Actionari Electrice Navale

  • Author
    bengu

  • View
    300

  • Download
    7

Embed Size (px)

Text of Actionari Electrice Navale

  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    1/411

    1

    ELEMENTE GENERALE ALE SISTEMELOR DE ACIONAREELECTRIC!

    1.1. Structura sistemelor de ac$ionare electric. Clasificri. Performan$e

    1.1.1. Structura sistemelor de ac$ionare electric

    Acionarea electric reprezint!operaia prin care se efectueaz!comenzi asupraregimurilor de funcionare a ma$inilor de lucru: mecanisme, dispozitive mecanice,pneumatice, hidraulice etc., cu ajutorul energiei electrice. Acionarea electric

    prezint, n raport cu celelalte acionri - pneumatice, hidraulice etc. - o serie deavantaje, ca:

    - u$urina alimentrii cu energie electric;- o gam larg de viteze fr utilizarea unor reductoare speciale;- reglaje fine, n limite largi a turaiei motoarelor, realizate la intervale scurte;- pornirea, oprirea $i inversarea sensului de rotaie, realizate simplu, rapid, u$or;- randament relativ mare;- adaptare la comenzi automatizate $i automatizri complexe;- ntreinere $i reparaii u$oare, puin costisitoare etc.

    Toate aceste caliti fac ca acionarea electric s fie preferat n majoritateaproceselor industriale, fiind adaptat celor mai variate condiii cerute proceselortehnologice. Acionarea electric se realizeaz prin sisteme de acionare electric(S.A.E.), formate dintr-un ansamblu de dispozitive care transform energiaelectric n energie de mi$care $i controleaz pe cale electric energia astfelobinut. Schema de principiu a unui sistem de acionare electric se prezint nfigura 1.1. Ma$ina de lucru (M.L.) execut anumite operaii dintr-un procestehnologic. Motorul electric realizeaz transformarea energiei electrice n energiemecanic necesar antrenrii (acionrii) M.L. Deci, n cadrul S.A.E. motorulelectric este un convertor electromecanic. Transmisia T (de exemplu un reductor curoi dinate n fig. 1.1.) realizeaz legtura mecanic dintre motorul electric M $iM.L., cu rolul de a schimba parametrii puterii mecanice (vitez unghiular cuplu)transferate ma$inii de lucru. Elementul de execuie (E.E.) are drept scopalimentarea cu energie electric a motorului corespunztor unui algoritm de

    funcionare a M.L. Algoritmul de funcionare reprezint totalitatea cerinelor cetrebuie ndeplinite de M.L. pentru ca aceasta s asigure realizarea corect aprocesului tehnologic. Dispozitivul de comand D.C. asigur comanda E.E. dupun program corespunztor algoritmului de funcionare impus M.L.

    Elementul de execuie const dintr-un convertizor de energie electric $iaparatura pentru comutarea curentului n circuitele motorului electric.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    2/411

    2

    Fig. 1.1.M- motorul electric de ac$ionare; D.C.-dispozitiv de comand electric; M.L.- ma%ina de lucru;T- mecanismele de transmitere a energiei mecanice, care formeaz lan$ul cinematic al ac$ionrii

    (lan$uri, curele arbori, ro$i din$ate etc.) E.E. element de execu$ie

    Convertizorul de energie electric poate fi realizat cu ma$ini electrice rotativesau cu dispozitive de comutaie static. Rolul convertizorului de energie electriceste de a transforma parametrii energiei electrice ai reelei de alimentare nparametrii electrici necesari alimentrii motorului electric. Funcie de necesitateace$ti parametri de la ie$irea convertizorului sunt reglabili (tensiunea, frecvena)sau stabilizai (stabilizarea tensiunii, curentului prin indusul motoarelor de c.c.,frecvena).

    Se observ c n ansamblu un S.A.E. are rolul de a realiza un flux de energiede la reeaua electric prin E.E., motor, transmisie, M.L. la procesul tehnologic $iun flux de comenzi conform cerinelor procesului tehnologic. Deci S.A.E. cuprindeconvertorul de energie electric (dac exist), aparatura de comand pentrucomutarea curentului n circuitele motorului electric, dispozitive pentru controlul

    vitezei, cursei sau altor parametri ai M.L., elementele de protecie a aparaturiielectrice $i a M.L., acestea acionnd n cele din urm asupra dispozitivului dedeconectare a motorului de la reea. Toate circuitele electrice ale unui S.A.E. pot fimprite n patru grupe:1. Circuitul principal (de for) strbtut de fluxul principal de energie al S.A.E.

