MASINI ELECTRICE - Sa seze un motor asincron trifazat de joasa tensiune

MASINI ELECTRICE

Sa se proiecteze un motor asincron trifazat de joasa tensiune, avand urmatoarele date:

a)     Datele nominale:

putarea nominala, P_N=80+10N=250kW;

tensiunea nominala de alimentare, U_N=380 V;

frecventa tensiunii de alimentare, f₁=50 Hz;

turatia sincrona, n₁=600   rot/min;

b)    Datele functionale si constructive:

tipul motorului: cu rotor in scurtcircuit;

caracteristicile de functionare

M_m/M_N=2.5, M_p/M_N=1.2, I_p/I_N=4.5;

tipul de protectie IP 23, conform STAS 625-85;

serviciul de functionare S1;

tip constructiv IMB3;

Proiectul va cuprinde urmatoarele:

Determinarea marimilor de calcul.

PROIECTAREA STATORULUI MOTORULUI.

1.1. Calculul dimensiunilor principale

1.2. Determinarea latimii intrefierului

1.3. Infasurarea si crestaturile statorului

PROIECTAREA ROTORULUI MOTORULUI

2.1. Calculul dimensiunilor

2.2. Jugul si diametrul interior al rotorului

2.3. Tensiunea magnetomotoare pentru o pereche de poli si curentul de magnetizare

PARAMETRII INFASURARII MOTORULUI

CALCULUL PIERDERILOR SI RANDAMENTULUI MOTORULUI

CALCULUL CARACTERISTICILOR MOTORULUI

CONTINUT GRAFIC

6.1. Sectiune in crestatura rotorica

6.2. Sectiune in crestatura statorica

6.3. Schema de bobinaj statorica

6.4 Caracteristica mecanica a motorului

CAP.1. Proiectarea Statorului Motorului Asincron

Determinarea marimilor de calcul.

Numarul de perechi de poli:

Din relatia de legatura intre numarul de perechi de poli ,frecventa in si turatia sincrona in

Puterea aparenta absorbita nominala :

In cazul motoarelor trifazate pentru conexiunea fazelor in triunghi

Tensiunea electromotoare de faza:

Puterea aparenta interioara:

Curentul nominal pe faza:

Se mentioneaza faptul ca pe eticheta motorului trebuie sa indicata valoarea curentului de linie , necesar dimensionarii conductoarelor de alimentare ale masinii.

Factorul de forma al tensiunii electromotoare si coeficientul de acoperire ideala a pasului polar α_i, pentru valoarea impusa a coeficientului partial de saturatie magnetica (al dintilor). Astfel impunand rezulta:

Aceste valori trebuie verificate dupa stabilirea prin calcul a coeficientului .

Calculul dimensiunilor principale

Diametrul interior al statorului (orientativ):

Diametrul interior al statorului

Din tabel se alege valoarea normalizata a diametrului exterior cea mai apropiata de valoarea calculata anterior:

Pentru care rezulta diametrul interior recalculat:

Pasul polar

Solicitarile electromagnetice A si B_δ se stabilesc din figura, pentru clasa de izolatie F, la valorile:

Lungimea ideala:

Valoarea (orientativa) a raportului

Se inscrie in limitele indicate:

Geometria miezului magnetic:

Se alege constructia divizata a miezului magnetic. Se impun orientativ, avand in vedere turatia redusa a masinii si deci conditiile de ventilatie mai proaste.

Lungimea geometrica este:

Lungimea unui pachet de tole, considerand ca toate pachetele sunt uniforme este:

Adopt

Miezul magnetic va avea 5 canale de ventilatie de latime 1.5 si 8 pachete de tole de lungime 5 .

Recalculand rezulta urmatoarele dimensiuni ale miezului feromagnetic:

Lungimea fierului miezului magnetic (a tuturor pachetelor):

Lungimea geometrica:

Lungimea ideala:

Determinarea latimii intrefierului

Pentru D=52 cm si 2p=10 rezulta δ=1 mm.

Din relatia empirica rezulta:

Infasurarea si Crestaturile Statorului

Fiiind o masina de joasa tensiune, de putere medie si al carei curent nominal nu are o valoare prea mare, se observa ca este relativ usor ca, pentru infasurarea statorului sa se utilizeze un conductor rotund rezultand astfel o infasurare din sarma, ale carei avantaje tehnologice si functionale sunt cunoscute (formare usoara, deschidere mica a crestaturilor etc.).

