Rolul functional al miezurilor magnetice

CAPITOLUL 1

Rolul functional al miezurilor magnetice

Miezurile magnetice sunt parti active ale masinilor si aparatelor electrice, realizate din materiale magnetice, cu rol de a fi suportul material al fluxului magnetic.

Miezurile magnetice asigura un traseu impus fluxului magnetic in scopul:

-de a dezvolta o forta de atractie - la electromagneti

-de a dezvolta un cuplu de rotatie - la motoarele electrice

-de a asigura transferul de energie electromagnetica intre doua bobine - la transformatoare si generatoare.

Se poate stabili o analogie intre circuitele electrice si circuitele magnetice. Intr-un circuit electric, o sursa de tensiune electromotoare provoaca circulatia unui curent electric prin conductoare si rezistoare. Circuitul magnetic constituie un ansamblu de bobine cu miez feromagnetic prin care se inchide fluxul magnetic. Bobinele parcurse de curent constituie sursele de tensiune magnetomotoare, mieziul feromagnetic constituie 'conductoarele', iar fluxul magnetic este analog curentului electric.

In constructia masinilor si aparatelor electrice, miezurile magnetice formeaza, deci, subansambluri care functioneaza impreuna cu bobinele corespunzatoare.

CAPITOLUL 2

Constructia miezurilor magnetice ale masinilor electrice

• Miezul magnetic al unei masini electrice este format din miezul magnetic al statorului si miezul magnetic rotor. Fluxul magnetic produs de bobinaj strabate circuitul magnetic trecand prin miezul stator, rotor si prin intrefier.

Dupa felul fluxului magnetic deosebim :

-miezuri magnetice pentru flux constant in timp

-miezuri magnetice pentru flux variabil in timp.

2.1. In general, miezurile magnetice pentru flux constant in timp se executa din otel masiv. Totusi sunt situatii cand forma miezului fiind complicata, este mai simplu sa fie realiza din tabla de otel groasa de 1-2 mm.

2.2. Miezuri magnetice pentru flux variabil se realizeaza numai din tabla de otel electrotehnic izolata pe ambele fete, avand grosimea de 0,35 ; 0,5 sau 1 mm. Folosirea tablei silicioase este impusa de fenomenul de aparitie a pierderilor datorate curentilor turbionari si respectiv a histerezisului magnetic.

Curentii turbionari sau curentii Foucault sunt produsi intr-un miez feromagnetic strabatut de un flux magnetic variabil in timp. Acesti curenti circula in miezul feromagnetic producand caldura prin efect Joule si deci pierderi de energie. Reducerea acestor pierderi se face prin doua metode :

-realizarea de miezuri magnetice lamelate, pierderile fiind cu atat mai reduse cu cat grosimea tolei e mai mica si tolele sunt izolate intre ele

-cresterea rezistivitatii materialului prin imbogatirea fierului in siliciu

Histerezisul magnetic este fenomenul prin care dependenta inductiei magnetice de campul magnetic nu este aceeasi in sens descrescator. Pierderile de energie datorate histerezisului se micsoreaza prin folosirea de materiale la care aria acestui ciclu este redusa.

CAPITOLUL 3

Miezul magnetic al masinilor de curent continuu

Miezul magnetic al uni masini de curent continuu de uz general este compus din :

-carcasa cilindrica, executata din otel masiv

-polii principali, care constituie miezul magnetic al bobinelor ce creeaza fluxul magnetic de excitatie. De regula, polii principali se executa lamelati ; la dimensiuni mici ei se executa si din otel masiv

-polii auxiliari, executati din otel masiv sau lamelati

-miezul rotorului, avand spre exterior crestaturi in care se monteaza bobinajul rotorului.

Masinile de curent continuu alimentate de curent redresat au miezul magnetic realizat in mod similar. Existau urmatoarele diferente : miezul stator si polii principali si auxiliari sunt realizati complet lamelat, iar polli principali au crestaturi pentru infasurarea de compensatie.

• Polii principali au o forma specifica.

CAPITOLUL 4

Miezul mahnetic al masinilor sincrone

Miezul magnetic al masinilor sincrone are doua variante constructive de baza:

-cu poli aparenti, caz in care rotorul este format dintr-un butuc pe care sunt prinsi polii

-cu poli inecati, caz in care rotorul este cilindric, avand crestaturi in care este introdus bobinajul rotoric.