    Altfel zis, este vorba de circuitul cuprins ntre reeaua de alimentare $i motorulelectric. n acest circuit se gsesc $i releele de protecie prin intermediul crorase controleaz diferiii parametri ai motorului electric.

    2. Circuitul de excitaie parcurs de curentul de excitaie al ma$inilor electrice dec.c. sau ma$inilor sincrone, precum $i curentul din circuitele bobinelorelectromagneilor frnelor electromagnetice.

    3. Circuitul de comand prin care se realizeaz transmiterea comenzilor de la

    dispozitivele de comand $i control (butoane, controler etc.) la aparatele(dispozitivele) de comutaie $i reglaj din cicuitele principal $i de excitaie.

    4. Circuite de semnalizare care transmit operatorului sau dispozitivului denregistrare central informaii despre starea circuitelor principal, de excitaie $icomand sau valorilor unor parametri importani ai motorului electric $imecanismului de lucru.Dup numrul ma$inilor de lucru deservite de un motor sau dup numrul de

    motoare ce deservesc un agregat, acionrile electrice se mpart n:

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    3/411

    3

    - sisteme de acionare electric complex!, cnd un motor electric acioneazcu ajutorul unuia sau mai multor organe de transmisie mai multe ma$ini de lucru.n prezent se ntlnesc mai rar,deoarece au randamente mecanice sczute,(transmisia n general prin curele, cu pierderi mari de energie);

    - sisteme de acionare individual, n care motorul electric acioneaz osingur ma$in de lucru, cuplat! la arborele M.L. direct sau prin transmisiimecanice;

    - sisteme de acionare multipl, n care ma$ina de lucru este acionat de maimulte motoare electrice, cuplate mecanic prin cuplaj rigid, diferenial sau cufriciune, ori cuplate electric. Dac ntre motoarele electrice nu exist legturi deinterblocare, S.A.E. se nume$te independent, iar dac mi$crile motoarelor se aflntr-o legtur determinat, realizat mecanic sau electric, S.A.E. se nume$te

    dependent.

    1.1.2. Clasificarea S.A.E.

    Principial distingem dou tipuri de S.A.E.:a. sisteme de acionare automatizat cu reglare continu prin intermediul

    legturii inverse principale, care controleaz (msoar continuu) parametrulreglrii. Sistemele automate cu circuit nchis fac obiectul disciplinei Automatic;

    b. sistemele de acionare cu comand manual sau dup program fr legturinvers principal.Acestea fac parte din categoria sistemelor automate cu circuitdeschis.

    1.1.3. Performan$ele S.A.E. n regim sta$ioanar

    1. Gama de reglare a vitezei Gr, definit ca raportul dintre viteza maximnmax$i viteza minim nmince se pot obine prin metoda de reglare adoptat:

    Gr= nmax/nminConsiderndu-se viteza minim ca vitez de baz (de referin), care se ia

    egal cu 1, indicele de reglare se exprim sub forma unor rapoarte de forma: 2:1;3:1; 5:1; etc.

    2. Fine$ea static a reglrii vitezei Fr - este definit ca raportul dintrevitezele stabile pe dou trepte de reglare vecine. Astfel, dac ni$i ni+1sunt vitezelestabile pe dou trepte de reglare vecine, obinute pentru un acela$i cuplu de sarcinpe arborele motorului, parametrul ce define$te fineea reglrii este dat de raportul:

    1+=

    i

    ir

    n

    nF

    Cu ct raportul are valoarea mai apropiat de 1, cu att reglarea de vitez estemai fin. Atunci cnd Fr= 2 sau 3 se spune c reglarea vitezei se face n trepte.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    4/411

    4

    3. Sensul reglrii- indic dac viteza ce se obine pe o anumit caracteristicde reglare este mai mare sau mai mic dect viteza corespunztoare aceluia$i cuplula arborele motorului pe caracteristica mecanic natural. Reglarea vitezei poate fin sens cresctor (viteza de pe caracteristica de reglare este mai mare dect vitezacorespunztoare aceluia$i cuplu pe caracteristica mecanic natural) saudescresctor (viteza pe caracteristica de reglare este mai mic dect ceacorespunztoare, pentru acela$i cuplu, de pe caracteristica mecanic natural).

    4. Precizia reglrii - indic abaterile relative de vitez, maxime $i minimeprin adoptarea unei anumite metode de reglare. Astfel, dac viteza unui motorelectric este reglabil, prin aplicarea unei anumite metode, de la viteza n1la vitezan2, iar abaterile de la aceste viteze sunt n1$i respectiv n2atunci se apreciaz cprin metoda de reglare respectiv se poate obine o precizie:

    pr1%= 1001

    1

    nn - n cazul reglrii la vitez minim;

    pr1%= 1002

    2

    n

    n- n cazul reglrii la vitez maxim.