Pentru o astfel de infasurare (sarma), se va folosi o crestatura trapezoidala.

Infasuraea va fi cu doua straturi, bobinele avand capetele frontale rotunde. Izolatia conductorului este constituita din doua folii, izolatie cu grosime de fiecare (total pe o parte)

Astfel pentru clasa de izolatie F, schema de izolatie a infasurarii este urmatoarea:

izolatia conductorului: email;

izolatia sectiei sau bobinei pe partea activa: teaca de micafoliu pe panza de sticla;

izolatia capetelor frontale ale sectiilor sau bobinelor: banda de sticla;

izolatia crestaturii: folie combinata de clasa F;

izolatia intre straturi si la fundul crestaturii: sticlotextolit;

izolatia sub pana: sticlotextolit;

pana: sticlotextolit;

Numarul de crestaturi ale statorului

Adopt

Pasul dentar al statorului:

Se incaderaza in limitele orientative.

Pasul principal al infasurarii:

Se alege (numar impar), deoarece, asa cum se va vedea, bobinele sunt neegale (). In felul acesta este posibila o dimensionare a crestaturii mai rationala prin respectarea modului de asezare a bobinelor mari si mici in crestatura

Factorul de infasurare al statorului:

Numarul de spire pe faza:

Numarul de conductoare efective, dintr-o crestatura:

Unde a₁ este numarul de cai in paralel pe o faza si se pune conditia 2p/a₁ sa fie numar intreg.

pentru a₁=1

pentru a₁=2

pentru a₁=3

pentru a₁=6

Adoptam a₁=6 si

Ceea ce inseamna ca infasurarea va avea bobine egale cu cite 14 spire fiecare

Numarul real de spire pe faza:

Verificarea incadrarilor in limite a solicitarilor electromagnetice:

patura de curent:

inductia magnetica maxima in intrefier:

Dimensiunile coductorului si ale crestaturii:

a)     sectiunea conductorului efectiv este:

adopt 

se alege n_f=2 fire in paralel cu diametrul de 2.5 mm izolate cu email tereftalic.

conductor Cu Em Φ 2.5 ET s_cond = 4.90 mm²

Diametrul izolat 

Densitatea de curent :

care, avand in vedere turatia redusa a masinii se considera corespunzatoare.

b)      Dimensiunea creastaturii, trapezoidale, rezulta din constructia grafica, la scara, efectuata pentru o latime costanta a dintelui si o valoare a sectiuni nete a crestaturii, determinate astfel incat coeficientul de umplere al crestaturii sa se incadreze in limitele admisibile.

Latimea constanta a dintelui:

;

Sectiunea neta a crestaturii (este sectiunea ocupata de conductoare - fara izolatia crestaturii, fara pana si fara istmul acesteia):

Deschiderea istmului crestaturii:

Se efectueaza constructia grafica la scara marita conform careia rezulta:

Care este egala cu valoarea calculata.

Se stabilesc astfel urmatoarele dimensiuni defintive ale crestaturii:

inaltimea crestaturii:

lungimea bazei mari a trapezului:

lungimea bazei mici a trapezului:

inaltimea trapezului:

Verificarea inductiei maxime in jugul statorului:

inaltimea jugului statorului:

inductia maxima in jugul statorului:

adica in limite. Aceasta inseamna ca dimensionarea statorului este bine facuta.

CAP.2. Proiectarea Rotorului in Scurtcircuit al Motorului Asincron

Infasurarea si Crestaturile Rotorului in Scurtcircuit cu Bare Inalte

Colivia in scurtcircuit se executa din bare de aluminiu, in constructie sudata deoarece, avand canale radiale de ventilatie, turnarea coliviei din aluminiu este mai dificila sub aspect tehnologic, fiind necesare masuri speciale de etensare a crestaturilor in zona canalelor radiale de ventilatie.

Forma crestaturilor si dispunerea frontala a inelelor de scurtcircuitare sunt indicate

in figurile de mai jos ia introducerea barelor in crestaturi se face prin partea frontala.

2

2)Colivie cu bare inalte drepte Capatul frontal si inelul de scurtcircuitare al coliviilor rotoarelor in scurtcircuit

1)Cu inelul departat de miezul magnetic

Numarul de crestaturi se stabileste conform tabelelor avand in vedere ca se vor folosi crestaturi drepte.

