TEHNO 5 – Tehnologia de executie a infasurarilor sistemelor electrice TEMA DE CASA 3 – Procesul tehnologic de bobinare unei masini electrice asincrone
Cuprins
1. Notiuni de baza 2. Comentarea standardului 10570: 2006 3. Infasurarea de c.a. trifazata cu z=24, m=3, p=2
4. Date tehnice pentru un conductor de bobinaj 5. Procesul tehnologic de bobinare a statorului unei masini electrice asincrone 6. Activitate de laborator 7. Concluzii 8. Bibliografie
1. Notiuni de baza INFASURARILE MAŞINILOR DE CURENT CONTINUU Există două variante constructive de înfăşurări de curent continuu care au cea mai largă răspândire: înfăşurarea buclată şi înfăşurarea ondulată. În fig.1 se prezintă schematic cele două tipuri de înfăşurări (a – buclată şi b – ondulată); s-a considerat desfăşurarea în plan a spirelor; în partea de jos sunt figurate legăturile la lamalele colectorului, iar pe desene apar şi umbrele polilor statorici.
Cu y1 s-a notat deschiderea bobinei, y este pasul înfăşurării (distanţa dintre laturile de dus a două bobine consecutive înseriate), iar y2 reprezintă pasul de întors (distanţa dintre latura de dus şi cea de întors a bobinei următoare). La înfăşurările buclate y = y1 – y2, iar la cele ondulate, y = y1 + y2. În cele ce urmează se va explica modul de realizare doar pentru înfăşurea buclată şi repartiţia corespunzătoare a inducţiei Bδ0 în întrefier. În figura 2a este reprezentată schema desfăşurată a unei înfăşurări buclate. Prin schema desfăşurată se înţelege o schemă în plan obţinută prin tăierea rotorului după o generatoare şi desfăşurarea lui. In acest fel, crestăturile care erau plasate la periferia unui cilindru apar situate în acelaşi plan. În figură este schiţată şi schema desfăşurată a colectorului, şi anume, în partea de jos a figurii. De asemenea, apare în figură şi umbra polilor de excitaţie. Infăşurarea buclată din figura 2 aparţine unei maşini cu 2p= 4, rotorul respectiv posedând Z = 16 crestături, numerotate în figură de la 1 la 16. Infăşurările de curent continuu se realizează în două straturi, în sensul că în aceeaşi crestătură sunt două laturi de secţiuni: una în partea superioară a crestăturii (figurată cu linie plină ), iar cealaltă, în partea inferioară (figurată cu linie întreruptă). Infăşurarea constă dintr-o serie de secţiuni identice, fiecare secţiune având una sau mai multe spire (în figură, pentru simplitate, s-a considerat că o secţiune are o singură spiră), secţiunile fiind legate în serie. Capetele secţiunilor se leagă între ele pentru a se asigura înserierea secţiunilor (sfârşitul unei secţiuni se leagă cu începutul alteia) şi, în acelaşi timp, se leagă şi la câte o lamelă de colector. Practic, în crestătura practicată în aripioara unei lamele de colector se lipesc cu ajutorul cositorului capătul de sfârşit al unei secţiuni şi capătul de început al altei secţiuni, după o regulă bine precizată, pusă în evidenţă de schema înfăşurării. Prin urmare, înfăşurarea descrisă, ca de altfel toate înfăşurările de curent continuu, nu are capete libere. Infăşurarea de curent continuu este deci o înfăşurare închisă.