    5. Stabilitatea static a reglrii vitezei S.A.E. - este dat de rigiditateacaracteristicii sale mecanice pe care se obine viteza dorit pentru un anumit cuplupe arborele motorului. Cu ct caracteristica de reglare este mai rigid, cu attstabilitatea static a reglrii este mai bun, motorul funcionnd mai stabil ($imenine turaia aproximativ constant la modificarea cuplului de sarcin la axulsu).

    ntr-adevr, considerndu-se dou caracteristici mecanice artificiale ale unui

    motor de curent continuu cu excitaie derivaie, corespunztoare la dou rezistenediferite R1< R2din circuitul indusului, se observ c la un cuplu pe ax, egal cu MA,turaiile ce se obin la funcionarea pe cele dou caracteristici mecanice sunt n1respectiv n2. Dac cuplul pe axul motorului cre$te de la MA la MB, turaiilecorespunztoare pe cele dou caracteristici mecanice scad de la n1la 1n $i respectivde la n2la 2n .

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    5/411

    5

    Fig. 1.2.

    Se observ c pentru aceea$i variaie a cuplului pe axul motorului:n1- 221 nnn

  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    6/411

    6

    Acest parametru, n multe cazuri, este determinant n alegerea puterii C.E.N.Realizarea $i funcionarea optim a unui S.A.E. presupune n primul rndcunoa$terea ct mai exact a procesului tehnologic $i a ma$inii de lucru folosite,funcie de care se va alege (sau calcula $i construi) motorul electric, elementul deexecuie $i elementul de transmisie, avndu-se n vedere asigurarea unui cost ctmai redus $i a unei fiabiliti mari n funcionare. De aici rezult importanacunoa$terii performanelor dorite n regim staionar $i dinamic.

    1.2. Cinematica %i dinamica S.A.E. Ecua$ia fundamental a mi%c(rii.Raportarea mi%c(rii de transla$ie %i rota$ie la arborele motoruluielectric de ac$ionare

    1.2.1. Cinematica %i dinamica S.A.E.

    O acionare electromecanic poate fi reprezentat schematic ca n figura 1.3.

    Fig. 1.3.M - motorul de ac$ionare; V - concretizeaz sub form

    de volant masele n mi%care; M.L. - ma%ina de lucru

    Elementul iniial ntr-o acionare electromecanic este ma$ina de lucru M.L.care reclam un cuplu constant sau variabil, la o vitez constant sau variabil ntimp.Funcionarea unei acionri se caracterizeaz de obicei, prin curbele de variaie ntimp a acceleraiei a, a vitezei v sau turaiei n, a curentului absorbit de motorulelectric de acionare I, a cuplului M sau a puterii P. n cursul funcionrii uneiinstalaii apar n general dou regimuri: staionar $i tranzitoriu. n cazul acionrilor

    electromecanice, funcionarea poate fi considerat staionar sau tranzitorie nraport cu oricare din mrimile: a, v, n, I, M, P, dar de cele mai multe ori se ia careferin!turaia n $i curentul I sau cuplul M.

    Urmrind funcionarea unei acionri electromecanice se constat c ma$inade lucru dezvolt la arborele motorului un cuplu static rezistent MS. Pentrunvingerea acestuia, motorul de acionare trebuie s produc un cuplu motor M. Cttimp cele dou cupluri sunt egale $i de semn contrar, are loc funcionarea staionara instalaiei. ndat ce se produce, dintr-un motiv oarecare, modificarea unuiadintre cele dou cupluri sau a ambelor, dar cu valori diferite, rezult schimbarea

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    7/411

    7

    regimului de funcionare pn la restabilirea noului echilibru ntre ele. n acestinterval de timp, are loc variaia turaiei.n timpul fenomenului tranzitoriu de trecere de la o funcionare staionar, cu

    o anumit turaie, la noul regim, caracterizat prin alt turaie, se producemodificarea energiei cinetice a ntregului sistem de mase n mi$care. Apreciereacantitativ a fenomenelor energetice condiionate de acionarea maselor n mi$carese obine cu ajutorul ecuaiei fundamentale a mi$c!rii.

    1.2.2. Ecua$ia fundamental a mi%c(rii

    Notnd cu WC energia cinetic a maselor n mi$care de rotaie raportate laarborele motorului, variaia ei n unitatea de timp:

    tdWP cd d

    = ,

    reprezint a$a numita putere dinamic.'innd cont c:

    2

    2

    1 = JWC ,

    n care: J - momentul de inerie al maselor n mi$care de rotaie;- viteza unghiular,

    rezult:

    t

    J

    t

    JJ

    t

    Pd

    d

    d2

    d

    d

    2

    1

    2

    1

    d

    d 2 =

    =

    = .