Pasul dentar al rotorului:

Tensiunea electromotoare pe faza (dintr-o bara):

Curentul prin bara (de faza):

factor ce tine cont de influenta curentului de magnetizare al masinii datorita carora solenatiile statorica si rotorica nu sunt egale.

Curentul in inelul de scurtcircuitare a coliviei:

Dimensionarea coliviei rotorului se poate face fie pornind de la solicitarile electrice (densitatile de curent) si verificarea apoi caracteristicile impuse,fie direct de la caracteristicile impuse si verifica densitatile de curent.

Se va adopta in continuare prima metoda ca fiind mai directa; in cazul unor abateri mari ale caracteristicilor, se va relua dimensionarea coliviei cu modificari astfel incat parametrii sa rezulte la valorile necesare.

a)     Sectiunea barei:

In care pentru rotorul cu bare de

Aleg turatie mica a rotorului deci o racire proasta fiind colivie cu bare inalte se alege raportul

b)     Dimensiunile barei se stabilesc in concordanta cu STAS 6499/1-74 deci:

pentru care rezulta valoarea exacta a densitatii de curent din bara:

c)     Lungimea barei pentru dispunerea capetelor frontale:

d)     Sectiunea inelului de scurtcircuitare:

e)      Dimensiunile inelului de scurtcircuitare. Deoarece nu se gasesc dimensiuni in STAS6499/1-74, la valori convenabile pentru sectiunea rezulta (latimea este prea mare fata de inaltime), se procedeaza la turnarea acestora din aluminiu (de obicei prin centrifugare) si apoi prelucrarea, sub forma de inele la dimensiunile.

a=21,5 b=53,2

Pentru care rezulta sectiunea

f)       Dimensiunile crestaturii conform figurii alaturate:

In mod normal trebuie verificata imediat valoarea maxima a inductiei magnetice la baza dintelui care nu trebuie sa depaseasca limitele admisibile.

Deoarece in cazul barelor inalte rezulta, de regula, latimi mari ale dintilor se va urmari acest lucru la calculul tensiunii magnetice in dintii rotorului

Jugul si Diametrul interior al Rotorului.

Inaltimea jugului rotoric:

Deoarece masina nu are canale axiale de ventilatie numai canale radiale inaltimea de calcul a jugului rotorului este inaltimea jugului real.

Diametrul interior al miezului rotoric

Fiind o valoare rotunjita din punct de vedere tehnologic se stabileste definitiv:

T.m.m. pe o pereche de poli si Curentul de magnetizare.

Tensiunea magnetica a intrefierului pentru o pereche de poli este:

unde:

pentru stator

pentru rotor

Tensiunea magnetica a dintilor statorului pentru o pereche de poli :

In cazul in care dintii au pereti paraleli (cazul de fata cu ) calculat la stator se ia din curba de magnetizare in functie de valoarea inductiei in dinte

Tensiunea magnetica a dintilor rotorului, pentru o pereche de poli, este:

In acest caz al crestaturii cu peretii paraleli (dinte trapezoidal cu ) intensitatea campului magnetic variaza cu inaltimea dintelui.

Se calculeaza astfel:

Latimile dintelui in cele trei sectiuni sunt:

Inductiile aparente in cele trei sectiuni ale dintelui rotorului sunt:

Din curba de magnetizare a tablei silicioase laminate la rece cu cristale neorientate pentru inductiile magnetice de mai sus rezulta:

Valoarea media a intensitatii campului magnetic este data de relatia lui Simpson

Verificarea coeficientului partial de saturatie magnetica:

Fata de valoarea aleasa initial, k_sd=1.3, diferenta este mica, astfel incat valorile si se considera bune

Tensiunea magnetica a jugului statoric pentru o pereche de poli:

intensitatea campului magnetic in jugul statoric in determinata din anexa 2 pentru valoarea inductiei in jug coeficient ce tine seama de inductia in jug in lungul liniei nu este constant, ea are o valoare maxima la mijlocul distantei dintre poli si se micsoreaza catre ambele axe ale polilor.

