Motoare sincrone cu magneti permanenti

MEMORIUL TEHNICO-EXPLICATIV

Prezentul proiect abordeaza calculul,dimensionarea si construirea unui motor electric sincroncu magneti de mica putere( ).

Motoarelesincrone cu magneti permanenti au avantajul de a-si mentine viteza neschimbata,indifferent de perturbatiile tensiunii din retea,utilezandu`se in antrenarea grupurilor de masini ce alimenteaza mari calculatoare electronice.

Au avantajul constructive al lipsei contactelor alunecatoare,a periilor si inelelor,ofera posibilitatea de a lucra fara scantei,utilizandu-se frecvent inmedii explosive,corozive,in industria petrolului si mineritului.

Datorita facilitatii ridicate si a silentiozitatii reprezinta cea mai buna solutie in antrenarea ventilatoarelor instalatiilor de conditionare a aerului.

Lucrarea de fata,abordeaza un astfel de motor,care pentru utilitatile enuntate mai sus reprezinta cea mai buna solutie din punt de vedere tehnico- economic.

Principalele date de proiectare impuse sunt:puterea nominala( ) , tensiunea pe linie ( ), frecventa tensiunii de alimentare( ),turatia nominala( ) si numarul de faze ( ).

In determinarea dimensiunilor principale s-a calculate numarul de perechi de poli p=2, volumul de magnet permanent necesar V diametrul magnetului cm latimea polului magnetului b =3,7 10 m.Ca tip de magnet permanent s-a ales un aliaj Al-Ni-Co cu urmatoarea compozitie: Al 9%,Ni 16%, Co 26%,Nb 1%,restul Fe, avand caracteristicile B =1,3T si H =52 Ka/m.

Pentru stator s-s determinat diametrul exterior al staturului DPS=16 10 m, lungimea statorului l =10,6 10 m, diametrul interior al statorului DIS=10,9 10 m si tot odata marimea intrefierului g=0,32mm.

S-a calculate Z =24 crestaturi,alegandu-se solutia constructive cu dinte trapezoidal si crestatura dreptunghiulara utilizandu-se o infasurare cu pas diametral( y=6).

A rezultat un numar de E =320/faza si n =80 de conductoare intr-o crestatura.

Dupa dimensionarea crestaturii s-a adaptat o desitate de curent y=4 A/mm², iar sectiunea conductorului de cupru a rezultat de S =0,6mm², astfel incat s-a ales un conductor de cupru cu izolatie de email cu diametrul d =0,9mm.

Pentru motor(colivia de pornire) s-a adaptat un numar de crestaturi Z =20,pentru a nu exista pericolul "lipirii magnetice"a rotorului de stator cu un pas dentar T =1,68 10 m.S-a adoptat o crestatura rotorica circulara cu diametrul d =0,6 10 m.

Campul magnetic din rotor va fi generat de magnetul permanent ,deci in rotor nu vor exista infasurari.

S-a calculate apoi elementele circuitului magnetic,determinand punctual de functionarea magnetului pe curba de revenire.

In final, din tabelul caracteristicilor de functionare ale motorului sicron, trasand curbele η=f 1 (P2) si cos Ø=f2 corespunzator puterii motorului (P2=1000 W) se obtine =0,87 si cos Ø =0,96.

CAPITOL 1

MOTOARE SINCRONE CU MAGNETI PERMANENTI.

CONSTRUCTIE,FUNCTIONARE, TEHNOLOGIE SI UTILIZARI

1.1 Principiul de functionare

Se considera structura din figura formata dintr`o armature fixa si una mobila.Pe armature fixa este dispusa o infasurare alimentata cu un i1, iar armature mobile este realizata dintr-un magnet permanent N-S.

Energia magnetica este:W ½Li2

i-curentul din infasurare

Cuplul electromagnetic produs de sistem este:Ψ j sinØ

Cuplul produs de interactiunea dintre campul magnetic permanent si curentul de infasurare se numeste cuplu activ.

Pentru motorul cu magneti permanenti,pozitia x=0.este o pozitie stabile,in sensul ca aria perturbatiei ce tinde sa scoata rotorul din aceasta pozitie , duce la aparitia unui cuplu, active sau reactive, ce tinde sa readuca rotorul in pozitia de echilibru.

Daca campul magnetic produs de infasurarea de pe armatura statorica este rotator , rezulta ca motorul masinii trebuie sa urmareasca axa campului statoric, rotirea sa avand loc cu o viteza egala cu viteza de rotatie a campului invartitor.