    Observa$ie: n cele mai multe cazuri J = ct.Cunoscnd puterea dinamic se poate afla cuplul dinamic:

    tJ

    PM dd d

    d=

    = .

    Cuplul dinamic apare ca urmare a diferenei dintre cuplul motor M $i cuplulstatic rezistent, putndu-se scrie ecuaia:

    M - MS= Md= Jtd

    d.

    Ecuaia (1.4) poart numele de ecuaia fundamental a mi$c!rii.Deoarece n cataloagele fabricilor constructoare de ma$ini electrice se dau

    momentul de volant (giraie), GD

    2

    (nu momentul de inerie), turaia ma$inii n nrot/min (nu n rad/s), ecuaia mi$c!rii se va exprima sub alt form:

    g

    GDJ

    4

    2

    = ,

    unde: G - greutatea maselor aflate n rotaie;D - diametrul de giraie;g - acceleraia gravitaional.

    (1.1)

    (1.2)

    (1.3)

    (1.4)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    8/411

    8

    tn

    tn

    dd602dd;602 == .

    Rezult:

    t

    nGD

    t

    n

    g

    GD

    tJMd

    d

    d

    375d

    d

    60

    2

    4d

    d 22 === .

    Observa$ie: J (N. m. s2)GD2(N.m2)

    deci:

    t

    nGDMM S d

    d

    375

    2

    = .

    Din analiza ecuaiei mi$c!rii rezult urmtoarele:- existena lui Mdse datoreaz!cuplurilor M $i MS;- pentru M > MSrezult dn/dt > 0, adic are loc o accelerare a acionrii;- pentru M < MSrezult dn/dt < 0, adic are loc o ncetinire a acionrii.

    ncetinirea se poate produce $i la o valoare negativ a cuplului dezvoltat de

    ma$ina de acionare, ca n cazul frnrii. Cnd M = MS, rezult 0d

    d =t

    n (n=ct.),

    adic se stabile$te funcionarea staionar a acionrii. n ecuaia mi$crii cuplurileM $i MS se consider pozitive cnd sunt dirijate n sensul rotaiei (accelereaz!mi$carea) $i negative n sens contrar. Cuplul static rezistent produs la arborelema$inii de lucru are dou componente: una corespunztoare frecrilor $i cealaltlucrului mecanic util cerut de procesul tehnologic.

    Cuplurile statice rezistente se mpart n:a. cupluri reactive: datorate deformrii permanente a corpurilor (compresiune,

    tiere etc.). Din aceast categorie fac parte $i cuplurile de frecare. Sunt dirijate nsens opus sensului de mi$care, avnd n toate cazurile semnul negativ;

    b. cupluri oscilante sau poteniale: datorate cmpului gravitaional $ideformrii elastice a corpurilor. Aceste cupluri pot fi negative (ex.: la comprimareaunui resort; ridicarea unei greuti), respectiv pozitive n sensul mi$c!rii(destinderea resortului, coborrea greutii). Ele au deci un caracter oscilant $ipermit recuperarea parial a energiei.

    Cuplul dinamic apare numai n regimurile tranzitorii, cnd modificareacuplului M sau MS atrage dup sine variaia turaiei. innd seama c ma$ina

    electric de acionare poate funciona att ca motor ct $i ca generator sau frn,rezult pentru ecuaia mi$c!rii urmtoarea form general:

    t

    nGDMM S d

    d

    375

    2

    = .

    Observa$ie: - folosind datele de catalog n uz, cuplul la arborele motorului secalculeaz cu expresia:

    (1.5)

    (1.6)

    (1.7)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    9/411

    9

    [ ]Nm9550

    6021010

    33

    nP

    nPPM =

    ==

    ,

    unde: P - puterea la arborele motorului [kw];n - turaia motorului [rot/min].

    Ori de cte ori se modific cuplul motor M sau cuplul static rezistent MS,punctul de funcionare al ma$inii se deplaseaz, modificndu-se turaia astfel ncts rezulte un nou regim staionar, n care M = MS.

    n cazul modificrii cuplului static rezistent de la valoarea MS1la MS2,, MS4,punctul de funcionare se deplaseaz pe caracteristica mecanic a motorului din An B...D (fig. 1.4.).

    Fig. 1.4. Fig. 1.5.

