFASURARII INDUSULUIB0.55 T ( ) 0.078 : m ( ) li0.056 : m ( ) i li B : 1.441 103 Wb ( )N 60EMa p nN : N 860.882 nr total de conductoare al infasurariiindusuluis2 :KmaxN2 s: Kmax215.22 Se adoptaK 215 :D 0.1 m ( )1) Tipul infasurariiPentru curentul din indus:IaM8.864 A ( )se determina numarulcailor de curent in paralel ale infasurarii indusuluiiadm200 350 : A ( )infasurarea ondulata simpla:a 1 : 2 a 2 iaIaM2: ia4.432 A ( )2)Numarul de lamele si de crestaturi: 7.854 cm ( ) li5.6 cm ( )s2 nr de spire pe sectiesnumar intregy 107 yK 1 p:pasul rezultant la colectorycm ( ) t10.604 t1DZ :cm ( ) D 10 :t1 pasul dentarZ2p13 b) Raportul V ( ) Ukmax15 16 :V ( ) Uk2.044 Uk2 p UNKmax:a)Tensiunea dintre doua lamele:3)Verificari necesareZ 52 :Se adopta crestaturi realeZ 53.75 ZKu:u 4 :T ( ) B0.55 Bi li:inductia in intrefierWb ( ) 1.441 103 60EMp N nN :fluxul util al polului principal in intrefierAcm

_

,A 117.37 A ianct1 :patura de curentnc16 : nc16.555 ncNZ:N 860.882 Infasurarea indusului are urmatoarele caracteristici:Infasurarea indusului: infasurare ondulata simplaa 1 2 a 2 y 107 Z 52 u 4 s2 N Kmax2 s : N 860.882 xZ2 p : x 13 1 :y1x : y112 crestaturi nc nr de conductoare in crestatura4. DIMENSIONAREA CRESTATURII INDUSULUI mm ( )kFecoeficient de umplere a miezului feromagnetic impachetat din tolekFe0.95 : t10.604 cm ( )lFeli: t10.006 : m ( ) B0.55 T ( )B1adm1.9 : T ( )inductia maxima admisibila in dintelatimea dintelui:bdt1li BkFelFe B1adm: bd1.828 103 m ( )bd1.8 : mm ( )1 ) sectiunea conductoruluija3.5 :Amm2

_

,Scondiaja:Scond1.266 mm2( )Pentru infasurarea din sarma rotundadiametrul conductorului (v. anexa 5)d 1.25 : mm ( )diametrul izolat:dizd 0.15 + : diz1.4 mm ( )Forma conductorului: rotund, izolat cu email tereftalic, clasa de izolatie FForma crestaturii : trapezoidala, avand dintii paraleli2 ) Dimensiunile crestaturiideschiderea crestaturii:ardiz1 + : ar2.4 kucoeficient de umplereku0.75 : ntotnc:S1crntotdiz( )2ku: S1cr41.813 mm ( )2din desenul la scara rezultahc11.81 : mm ( )hcreprezinta inaltimea crestaturii miezului feromagnetic5. CALCULUL LATIMII INTREFIERULUI 7.8 : cm ( )bii : bi4.68 cm ( ) k0.43 104 : kbiAB : 0.043 cm ( )se adopta 0.5 : mm ( )6. DIMENSIONAREA CIRCUITULUI MAGNETIC 1)Inaltimea jugului rotoricBja1.3 : T ( )inductia maxima admisibila in jugul rotoriclFe0.056 m ( ) 1.441 103 Wb ( ) kFe0.95 hja2 kFe lFe Bja: hjainaltimea jugului rotoruluihja0.01 m ( ) hja1 : cm ( )T ( )inductia magnetica in miezul polului principal 1.14 :coeficient de scaparilmlg2.4 + : lm8 cm ( )lungimea poluluikFem0.97 :coeficient de umplere a miezului pentru polilm0.08 : m ( )bmkFemlm Bm : bm0.014 m ( ) bm1.4 : cm ( )b)inaltimea poluluihm0.9 bm : hm1.26 cm ( )Diametrul interior al indusuluihc2.38 : cm ( )DirD 2 hchja+( ) : Dir3.24 cm ( )se rotunjeste valoarea diametruluiRezulta valoarea exacta a jugului rotoruluiDir4 : cm ( )hjaD Dir2 hc +( )2: hja0.62 cm ( )Se determina valoarea definitiva a inductiei magnetice in jugul rotoruluihja0.0062 : m ( )Bja2 kFe lFe hja:Bja 2.185 T ( )2)Dimensiunile polului principala)latimea poluluiBm1.5 :cm ( )Din desenul la scara al polului se stabileste:hp0.3 : cm ( )3)Inaltimea jugului statoruluilclm17 + :lungimea carcaseilc25 cm ( ) lc0.25 : m ( )Bjs1.1 : T ( )inductia magnetica in jugul statorichjs2 lc Bjs :hjs2.988 103 m ( ) hjs0.3 : cm ( )c)latimea piesei polarep0.69 : 7.8 cm ( )bpp : bp5.382 cm ( )d)inaltimea piesei polareInaltimea piesei polare se determina graficli5.6 : cm ( ) lm8 : cm ( )hp10.5 B bpbm( )li2 lm :inaltimea orientativahp10.383 cm ( )se adopta hp10.4 :7. TENSIUNEA MAGNETOMOTOARE (T.M.M) NECESARA PRODUCERII TENSIUNI ELECTROMOTOARE (EN)LA FUNCTIONAREA IN GOL cm ( ) bdmin0.18 :cm ( ) bc0.1 :a)latimile dintelui in cele 3 sectiuni sunt: 2)tensiunea magnetica a dintilor indusuluiA ( ) Um544.318 Um2Bkc 0 :m ( ) 0.0005 :Hm