Înfăşurarea buclată se caracterizează prin faptul că toate secţiunile au capetele lor legate la două lamele vecine ale colectorului, înserierea secţiunilor făcându-se de aşa manieră
încât acestea se succed la periferia rotorului în acelaşi sens, la distanţa de o crestătură între două secţiuni succesive (y = 1). Dacă pornim de la un capăt al unei secţiuni oarecare şi urmărim conductorul din care sunt realizate diferitele spire şi secţiuni succesive ale înfăşurării, descriem o serie de bucle la periferia rotorului, de unde şi denumirea de înfăşurare buclată. Pe colectorul la care sunt legate capetele secţiunilor freacă 4 perii, legate alternativ două câte două, iar fiecare pereche astfel realizată este legată la borna A,respectiv B a maşinii. Periile sunt egal distanţate la periferia colectorului. Lăţimea periilor este de ordinul de mărime al lăţimii unei lamele sau a două lamele de colector. În figura 2,a, periile au tocmai lăţimea unei lamele. Poziţia periilor pe colector are o foarte mare importanţă în funcţionarea maşinii de curent continuu. Se remarcă cu uşurinţă deocamdată că, atunci când maşina este în funcţionare, adică rotorul cu toate secţiunile înfăşurării rotorului este în rotaţie, periile vin în contact când numai cu o singură lamelă, când cu două lamele vecine, fiindcă colectorul se roteşte o dată cu rotorul, iar periile sunt fixe în spaţiu. Cum la două lamele vecine ale colectorului sunt legate capetele unei secţiuni a înfăşurării, iar peria în anumite intervale de timp calcă pe ambele lamele, secţiunea respectivă este în scurtcircuit, peria fiind bună conducăroare. Ori, dacă polii maşinii sunt excitaţi, adică există un câmp magnetic de excitaţie şi rotorul se învârteşte, în diferite secţiuni se induc t.e.m. alternative. Acest t.e.m. au valori instantanee depinzând de poziţia secţiunii respective în câmpul polilor de excitaţie. Dacă secţiunea este scurtcircuitată de perie în momentul când latura sa de ducere este în axa polului nord, t. e.m. este maximă şi va da naştere unui curent important în secţiunea scurtcircuitată. Secţiunea acumulează în câmpul său magnetic o importantă energie şi devine sediul unor pierderi Joule în intervalul de timp cât este scurtcircuitată. În momentul în care, datorită rotaţiei, peria pierde contactul cu una din lamelele la care este legată secţiunea respectivă şi scurtcircuitarea secţiunii încetează, atunci curentul de scurtcircuit din secţiune trebuie să se anuleze. Cum energia localizată în câmpul magnetic al secţiunii nu se poate anula brusc, curentul nu se anulează nici el brusc la părăsirea lamelei de către perie, ci continuă să se închidă prin aer între lamela părăsită 4 şi perie sub formă de arc electric, în care se consumă în scurt timp energia localizată în câmpul magnetic al secţiunii. Aceste arcuri (scântei) la colector între lamele şi perii sunt foarte dăunătoare bunei funcţionări şi nu sunt admisibile. În schimb, dacă periile sunt plasate pe colector în astfel de poziţie încât scurtcircuitează vremelnic secţiuni ale căror laturi de ducere sunt momentan în zona interpolară în care câmpul de excitaţie este foarte slab sau nul, atunci şi t.e.m. induse în secţiunile respective în acele momente sunt foarte mici sau nule şi toate fenomenele descrise mai sus au loc cu o intensitate apreciabil mai redusă sau nu au loc, ceea ce este favorabil pentru funcţionarea maşinii. De aceea, întocmai ca şi în figura 2,a, periile se plasează pe colector într-o astfel de poziţie încât fiecare perie să scurtcircuiteze, la funcţionarea maşinii, secţiuni ale căror laturi se află în zona de câmp de excitaţie foarte slab sau nul, în zona interpolară. Dacă periile scurtcicuitează vremelnic tocmai secţiunile care au laturile exact în axa interpolară de simetrie, atunci se spune că “periile sunt fixate în axa neutră”. Dacă periile ocupă altă poziţie decât cea de mai sus, se spune că “periile sunt decalate din axa neutră”. Se poate arăta că decalarea periilor din axa neutră poate avea şi alte influenţe asupra funcţionării maşinii, influenţe, în general, negative. Atragem atenţia asupra faptului că poziţia periilor pe colector nu poate fi raportată, în general, la poziţia polilor de excitaţie. În cazul înfăşurării prezentate în figura 2,a, cele două legături ale unei secţiuni oarecare la două lamele vecine sunt egal de lungi. Dacă periile sunt fixate în axa neutră, aşa cum este cazul înfăşurării studiate, ele scurtcircuitează secţiuni ale căror laturi sunt momentan în axele interpolare de simetrie şi, prin urmare, periile, date fiind legăturile egal de lungi la colector, se află în axa de simetrie a secţiunilor respective, adică în axele de simetrie ale polilor de excitaţie. Dar mai pot fi realizate şi astfel de legături la colector. În figura 3, o legătură la colector a unei secţiuni oarecare este directă, cea mai scurtă posibilă, iar cealaltă legătură mult mai lungă. Pentru o