    Dac se modific caracteristicile mecanice ale motorului (exemplu:modificarea tensiunii de alimentare, a frecvenei etc.) de la M1 (n) la M2 (n), ,M4(n), turaia se modific de la 41 ,, nn K , punctul de funcionare se va deplasa din

    A n A apoi din B n B $i a$a mai departe, prin decelerri succesive (fig. 1.5.).

    1.2.3. Raportarea mi%crii de transla$ie %i de rota$ie la arborelemotorului electric de ac$ionare

    1.2.3.1.Raportarea cuplurilor statice la viteza axului motorului electric

    n sistemele cu scheme cinematice complicate, asupra axelor intermediare carese rotesc cu viteze unghiulare diferite, acioneaz cupluri de valori diferite. Cuplulla axul M.L. poate dep$i substanial valoarea cuplului la axul motorului electric,fapt ce explic vitezele reduse la axul M.L. Pentru alegerea motorului electric estenecesar s reducem cuplul static rezistent creat de M.L. la arborele (la turaia)motorului electric.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    10/411

    10

    Fig. 1.6.

    Aceast raportare (echivalare) pentru sistemul de acionare al vinciului dencrcare-descrcare prezentat n figura 1.6 se face pentru situaiile cnd ma$inaelectric funcioneaz n regim de motor (ridicarea coadei de marf), respectiv nregim de generator (coborrea coadei de marf). n primul caz, transmisia puteriise face de la motor la M.L., iar n al doilea caz de la M.L. la motor. n aceastfigur MSr reprezint cuplul rezistent static raportat la viteza arborelui motorului(care este un cuplu fictiv), ce asigur la axul motorului o putere egal cu putereadezvoltat de cuplul rezistent static MSce acioneaz pe arborele M.L.

    n situaia ridic!rii coadei de marf, n regim permanent, puterea P dezvoltatde motorul electric trebuie s fie egal cu puterea cerut de M.L. (PST) la care seadun pierderile de putere din transmisia cinematic, caracterizate de randamentul1al reductorului:

    1= ST

    PP

    Dac motorul dezvolt cuplul M la viteza unghiular 1 a axului su, iar laaxul M.L. avem cuplul MS$i viteza unghiular 4putem scrie:

    1

    41

    = S

    MM

    de unde:

    i

    MMM SS

    =

    =111

    4

    unde: i =4

    1

    este raportul de transmisie al reductorului.

    Cum S.A.E. funcioneaz n regim permanent M = MSr, adic 1= ct., putemconsidera c asupra axului motorului acioneaz nemijlocit cuplul rezistent staticraportat (echivalent):

    i

    MM SSr

    = 1MLM

    (1.8)

    (1.9)

    (1.10)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    11/411

    11

    Pentru cazul considerat, cnd cuplul MS este creat de ridicarea coadei demarf:

    [ ]Nm2

    TS

    DGM

    =

    unde G - greutatea coadei de marf, iar DT diametrul tamburului. Introducndrelaia (1.11) n (1.10) se obine:

    [ ]NmMLM i

    GDM TSr

    = 12

    Dup cum reiese din (1.12), sarcina motorului electric depinde n mare msurde pierderile din mecanismul de transmisie. Pierderile care au loc n mecanismul de

    transmisie caracterizate prin randamentul su pot fi:a. pierderi constante sau pierderi la mersul n gol, nedepinznd de ncrcareamecanismului;

    b. pierderi variabile, determinate de gradul de ncrcare a mecanismului.Rezult c pierderile din mecanismul de transmisie se modific n funcie de

    nc!rcarea mecanismului $i deci randamentul su nu r!mne constant. Randamentuleste cu att mai mic cu ct nc!rcarea mecanismului este mai mic, deoarece cumic$orarea sarcinii se vor mic$ora numai pierderile variabile, iar cele constanter!mn nemodificate. Cnd mecanismul de transmisie funcioneaz n gol, pierderilevariabile sunt egale cu zero, iar lucrul mecanic dezvoltat de motorul electric se vaconsuma numai pentru acoperirea pierderilor constante din mecanism. Raportuldintre sarcina curent Gx $i sarcina nominal Gn a mecanismului de lucru se

    nume$te coeficient de ncrcare $i se noteaz cu . n cazul analizat: = Gx/Gn.Dac se cunoa$te randamentul nominal n al mecanismului de transmisie $icoeficientul de ncrcare putem determina randamentul real al mecanismului detransmisie, corespunztor sarcinii respective, utiliznd relaia:[66]

    +

    =

    11

    1,01 n

    nx

    unde xeste randamentul mecanismului de transmisie corespunztor sarcinii reale.Randamentul mecanismului de transmisie, cnd acesta funcioneaz la sarcindiferit de cea nominal, mai poate fi determinat cu ajutorul curbelor

    experimentale. n figura 1.7 se prezint aceste curbe pentru cazul mecanismelor detransmisie cu roi dinate.[66]n situaia cnd ma$ina electric funcioneaz n regim de generator, cuplul

    motor este creat de greutatea care coboar, iar cuplul ma$inii electrice $i cuplul defrecri vor forma cuplul de frnare a mi$crii.