Se observa ca in ambele cazuri statorul este cilindric, lamelat si cu crestaturi la interior.

• Polii. Masinile sincrone mici pot prezenta poli pe stator si pe rotorul cilindric, caz in care se numesc cu 'constructie inversa'. Partea inferioara a polilor masinilor sincrone se realizeaza astfel incat sa se fixeze pe butucul rotorului prin imbinarea in coada de randunica sau coada in forma de T. Piesa polara este prevazuta cu crestaturi rotunde, unde se introduce bobinajul de amortizare.

Solidarizarea tolelor miezului stator se face cu scoabe care se introduc in canale de forma cozii de randunica prezente la exteriorul pachetului si se indoaie la capete peste partile frontale. O alta solutie este asamblarea prin sudura pe patru generatoare exterioare.

NOTA. La masinile electrice cu lungime mare, pentru a micsora pierderile se introduc, la impachetare, din loc in loc, tole de material izolat, pachetul de tole fiind deci divizat.

CAPITOLUL 5

Miezul magnetic al masinilor asincrone

• Miezul stator al masinilor asincrone este similar cu cel al masinilor sincrone. Exceptie fac masinile asincrone mici, care au o forma specifica, avand poli aparenti pe stator.
• Miezul rotor este realizat din tole cu crestaturi la exterior. Acestea sunt impachetate pe arbori sau butuci si sunt stranse la capete cu flanse de presare.

CAPITOLUL 6

Constructie si tehnologia miezurilor magnetice pentru transformatoarele electrice

• Miezul magnetic al unui transformator este parcurs de un flux magnetic variabil si de aceea este realizat din tole de otel electrotehnic. Se foloseste tabla silicioasa laminata la cald sau la rece.

Tabla laminata la cald este bogat aliata cu siliciu, are grosimea de 0,35 sau 0,5 mm si se izoleaza pe ambele fete cu lac electroizolat.

Tabla laminata la rece are caracteristici magnetice superioare in directia de laminare. In transformatoare, directia liniilor campului magnetic nu se schimba, deci utilizarea tablei laminate la rece conduce la obtinerea unor miezuri cu calitati magnetice remarcabile. Pe directia perpendiculara pe cea de laminare, tabla laminata la rece are proprietatile mai slabe decat cea laminata la cald, si de aceea se evita aceasta situatie.

Tabla laminata la rece cu cristale orientate are grosimea de 0,3-0,35 mm si este izolata pe ambele fete cu straturi de oxizi sau cu un material ceramic.

• Se deosebesc urmatoarele parti constructive :

-coloanele : portiunile miezului magnetic pe care sunt dispuse bobine

-jugurile : portiunile de miez care nu au infasurari si servesc la inchiderea circuitului magnetic. Cand jugul leaga cele doua capete ale unei coloane, se numeste 'jug lateral'.

• Tipuri constructive principale de circuite magnetice sunt :

-circuit magnetic in manta, la care coloana are doua juguri laterale

-circuit magnetic cu coloane, la care jugurile unesc capete de coloane si nu exista juguri laterale

-circuit magnetic cu coloane si manta, o combinatie a celor doua variante anterioare.

Forma sectiunii coloanei este diferita pentru diferitele utilizari. Astfel, la transformatoarele de putere mica este dreptunghiulara, iar la transformatoarele de putere bobinele se realizeaza cilindric si de aceea coloanele au o sectiune in trepte.

Un numar mai mare de trepte asigura o sectiune mai mare de fier in interiorul bobinei, dar complica tehnologia de montaj. Prin spatiile libere dintre miez si infasurare circula uleiul de racire. La transformatoarele foarte mari se asigura, cu distantatoare, canale de racire in sectiunea coloanei.

Jugurile transformatorului au sectiunea dreptunghiulara sau cu 1-2 trepte.

La transformatoarele mici, circuitele magnetice se realizeaza in doua moduri :

-din tole, asemanator cu miezurile transformatoarelor de putere

-din banda roluita de tabla silicioasa

• Miezuri din tole. Pentru a functiona in mod economic este necesar ca intrefierurile ehnologice, care apar la montaj intre tole, sa fie reduse la minimum. Pentru aceasta se asigura un montaj al tolelor prin intretesarea acestora, precum si o buna strangere a pachetului.