asemenea realizare constructivă a înfăşurării, în situaţia că periile se fixează în axa neutră, observăm că periile cad în axa interpolară de simetrie şi nu în axa de simetrie a polilor, ca în cazul precedent. Prin urmare, la o maşină dată, pentru care nu cunoaştem modul precis de realizare a legăturilor secţiunilor la colector, nu putem şti dacă periile sunt sau nu “fixate în axa neutră” prin raportarea poziţiei periilor la poziţia polilor de excitaţie. Pentru aceasta este nevoie de unele metode speciale. Plasarea periilor pe colector şi legăturile dintre ele şi la bornele maşinii conduc la împărţirea înfăşurării reprezentate în figura 2,a în 4 “căi de curent”, în sensul că, dacă la bornele A, B ale maşinii s-ar aplica o tensiune de curent continuu, curentul absorbit de înfăşurare s-ar diviza pe 4 căi în paralel în interiorul ei. Ansamblul secţiunilor înfăşurării se împarte pe cele 4 căi de curent. Figura 2,b ne arată repartiţia secţiunilor înfăşurării pe cele 4 căi de curent. Această repartiţie este valabilă la un moment dat, în care diferitele crestături ale rotorului se află în poziţia relativă faţă de polii de excitaţie indicată în figura 2,a. Secţiunile sunt arătate prin două cifre care indică crestăturile în care sunt plasate laturile secţiunii. Astfel, secţiunea 2 – 6’ are o latură în crestătura 2 (partea superioară), iar cealaltă latură, în creastătura 6 (partea inferioară). În consecinţă, în momentul considerat, cele 4 căi de curent vor fi formate din următoarele secţiuni: Calea I: 2 – 6’; 3 – 7’; 4 – 8’; Calea II: 6 – 10’; 7 – 11’; 8 – 12’; Calea III: 10 – 14’; 11 – 15’; 12 – 16’; Calea IV: 14 – 2’; 15 – 3’; 16 – 4’. În figura 2,a sunt indicate şi sensurile curenţilor prin diferitele secţiuni, în ipoteza alimentării înfăşurării în curent continuu. Se observă că în toate crestăturile care se află sub un pol, sensul curentului prin laturile diferitelor secţiuni este acelaşi. Mai există 4 secţiuni care în momentul dat sunt scurtcircuitate de către perii. Astfel, secţiunea 1 – 5’ este scurtcircuitată pe peria care calcă simultan în momentul considerat pe lamelele 1 şi 2 la care sunt legate capetele secţiunii 1 – 5’. În mod analog sunt scurtcircuitate şi secţiunile 5 – 9’; 9 – 13’; 13 – 1’. Desigur că atunci când rotorul se învârteşte şi o dată cu el şi colectorul, se schimbă componenţa diferitelor căi de curent, însă numărul căilor de curent rămâne acelaşi. Diferitele secţiuni trec succesiv dintr-o cale de curent în alta, iar o secţiune dată intră succesiv, la o rotaţie completă, în toate cele 4 căi de curent. Caracteristic pentru înfăşurarea buclată este faptul că numărul 2a de căi de curent în paralel este egal cu numărul 2p de poli, adică a = p. În plus, numărul de perii pe colector este egal cu numărul de poli. Să urmărim şi poziţia la momentul dat în câmpul magnetic de excitaţie al secţiunilor unei căi cde curent oarecare, de exemplu, calea I (figura 2,c). Cele 3 secţiuni în serie 2 – 6’; 3 – 7’; 4 – 8’, care la momentul t alcătuiesc calea I de curent, sunt situate toate în câmpul primei perechi de poli. Se observă că cele 3 secţiuni în serie ocupă însă poziţii diferite în câmpul de execuţie, secţiunile fiind decalate în mod uniform în câmp. Dacă y1 = τ (cazul înfăşurării studiate), fiecare secţiune are o latură în câmp nord şi cealaltă latură în câmp sud. Se remarcă uşor că secţiunile care intră în componenţa unei alte căi, de exemplu a II-a, ocupă în acelaşi moment poziţii similare în câmpul unei perechi de poli de excitaţie, ceea ce reprezintă o caracteristică a înfăşurărilor de curent continuu. Repartiţia spaţială a inducţiei (fig. 2,c) se explică prin faptul că ea este maximă pe axa polară şi se menţine astfel sub talpa polară şi se anulează în dreptul axei neutre; în dreptul polului sud, repartiţia este similară, dar de sens contrar.