    Dac $i n acest caz pierderile prin frecare vor fi luate n consideraie prinrandamentul reductorului, atunci cuplul de sarcin raportat la axul ma$inii electriceva fi:

    (1.11)

    (1.12)

    (1.13)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    12/411

    12

    2= i

    MM SSrMLM

    (1.14)

    unde 2 este randamentul de transmisie lacoborrea sarcinii. n acest caz, evident,puterea la arborele M.L. este mai mare dectaceea de pe arborele motorului acoperind$i pierderile din mecanismul de transmisie.

    Se $tie din teoria organelor de ma$ini:

    Fig.1.7

    12

    12

    = ,

    $i deci:

    = 1

    12

    2i

    DGM TSr

    MLM

    .

    Din analiza relaiei (1.16) rezult c este posibil coborrea cu frnare numaidac 5,01> (cazul vinciurilor de ncrcare-descrcare).

    Pentru cazul cnd se folosesc transmisii cu autofrnare melc-roat melcat saucu $urub, care au 5,01

  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    13/411

    13

    a. n cazul mi$c!rii de rotaie:

    2

    2=JWr .

    b. n cazul mi$c!rii de translaie:

    2

    vmW

    2

    t = ,

    unde J (N.m.s2) este momentul de inerie al corpului n mi$care de rotaie, m (kg)este masa corpului, (rad/s) viteza unghiular $i v(m/s) este viteza liniar acorpului n mi$care de translaie. Cum mecanismele conin mai multe elemente

    dintre care unele execut mi$cri de rotaie, iar altele mi$c!ri de translaie, energiatotal este egal cu suma energiilor cinetice ale fiecrui element n mi$care.Aplicnd cele de mai sus pentru sistemul de acionare din figura 1.6, putem

    scrie:

    222222

    224

    4

    23

    3

    22

    2

    21

    1

    21 vmJJJJJe +

    +

    +

    +

    =

    ,

    unde Jeeste momentul de inerie redus la axul motorului electric.

    mprind relaia (1.19) cu2

    21 obinem momentul de inerie al tuturor maselor

    n mi$care, redus la axul motorului electric:

    21

    22

    1

    44

    2

    1

    3

    3

    2

    1

    221 +

    +

    +

    +=v

    mJJJJJe .

    Dar raportul dintre viteza unghiular a axului motorului electric $i vitezaunghiular a oricrui ax intermediar este tocmai coeficeintul de transmisie dintremotorul electric $i axul intermediar considerat:

    iK=K

    1 ,

    unde Keste viteza unghiular corespunztoare axului intermediar de rangul k, iarikeste coeficientul de transmisie dintre motorul electric $i axul de rangul k.

    Putem scrie:

    21

    2

    2442332221

    111

    ++++= vm

    iJ

    iJ

    iJJJ

    e

    ,

    sau ntr-o form mai restrns:

    21

    2

    22

    1

    1

    ++=

    =

    vm

    iJJJ

    k

    n

    kke .

    n lipsa unor date iniiale complete, n calculele de proiectare, cnd avemnumai mi$care de rotaie putem determina momentul de inerie redus la axulmotorului electric cu relaia:

    (1.17)

    (1.18)

    (1.19)

    (1.20)

    (1.21)

    (1.22)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    14/411

    14

    1JJe = unde este un coeficient a crui valoare depinde de coeficientul de transmisie amecanismului, valorile orientative fiind date n tabelul 1.1. [66]

    Tabel 1.1.

    Destinaia mecanismului de lucru Mecanisme de ridicat: vinciuri; cabestane cu coeficient de transmisie i > 25 1,1 1,3Mecanisme pentru transportat; compresoare care funcioneaz cu reductor, i < 25 1,25 1,4

    Dac elementele componente ale mecanismului de lucru n afar de mi$careade rotaie, au $i mi$care de translaie, atunci cu suficient exactitate pentrucalculele de proiectare, momentul de inerie raportat la axul motorului electricpoate fi determinat cu relaia:

    21

    21

    += vmJJe .

    1.2.4. Cinematica sistemelor de ac$ionri electrice

    Cinematica acionrilor electrice se ocup cu studiul graficelor de mi$care alesistemelor de acionare electric:

    ( )tfavl =,, ,sau:

    ( )tft = dd

    ,, .