Este evident ca un asemenea cuplu , are o valoare mediana diferita de zero numai daca viteza de rotatie a rotorului este egala cu viteza campului magnetic invartitor, ceea ce echivaleaza cu faptul ca pentru a functiona motorul trebuie adus la sincronism cu mijloace externe.

Cel ami adesea aducerea la o viteza apropiata de cea asincrona se face pornind masina in asincron.La puterile foarte mici si momente de inertie reduse,pornirea se poate face direct utilizand cuplul sincron instantaneu dezvoltat de masina , intr-o alternanta , rotorul masinii atingand viteza sincrona.

Construirea motoarelor sincrone cu magneti permanenti

Statorul acestei masini,asemanator cu al oricaror altor motoare de current alternative este realizat din tabla de otel electrotehnic , in crestaturile sale fiind plasata infasurarea monofazata sau polifazata de excitatie.

Rotorul motoarelor sincrone cu magneti permanenti se realizeaza in doua variante constructive si anume: in constructie normala , cu poli aparenti si colivie de veverita,respectiv cu poli gheara,solutie utilizata in general la puteri mici si pentru numar mare de poli.

Rotorul in constructie normala poate fi dupa modul de pozitionare a coliviei fata de magnetii permanenti , de doua tipuri : cu constructie radiala sau cu constructie axiala.

Rotorul cu poli ghiara este format dintr-un magnet cyclic , magnet axial si doua saibe din material ferromagnetic de o parte si de alta a magnetului ,saibele prezentand o serie de armature polare care se interpatrund alternative la periferia exterioara a magnetului formand un sistem magnetic multipolar.Aceste piese masive joaca si rolul unei colivii de amortizare si pornire.

Un alt criteriu dupacare se deosebesc tipurile de rotor il constituie modul de asezare a magnetului permanent in interiorul rotorului. In figura este prezentata solutie constructive care prevede esezarea magnetului permanent direct pe fetele sale exterioare , lipindu-se piesele polare in care sunt plasate barele coliviei de pornire.

Aceasta figuratie poate fi utilizata numai in cazul magnetilor permanenti metalici , deoarece magnetul preia intregul cuplu transmis la ax.In cazul magnetilor ceramici (ferrite) , este de preferat solutia din figura, magnetii permanenti fiind plasati sub forma unor pastille intre polii aparenti ai rotorului.

In anumite cazuri, pentru marirea cuplului dezvoltat de masina, se utilizeaza rotoare care prezinta ata magneti permanenti cat si reluctanta variabila.doua astfel de variante sunt prezentate in figura , caz in care locasele realizate in tala rotorica sunt destinate atat magnetului permanent, cat si barierelor nemagnetice , respectiv coliviei de pornire

In alte situatii, atunci cand motoarele sunt destinate a actiona inastalatii de intregistrare audio sau video , pentru asigurarea unei miscari foarte constante se doreste ca masina sa prezinte un moment mare de inertie , caz in care se prefera ca statorul sa fie interior, iar rotorul exterior comform figurii.

Motoarele sincrone prezentate pana in present sunt destinate actionarilor de viteza fixa sau reglabila. Alte tipuri de motoare sincrone cu magneti permanenti sau reluctanta variabila sunt destinate a fi utilizate in pozitionari, motoare denumite pas cu pas.

1.3 Magneti permanenti utilizati in constructia motoarelor sincrone

1.3.1 Caracteristicile magnetilor permanenti

Utilizarea magnetilor permanenti se bazeaza pe proprietatea unor metale sau aliaje dea prezenta un camp magnetic permanent , care poate fi mentinut practic constant pe perioade indelungate.

Caracteristica de baza a magnetilor permanenti este curba de demagnetizare . care prezinta partea din cadrul II a ciclului de histerezis conform figurii.

Aceasta curba se caracterizeaza prin valoarea inductiei remanente B si intensitatea campului magnetic coercitiv H .

Magnetizarea magnetului permanent se executa in circuitul magnetului in care urmeaza sa functioneze ,fie in afara circuitului propriu-zis , inglobarea lui in masina avand loc ulterior.Magnetizarea se realizeaza cu ajutorul unor infasurari carora li se aplica unul sau mai multe pulsuri de curent care sa asigure saturarea materialului.