2. Comentarea standardului 10570:2006 STAS 10570-76
Generalitati Obiect si domeniu de aplicare. Prezentul standard stabileste modul de clasificare si simbolizarea a conductoarelor de bobinaj din cuprusi aluminiu, avand sectiune circular sau dreptunghiulara cu izolatie de hartie, bumbac, matase, fire sintetice , fire de sticla sau email, utilizate la realizarea infasurarilor masinilor si aparatelor electrice, precum si la realizarea diverselor bobine pentru echipamente electronice, de automatizari etc. Clasificarea si simbolizarea conductoarelor de bobinaj din prezentul standard nu este limitative. La introducerea in fabricatie a unor noi tipuri de conductoare de bobinaj se va tine seama de principiile de simbolizare de la punctual 3. Introducerea acestei simbloizari in standardele sau normele tehnice aprobate inainte de intrarea in rigoare a prezentului standard se face cu ocazia revizuirii lor. Standarde conexe In legatura cu prezentul standard sunt: o STAS 6007-80 -> Cabluri,conducte si conductoare de bobinaj,terminologie; o STAS 541-80 -> Conductoare de bobinaj cu izloatie din fire textile; o STAS 6163-76 -> Conductoare de bobinaj cu izloatie de hartie; o STAS 11202/1-78 -> Conductoare dreptunghiulare de cupru emailate, conductoare emailate cu indice de temperature 155, tip CU-PET-155; o STAS 11144 -> Conductoare rotunde de cupru emailate STAS 10575-76 -> Conductoare de bobinaj dreptunghiulare cu izloatie de fire de sticla impregnate. Clasificare Dupa natura izloatiei, conductoarele de bobinaj se clasifica in: Conductoare emailate; Conductoare cu izolatie de hartie; Conductoare cu izolatie din fire textile; Conductoare cu izolatie din fire de sticla. Dupa material, conductoarele de bobinaj se clasifica in: Conductoare de bobinaj din cupru; Conductoare de bobinaj din aluminiu; Dupa forma sectiunii, conductoarele de bobinaj se clasifica in: Conductoare de bobinaj cu sectiune rotunda; Conductoare de bobinaj cu sectiune dreptunghiulara. Dupa grosimea izolatiei, conductoare de bobinaj se clasifica in trei grade: Grad 1 – cu izolatie simpla; Grad 2 – cu izolatie dubla; Grad 3 – cu izolatie tripla.
Dupa indicele de temperature, conductoarele de bobinaj se clasifica in cinci clase: Cu indice de temperatura 103; Cu indice de temperatura 130; Cu indice de temperatura 155; Cu indice de temperatura 180; Cu indice de temperatura 220; Dupa modul de izolare, conductoarele de bobinaj se clasifica in doua grupe: Izolate prin emailare; Izolate prin infasurare sau impletire; Simbolizare Principii de simbolizare Simbolizarea cuprinde, in ordine, simbolurile pentru: Materialul conductorului; Natura izolatiei; Forma sectiunii conductorului; Caracteristici de baza (M,S,T) Caracteristici secundare (unde este cazul U,A,F,s,b); Gradul de izolatie (1,2 sau 3) Indicele de temperature (105,120,130,155,180 sau 220) Semnficatia simbolurilor utilizate:
Cu: conductor de cupru; Al: conductor de aluminiu; P: sectiune dreptunghiulara; E: email; M: proprietati mecanice ridicate; S: sudabil; T: stabilitate termica ridicata; A: termoaderent; S: soc termic imbunatatit; F: rezistent la agenti friorifici; U: rezistent la ulei de transformator; b: aptitudine de bobinare imbunatatita.