    Cunoscnd graficul de variaie al vitezei $i acceleraiei n timpul unui ciclucomplet de funcionare a sistemului, se poate stabili modul de variaie a cupluluirezistent $i a puterii motorului de acionare n timpul ciclului respectiv. Prin ciclucomplet de funcionare a sistemului se nelege timpul corespunztor pornirii,funcionrii n regim permanent $i opririi sistemului de acionare.

    (1.23)

    (1.24)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    15/411

    15

    Fig. 1.8.

    Ciclul de funcionare complet include, atunci cnd este cazul $i inversarea sensuluide rotaie al sistemului de acionare, cu pornirea, funcionarea n regim permanent$i oprirea sistemului pentru sensul invers de funcionare.

    Graficele de mi$care se stabilesc de regul pe baza unor criterii de optimizare.Exemplificm modul de determinare a graficelor de mi$care pentru acionarea

    electric a unui mecanism de ncrcare descrcare. Vom considera schemacinematic simplificat din figura 1.8.

    Ne propunem s stabilim diagramele de funcionare care arat modul defuncionare al acionrii, adic variaia n timp a vitezei, acceleraiei, cuplului $i

    puterii:

    ( )tfPMdt

    dv = ,,, ,

    deci variaia n timp a mrimilor electromecanice.'inndu-se seama c ciclul complet de lucru al unui sistem de acionare

    cuprinde cel puin trei perioade distincte pornirea sistemului, funcionarea nregim permanent (stabilizat) $i oprirea sistemului comportarea sistemului trebuieurmrit n timpul acestor perioade distincte.

    Ridicarea sarcinii nominale

    1. Pornirea motorului pentru ridicarea sarcinii nominale.Deoarece motorul electric trebuie s dezvolte la arbore un cuplu M1 care s

    nving cuplul static rezistent1Sr

    M dat de ma$ina de lucru, precum $i cuplul de

    inerie la accelerarea motorului, rezult:

    111 dSrMMM = ,

    sau

    111 dSrMMM += ,

    (1.25)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    16/411

    16

    $i ( )

    1

    0

    d

    d;

    2 11

    =

    +

    =t

    JMi

    DGGM ed

    TnSr ,

    unde: Gn capacitatea nominal de ridicare;G0 greutatea crligului gol;DT diametrul tobei; randamentul total la funcionarea n sarcin nominal;i coeficientul de transmisie;Je momentul de inerie redus la arborele motorului electric.

    Considernd c n timpul procesului tranzitoriu de pornire viteza v de ridicarea sarcinii variaz liniar cu timpul, rezult c acceleraia la pornire:

    .dd1 cttva == ,sau

    .d

    d

    1

    1

    11 ct

    tt ==

    = ,

    unde: 1 este viteza unghiular maxim a motorului electric la sfr$itulperioadei de pornire;

    1este acceleraia unghiular;t1este durata regimului tranzitoriu de pornire.

    Din relaiile (1.26) $i (1.27) rezult c:

    .d

    d

    1

    1

    11 cttJtJM eed =

    =

    = .Puterea P dezvoltat de motor n perioada de pornire va fi dat de relaia:

    = 1MP ,unde expresia lui rezult din integrarea relaiei (1.27):

    Ct+= 1 ,iar C este o constant de integrare ce se poate determina din condiiile iniiale,adic la timpul 0=t , viteza unghiular 0= $i prin urmare 0=C .

    Rezult c:

    tt

    t

    ==1

    11 ;

    evident111max == t .

    Expresia puterii devine:

    tt

    MP

    =1

    11 .

    Se observ c puterea motorului variaz liniar de la 0=P , la timpul 0=t ,atingnd valoarea maxim la sfr$itul perioadei de pornire, adic la timpul 1tt= ,pentru care:

    (1.26)

    (1.27)

    (1.28)

    (1.29)

    (1.30)

    (1.31)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    17/411

    17

    11max11 == MMP .Se observ, de asemenea, c puterea necesar pentru nvingerea cuplului staticrezistent este dat de relaia:

    =11 Srr

    MP ,

    sau

    tt

    MtMP SrSrr ==

    1

    11 111

    .

    2. Ridicarea sarcinii nominale n regim permanent (cu vitez constant).

    Deoarece .ct= , rezult c 0d

    d =t

    $i prin urmare ecuaia fundamental a

    mi$c!rii devine:0

    12 = SrMM ,sau

    1Sr2MM = ,

    adic motorul va dezvolta pe arborele su un cuplu egal cu cuplul rezistent pe caretrebuie s-l nving. Puterea dezvoltat de motorul electric n perioada regimuluipermanent la ridicarea sarcinii este:

    1max2 11== SrSr MMP ,

    $i se menine constant.