_

,04 107 :coeficientul lui Carter pentru rotorkc1.244 kct1t11 :mm ( ) t16 :12.351 1ar

_

,25ar+

_

,:mm ( ) 0.5 mm ( ) ar2.4 1)Tensiunea magnetica (t.m) a intrefieruluiBdmedt1liBkFelFe bdmed :Bdmed1.654 T ( )Bdmint1liBkFelFe bdmax : Bdmin0.695 T ( )c)Coeficientii dintelui in cele trei sectiunili5.6 : cm ( ) lFe5.6 : cm ( ) t10.6 : cm ( )bdmin0.18 : cm ( ) bdmed0.21 : cm ( ) bdmax0.5 : cm ( )kd3bclikFelFe bdmin : kd30.585 bdmedD 2hc( )Z

11]bc : bdmed0.217 cm ( )t10.6 : cm ( )bdmaxt1bc : bdmax0.5 cm ( )b)inductiile magneticeaparente in cele trei sectiuni ale dinteluili0.056 : m ( ) kFe0.95 lFe0.056 m ( )Bdmax1.7 : T ( ) t10.006 : m ( )bdmed0.0021 : m ( )bdmax0.005 : m ( )A ( )3)Tensiunea magnetica a jugului rotora)lungimea medie a liniei de camp magneticeLjaD 2 hc hja+( )

1]2p : Lja4.111 cm ( )Bja1.3 T ( ) Hja12 :Acm

_

,UmaLjaHja : Uma49.327 A ( )Tensiunea magnetica rezultanta UmdaUmUmd+ Uma+ :Umda742.792 A ( )kd2bclikFelFe bdmed :kd20.501 kd1bclikFelFe bdmax :kd10.211 Hdmax40 :Acm

_

,Hdmin8 :Acm

_

,Hdmed35 :Acm

_

,Valoarea medie a intensitatii campului magneticHdHdmax4 Hdmed + Hdmin+( )6: Hd31.333 Acm

_

,Tensiunea magnetica a dintilorUmd2 hc Hd : Umd149.147 Bm1.327 T ( )Tensiunea magnetica a polului principalBm1.327 T ( ) Hm10 :Acm

_

,Umm2 hphm+( ) Hm : Umm31.2 A ( )5)T. m. a intrefierului de imbinareimb0.02 : cm ( ) imb0.0002 : m ( )Umimb2Bmimb0 : Umimb422.475 A ( )4)T. m. a polilor principalia)fluxul magnetic in polul principalk 4.5 : lm0.08 : m ( ) bm0.014 : m ( )k lm bm

_

,Umda 106 :4.8 107 Wb ( )m + :m1.442 103 Wb ( )m: 1 coeficient de scapari a fluxului polilor principalib)inductia magnetica (exacta) in polul principal BmmkFemlm bm:UmE1.249 103 A ( ) UmEUmdaUmm+ Umimb+ Umjs+ :7) T.m.m (pentru E=En) A ( ) Umjs52.704 UmjsLjsHjs :Tensiunea magnetica:Acm

_

,Hjs5 : T ( ) Bjs0.961 Bjsm2 lc hjs:m ( ) hjs0.003 : m ( ) lc0.25 b)inductia magnetica in jugul statoruluicm ( ) Ljs10.541 Ljs D 2 hp+ hm+( )+ hjs+ 1]12p :cm ( ) hjs0.3 a) lungimea medie a liniei de camp magnetic in jugul stator 6)T. m. a jugului statoric8. COLECTORUL SI PERIILEcm2( )spe0.443 speIaMp Jpe:Acm2

_

,Jpe10 :5)Sectiunea periilor cm ( ) lpe1 : cm ( ) bpe0.204 bpepetk :pe2 :4) Dimensiunile periei ms

_

,k8.063 k Dk nN60:m ( ) Dk0.07 :3)Viteza periferica a colectorului cm ( ) tk0.102 tk DkK:K Kmax:2)Pasul la colectorcm ( ) Dk7 Dk0.7 D :1) Diametrul colectorului 6) Numarul periilor de pe o tijanpespebpelpe: npe2.169 se alegenpe2 :spenpebpe lpe :spe0.409 cm2( )0.01 spe 4.087 103 m2( )7) Lungimea utila a colectorului ak0.5 : cm ( )lkbpe0.5 +( )lpe0.5 +( ) 2 ak + : lk2.057 cm ( )II. SCHEMA IMPLEMENTATA A MASINI DE C.C. CU EXCITATIE SERIEIII. RASPUNSURILE IN PROGRAMUL MATLAB A MOTORULUI DE C.C. CU EXCITATIE SERIEFig.1.Raspuns in MATLAB pe osciloscopul nr.2Fig. 2. Raspuns in MATLAB pe osciloscopul nr.1.Bibliografie Dr. Ing. Marius Bla, Curs ISA, 2009 Dr. Ing. Valentin Muller, Maini Electrice, Ed. Politehnica Timioara, 2005 Dr. Ing. Iuliu Delesega, ncercarea aparatelor i echipamentelor electrice, Ed. Helicon Timioara, 1995 Introduction to Simulink [PDF]