1.3.2 Proprietati fizico-chimice ale magnetilor permanenti

Magnetii permanenti au inceput sa fie utilizati practice in constructia de masini electrice abia in ultimii 35 de ani , o data cu obtinerea unor materiale magnetice cu performante superioare.

Magnetii permanenti utilizati astazi in constructia de masini electrice se pot imparti in patru mari grupe, corespunzator proprietatilor de material relifate cu caracteristicile lor de magnetizare.

Magnetii permanenti cei mai cunoscuti ,sunt de tip alnico,aliaj ce contine cobalt intre 10-40%,material ce le asigura o inductie remanenta ridicata.Magnetii sunt obtinuti la temperaturi ridicate si raciti in camp magnetic puternic.

Pentru ridicarea campului lor coercitiv ei sunt supusi la tratamente de revenire. Magnetii permanenti de tip alnico cu cele mai bune performante sunt magnetii anizatropi cu cristal orientate.

Magnetii de tip Alnico au diverse denumiri comerciale : Ticanal,Hycomax, Magnico, Koerzit 400, Oersit 400, clasificarea lor diferind de la tara la tara.

1.3.3 Utilizari ale motoarelor sincrone

Motoarele sincrone de mica putere , sunt utilizate in instalatii de tetefonie automata, in dispozitive de memorie la calcularoarele electronice.

Au puteri de la 1 mW pana la mii de W,intr-un domeniu de turatie de la 3000 de rotatii pe minut la o rotatie per luna.

Caracteristica principala a reprezinta faptul ca functioneaza la o turatie riguros constanta.

CAPITOL 2

PROIECTAREA MOTORULUI SINCRON CU MAGNET PERMANENT

Date nominale:

- Puterea nominala P =1000V

- Tensiunea nominala de linie U =380V

- Frecventa f =50 Hz

- Turatia nominala n = 1500rot/min.

- Numar de faze m =3 faze

2.1 Calculul dimensiunilor principale

Numarul de perechi de poli:

P=60f /n =(60 50) / 1500=2 perechi de poli

Pentru calculul magnetului permanent necesar , trebuie intai stability ce tip de magnet se foloseste . Se va folosi un aliaj Al-Ni-Co,cu urmatoarea compozitie : Al 9%; Ni 16% Co 26%; Cu 4%; Nb 1%;restul Fe, care are urmatoarele caracteristici: Br=1,3 T; H =52 K /m;P =4,5 0

CAPITOL 3

MASIRI DE PROTECTIA MUNCII IN EXPLOATAREA SI INTRETINEREA MASINILOR ELECTRICE

Atat timp cat echipamentul electric se afla exploatare,cele mai frecvente accidente se datoresc electrocutarii.Actiunea curentului electric asupra organismului uman are ca efect provocarea de traumatisme externe ( arsuri, ruperea tesaturilor, orbirea etc.) sau interne (tulburari ale sistemului nervos, ale functionarii sistemului cardio-vascular si ale respitatiei).

Accidentarea unei persoane prin electrocutare se poate produce in urmatoarele conditii:

cand persoana atince concomitant doua elemente bune conducatoare de electricitate,intre care exista diferenta de potential electric (de exemplu: atingearea a doua faze, atingerea unei faze si a pamantului etc.);

atingerea cu picioarele a doua puncte de pe sol , aflate la potentiale electrice diferite, in apropierea unei scurgeri de curent in pamant;

atingerea conductorului de nul,intr-o portiune neizolata,cand reteaua este dezechilibrata sic and apar diferentele de potential intre nul si pamant;

Pentru evitarea accidentelor prin electrocutare , pe durata exploatarii masinilor electrice se iau urmatoarele masuri de protectie:

- manevrarea echipamentului de pornire a masinilor electrice cu actionare manuala se executa purtand manusi electroizolante.In cazul instalarii dispozitivelor de comanda in locuri cu umiditate,se vor folosi manusi, in fata acestui echipament se instaleaza platforme electroizolante(gratar de lemn cu izolatoare suport);

- la motoarele electrice protejate numai prin sigurante si care au alte elemente de separatie in fata acestora,inainte de inceperea oricarei lucrari pe circuitul de forta,se vor demonta aceste sigurante folosind manusi electroizolante si in "locuri umede" si o platforma electroizolanta,iar in locul lor se vor monta capace de siguranta fara fuzibile ,vopsite in rosu.