3. Date tehnice pentru un conductor de bobinaj
FIR DE CUPRU EMAILAT TIP FIR EMAILAT CALITATI STANDARDE NUME INTERN AL PRODUSULUI STRUCTURA EMAILULUI - Invelis de baza - Invelis de acoperire - Invelis pt. cositorie
FIR DE CUPRU EMAILAT CU REZISTENTA MARITA LA TEMPERATURI RIDICATE DNE 200; DNE 200f; DNE 200o; IEC 60317-13 NEMA MW 25-C ZALOM 200 HB Poliester sau poliestrimida Poliamidimida -
STRUCTURA PRODUCTIEI Grad 1/mm/ Grad2/mm/ TEMPERATURA conf. IEC 172 PROPRIETATI Temperatura maxima 1 d,30 min(0C) Topire fir conf. IEC (0C) Flexibilitate(elogenare%)
0.15=2.00
Tangenta & cot de legatura Topire la temperatura(0C) Voltaj de scurt-circuitare Marcare dura PROPRIETATI CHIMICE 1.Rezintenta la: - solvent standard; - uleiuri minerale; - refrigeranti F22,F134; 2. Temperatura de cositorie(0C) 3. Temperatura de coacere
>180/250 >1.5 x IEC 6H
UTILIZARE
0.15=4.00 200 220 >360 10% 1 d
Foarte buna Foarte buna Foarte buna Prorpietati termale foarte ridicate, rezistenta mecanica si chimica ridicata . Folosit la motoare si in transformatoare in baie de ulei, balaste (drosere), motoare inchise ermetic, care opereaza la temperaturi mai inalte de 2000 C.
4. Infasurarea de c.a. trifazata cu z=24, m=3, p=2 p2
m3 q2
Calculele necesare pentru a putea executa acesta bobinare sunt: z 2 p m q z 4 3 2 24 crestaturi
A2
X1 Z2 Yd
A1
Y1 B1
C1
Z1
B2 X2
z 24 Yd 6 pasdiametral 2p 4
z 24 Nb 12 numar de bobine pe inf asurare 2 2 N 12 b N b f 4 numar bibine pe faza m 3
Nb
Nbf
Yi f
2 Yd k Yd dis tan ta int re faze 3
; unde k 0, 1, 2....
6.Activitate de laborator
C2 Y2
In timpul laboratorului 5 am onsultat mai multe stas-uri: a) pentru sarme: - STAS 685-74 „sarma de Cu rotunda pt conductoare de bobinaj” - STAS 4130-77 „sarma de Cu rotunda pt electrotehnica” - SR EN 60317-0-1/2001 „specificatii pt tipuri particulare de conductoare de bobinaj” - STAS 2873/1-86 „sarme si bare dreptunghiulare din Cu pt electrotehnica” - STAS 6499/1-74 „sarme si bare conductoare pt Al” - SR EN 60317-0-1 „conductor rectangular pt Cu” - STAS 10570 – 83 - STAS 270/3-79 Cupru – Marci - STAS 3033-87 - Seria STAS 60317 – conductoare de bobinaj b) pentru benzi - STAS 6499/2-74 „benzi de Al pt scopuri electrotehnice” - SR HD 566 51:2002 „clasificarea termica a izolatiei electrice” Tot la acest laborator am consultat cateva planse: - plansa ROTOR BOBINAT/PM 25898 - foaie de catalog a unui conductor de bobinaj Iar la final ne-au fost prezentate cateva aparate: - bobina spiralata - bobina cilindrica - rotor bobinat - masina de curent continuu - masina sincrona Am mai consultat desenele: - PM 25 898 Rotor Bobinat - TMA 0,080 – 0,70 Fisa de bobinaj - Desenul 2,40. 4540 Carcasa 826
7.Concluzii
- Conductoarele cu Cu si Al se fabrica din sarma rotunda; - Izolatia conductoarelor din hartie, din fire textile B(bumbac); - Grosimea izolatiei: gr. I – izolatie simpla, gr. II – izolatie dubla, gr. III – izolatie trpila; - Conductoare cu indice de temperatura: 105, 130, 205, 220; - SR HD 566 S1 identic cu CEI 565; - Un echipament electric are o caracteristica diferita de alte echipamente numita indice de temperatura; - Termice: - clasa termica C(220ºC) i. temperatura de strapungere (350ºC) ii. rezistenta la socuri termice (240ºC) - Mecanice: i. Rezistenta abraziva ii. Flexibilitate - Electrice: i. Tensiune de avarie (8kV) ii. pierderile dielectrice 9*10 la 220ºC - Chimice: i. Rezistenta la solventul standard ii. Rezistenta la freon 12 iii. Rezistenta la freon 22 iiii. Rezistenta la toate transformatoarele - Caracteristici speciale: i. Rezistenta la F 12, F 22 ii. Rezistenta la ulei de transformator iii. Rezistenta la radiatii nucleare
8.Bibliografie -
Indrumar de laborator Notite din clasa Biblioteca Asro.ro
