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