Tensiune magnetica a jugului rotoric pentru o pereche de poli:

intensitatea campului magnetic in jugul statoric in determinata din anexa 2 pentru valoarea inductiei in jug

Tensiunea magnetomotoare a circuitului magnetic pe o pereche de poli:

Curentul de magnetizare:

Parametrii infasurarilor Motorului Asincron cu Rotorul in Scurtcircuit cu bare inalte

Rezistenta pe faza a infasurari statorului:

lungimea totala a conductoarelor unei faze si a unei cai de curent in paralel

numarul de spire pe o faza si o cale de curent a infasurari statorului

lungimea medie a unei jumatati de spira a statorului in

lungimea geometrica a miezului magnetic in

lungimea medie a partii frontale a bobinei (capetelor) statorului in

conform figurii de mai jos.

sectiunea efectiva a conductorului real rezultata din STAS conductoare in iar pentru cazul in care se folosesc fire in paralel atunci

numarul de cai de curent in paralel pt o faza

rezistivitatea materialului conductor la temperatura de functionare in . Pentru cupru eletrolitic din care se confectioneaza infasurarea statorului si la temp

Temperatura de functionare conform STAS 1893-78 functie de clasa de izolatie a infasurari:

Pentru infasurare in clasa de izolatie si

coeficient mediu de crestere a rezistentei in curent alternativ fata de curent continuu datorita fenomenului de refulare a curentului. Pentru masini asincrone normale (cu dimensiunile conductoarelor in limitele tehnologice se poate considera la frecventa industriala () de alimentare a infasurarii statorului

3. Valoarea nesaturata

4. Valoarea saturata

Permeanta geometrica specifica a scaparilor

- valoarea nesaturata

- valoarea saturata

1.Permeanta geometrica specifica totola aa scaparilor in partile frontale

2. Permeanta geometrica specifica totala a infasurarilor

- valoarea nesaturata

- valoarea saturata

- valoarea nesaturata

- valoarea saturata

Parametrii infasurarii rotorului in scurtcircuit

Rezistenta pe faza a infasurarii rotorului

a)  fara influenta refularii din baraq

in care:

b)  influenta refularii curentului din bara

Permeanta geometrica specifica a scaparilor in crestatura rotorului

a)  fara influenta refularii curentului din bara si fara influenta saturatiei magnetice

b)  cu influenta refularii curentului si a saturatiei magnetice

unde

3.Permeanta geometrica specifica a scaparilor diferentiale

in care:

- valoarea saturata

4.Permeanta geometrica specifica a scaparilor in partile frontale

in care:

5.Permeanta geometrica specifica totala a infasurarilor rotorului

- valoarea nesaturata si neafectata de refulare a curentului

- valoarea saturate si afectata de valoarea curentului

6.Reactanta de scaparii a infasurarii rotorului in scurtcircuit cu bare inalte

- valoarea nesaturata si neafectata de refulare

- valoarea saturate si afecteaza influenta refularii curentului din bare

7.Valorile raportate la stator ale parametrilor rotorului

in care factorul de raportare este dat de relatia

Reactanta utila:

W

IV.CALCULUL PIERDERILOR SI RANDAMENTUL MASINII ASINCRONE.

a)  Pierderile principale ale jugului statorului

b)  Pierderile principale in dintii statorului

c) Pierderile principale totale in fier

Pierderile suplimentare in fier la functionarea in gol

a)  pierderile cu suprafata statorului

in care:

b)  Pierderile de suprafata ale rotorului

unde:

c)  Pierderile in dintii statorului

d)  Pierderile de pulsatie din dintii rotorului

Pierderile electrice principale la functionarea in sarcina

a)Pierderile in infasurarea statorului

b) Pierderile in infasurarea rotorului

c)  Pierderile electrice principale totale

(Pentru masinile cu rotorul in scurtcircuit sau cu dispozitiv de scurtcircuitare si de ridicare al periilor)

Pierderile electrice principale totale

Pierderile mecanice prin frecare si de ventilatie

Pierderile de ventilatie datorita ventilatorului propriu

(limitele normale pentru ventilatorul radial)

Pierderile suplimentare in fier la functionarea in sarcina se aproximeaza

Pierderile totale si randamentul masinii

a)     Pierderile totale

b)     Randamentul masinii la functionarea nominala

V. CALCULUL CARACTERISTICILOR MOTORULUI ASINCRON CU ROTORUL IN SCURTCIRCUIT.

Curentul secundar de pornire

Componenta curentului de pornire din secundar raportat la primar

Curentul de pornire absorbit

Cuplul de pornire

Turatia nominala

Cuplu maxim

Factorul de putere nominal