In cazul in care elementele de protectie electrica ale motorului , se gasesc in alta incapere, in mod suplimentar se va deconecta cablul de alimentare de la bornele motorului si se vor asigura conductoarele acestuia cu degetare de cauciuc.

corpurile masinilor electrice si cele ale echipamentelor din circuitul lor de forta trebuie sa fie legate la pamant;

bornele infasurarilor si cutiile terminale ale masinilor electrice trebuie sa fie inchise, astfel incat sa fie imposibila ridicarea capacelorfara a demonta piulitele;

elementele in rotatie trebuie ingradite sau protejate de aparatoare( inelele colectoare ,curelele de transmisie , cuplele,ventilatoarele,partiile deschise ale arborilor etc.) ;

izolarea electrica a circuitului de forta,de pe care urmeaza a se demonta motorul electric ,incepe prin oprirea morotului,verificarea lipsei tensiunii,realizarea unei separatii vizibile,care va bloca, iar pe dispozitivul de actionare( heblu,intrerupator etc.) se va monta un indicator de interzicere:"nu inchideti!Se lucreaza";

este interzis a se lucra la conductorul de legare la pamant atata timp cat motorul functioneaza si alimentarea lui este conectata ;

la motoarele electrice se pot executa lucrari sip e baza de instructiune tehnica interna.Aceasta nu exclude insa , luarea tuturor masurilor tehnice si organizatorice care sunt necesare pentru asigurarea deplinei securitati a personalului;

scoaterea placilor avertizoare si ruperea in functie a motoarelor se vor face numai daca in registrul sectiei respective s-a consemnat faptul ca lucrarea s-s terminat, precum si numele persoanei care a comunicat acest lucru;

in scopul prevenirii personalului de exploatare asupra pericolului de atingere a pieselor aflate sub tensiune, in vecinatatea acestora se afiseaza inscriptii sau placarde specifice; pentru fiecare fel de tensiune si curent , se vor utiliza notatiile prevazute in normative;

Pe parcursul executarii reparatiei masinilor electrice , pot aparea noi cause de accidentare ata prin electrocutare , cat si de ordin neelectric:

lampile si sculele electrice portabile pot provoca electrocutari prin folosirea unor conductoare necorespunzatoare , prin lipsa legarii la centura de pamantare si prin existenta unor defectiuni tehnice ce pot aparea la ele;

in cazul lampilor electrice metoda cea mai sigura de protectie este utilizarea tensiunilor de 24 V si 36V ;

in cazul sculelor portative , care lucreaza cu tensiuni de 120-220 V, securitatea este asigurata prin constructia si calitatea sculelor.De aceea, este necesara verificarea lor periodic , iar utilizarea lor se face folosind o fisa de contact ce se racordeaza intr-o priza cu contact de legarea la pamant.

CAPITOL 4

MASURI DE PREVENIRE SI STINGERE A INCENDIILOR IN EXPLOATARE SI INTRETINEREA MASINILOR

In timpul exploatarii masinilor electrice, pe langa pericolul electrocutarii , curentului electric poate provoca incendii, datorita incalzirii aparatajului electric in timpul functionarii, in timpul scurcircuitului sau suprasarcinilor.

Pentru prevenirea pericolului de aprindere din cauza scanteilor si a supraincalzirii, trebuie luate urmatoarele masuri:

la regimul de functionare in plina sarcina ,partile motorului electric nu trebuie sa se incalzeasca pana la temperatura periculoasa ( legarea nu trebuie sa depaseasca temperaturi de 80°C);

partile din cladiri si partile din utilajele care sunt expuse actiunii arcului electric trebuie sa fie neinflamabile;

sigurantele, intrerupatoarele si alte aparate asemanatoare , care in timpul exploatarii pot provoca intreruperea curentului electric , trebuie acoperite cu carcase;

partile reostatelor si a celorlalte aparate care se incalzesc in timpul functionarii trebuie montate pe scoluri isolate termic;

utilajul care lucreaza in medii de praf sau gaze trebuie sa fie actionat cu motoare electrice antiexplozive, iar instalatiile si aparatajul sa fie antiexploziva;

pentru a se putea intervene in caz de incendiu , se recomanda ca langa masinile-unelte ( sau in sectii ) sa fie amplasate extinctoare cu CO .Folosirea apei este interzisa la stingerea incendiilor si instalatiile electrice , deoarece prezinta pericolul de electrocutare si determina si extinderea defectiunii.