La transformatoarele marei, din tabla laminata la cald, tolele sunt dreptunghiulare. La impachetare se asigura un montaj alternativ al straturilor.

In cazul miezurilor magnetice din tabla laminata la rece, forma tolelor prezinta capete taiate oblic la 30grade si 45grade, pentru ca liniile de camp magnetic sa se abata cat mai putin de la directia de lamincare.

Consolidarea miezurilor se face prin lipire sau strangere cu suruburi. Jugurile sunt stranse de grinzile schelei cu suruburi izolate fata de miez.

La transformatoarele mici miezul din tole se realizeaza din tole profil, impachetate tesut, si din tole complete impachetate tesut.

In unele situatii se realizeaza montajul separat al tolelor U sau E si al celor I, rezultand un miez magnetic cu jug aplicat.

• Miezuri magnetice din banda roluita de otel electrotehnic pot fi toroidale sau dreptunghiulare. Aceste miezuri se realizeaza foarte usor prin roluirea pe un sablon a tablei si consolidarea prin lipire sau sudura in puncte. In cazul folosirii acestor miezuri, bobinajul se realizeaza direct pe miez, prin bobinare cu masini de bobinat toroidal. Miezurile toroidale avand caracteristici magnetice superioare, se folosesc la transformatoarele de masurat.

Miezurile magnetice roluite se folosesc si taiate, ceea ce permite separarea lor si introducerea unor bobine concentrate de tip obisnuit.

Transformatoarele de mica putere sunt transformatoarele monofazate sau trifazate, cu puteri intre 3VA si 10kVA.

• Cele mai importante tipuri sunt :

-transformatoarele de comanda, care alimenteaza circuitele de comenzi, semnalizari, automatizari, asigurand si separarea electrica a circuitelor de comanda fata de retea

-transformatoarele de alimentare pentru aparatura electronica si de telecomunicatii, tehnica de calcul, redresoare. Au una sau mai multe infasurari.

-transformatoarele de siguranta, ce permit recordarea la retea aunor consumatori mici cu tensiune secundara redusa ; ele se utilizeaza ca masura suplimentara de protectie impotriva electrocutarii

-transformatoarele de separare, care asigura o tensiune aproximativ egala cu cea a retelei, dar realizeaza separarea electrica de protectie a consumatorilor fata de retea.

• Sectiunea de fier a cloanei unui transformator de mica putere se poate determina cu relatia :

Afe = (0 - 12)√S, unde :

Afe -este aria sectiunii coloanei

S -puterea transformatorului

• Tehnologia de realizare a miezului magnetic al unui transformator de mica putere cuprinde:

-executarea tolelor

-impachetarea miezului

-consolidarea miezului magnetic

Tolele se executa din foi sau benzi de tabla de otel electrotehnic, prin operatia de stantare. Aceasta se realizeaza cu dispozitive numite stante care sunta rionate de prese mecanice.

Pentru executarea operatiilor de stantare cu deseuri minime se aleg tole de dimensiuni corelate si se alege pozitia optima de asezare a tolelor pe banda de tabla. Dimensiunile unor astfel de tole sunt multiplii unei dimensiuni c.

Valorile recomandate al dimensiunii c sunt urmatoarele : 5 ;5,4 ;7 ;8 ;9 ;10 ;11 ;13 ;14 ;15 ;16 ;17,5 ;20 ;22,5 ;25 ;30 ;32 ;40 ;44 mm. Aceasta gama de valori tipizate satisface practic toate cerintele pentru transformatoarele de pana la 500VA, utilizate pentru automatizari si pentru alimentarea produselor electronice.

Dupa stantare se realizeaza impachetarea, asigurandu-se asezarea tolelor astfel incat bavurile sa fie in acelasi sens. Se realizeaza si intretesarea tolelor.

Consolidarea miezului se face prin strangerea tolelor cu nituri, suruburi cu piulite sau scoabe.

Consolidarea miezului se face, de regula, dupa montarea bobinajului fiind o operatie de ansamblu finala.