    3. Frnarea motorului n timpul ridicrii sarcinii nominale.Notnd cu M3cuplul dezvoltat de motorul electric la axul su, se poate scrie

    c ( ).ctMMM 3Sr3 1 =< , deoarece n timpul opririi cuplul de inerie 3dM nu va fide rezisten, ci va aciona n acela$i sens cu cuplul dezvoltat de motorul electric pearborele su. Ecuaia fundamental a mi$c!rii devine:

    313 dSrMMM += ;

    iar

    tJM ed d

    d3

    = .

    De reinut este faptul c n cazul n care oprirea s-ar face cu trecerea motorului

    n regim de frn, cuplul 03

  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    18/411

    18

    .dd

    3

    1

    33 cttt == =

    , (1.38)

    unde 3este acceleraia unghiular iar t3este durata regimului tranzitoriu de oprire.Deci putem scrie c:

    .3

    13

    ctt

    JM ed == .

    Din relaia (1.38) rezult

    Ctt

    +

    =3

    1 .

    Pentru simplificare, la determinarea constantei de integrare C se consider,convenional, ca origine a timpului sfr$itul perioadei de oprire t3, adic seconsider c n perioada de oprire timpul variaz de la 3tt = la 0=t . n acest cazpentru 0=t rezult 0= $i prin urmare 0=C .

    n consecin:

    tt

    =3

    1 .

    Valoarea maxim a vitezei unghiulare la nceputul perioadei de oprire (adic pentru

    3tt = ), evident va fi,

    1max = .Puterea motorului n aceast perioad variaz ca $i viteza unghiular, dup o

    dreapt, dat de relaia:,

    sau

    tt

    Mtt

    MP

    =

    =

    3

    13

    3

    13 .

    Se observ c pentru 0=t $i 0=P , iar pentru 3tt = puterea are valoareamaxim:

    ( ) 1333

    133 =

    = Mt

    tMP .

    (1.39)

    (1.40)

    (1.41)

    (1.42)

    = 3MP

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    19/411

    19

    Fig. 1.9.

    Pe baza relaiilor stabilite pentru cele trei perioade considerate la ridicareasarcinii, n figura 1.9 s-au trasat graficele de variaie a vitezei, acceleraiei,cuplurilor $i puterii n funcie de timp.

    Coborrea sarcinii nominale1. Pornirea motorului pentru coborrea sarcinii nominale.Dac motorul electric de acionare se cupleaz la reea n sensul coborrii

    sarcinii, cuplul static rezistent2Sr

    M este de acela$i sens cu cel dat de motor.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    20/411

    20

    Fig. 1.10.

    Ecuaia fundamental a mi$c!rii devine:

    121 dSrMMM += .

    Valoarea cuplului static rezistent la coborre este:( )

    +

    = 122

    02 i

    DGGM rnSr ,

    unde este randamentul total al organului de transmisie la ridicarea sarcinii.Se observ c n acest caz semnul cuplului motorului depinde de raportul dintrecuplul static rezistent $i cel dinamic $i anume:

    - Dac12 dSr

    MM > atunci cuplul motorului este negativ, motorul electric valucra n regim de frnare $i mi$carea se va transmite de la mecanismul de ridicarela motor.

    - Dac12 dSr

    MM = atunci cuplul motorului este zero. n acest caz, accelerareamecanismului la coborrea sarcinii are loc numai pe seama cuplului static, careacioneaz n sensul coborrii sarcinii, deci scute$te motorul de a dezvolta uncuplu pe arborele su. n asemenea situaii trebuie s se intervin cu frna

    (1.43)

    (1.44)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    21/411

    21

    mecanic sau s se cupleze motorul n sensul ridicrii sarcinii, pentru c n cazcontrar s-ar accelera n continuare, atingnd viteze inadmisibil de mari lacoborre.

    - Dac12 dSr

    MM < atunci cuplul motorului este pozitiv, adic va ajuta lacoborrea n for a sarcinii.

    Asupra valorii cuplului static MS la coborrea sarcinii, se fac urmtoareleprecizri. Se $tie c cuplul rezistent static este format din cuplul de frecri Mf$i dincuplul static util Muadic:

    ufS MMM += .La rndul su cuplul de frecri este ntotdeauna pozitiv. Cuplul util Mu fiind

    un cuplu static, poate lua fie valori pozitive, fie negative.

    Coborrea sarcinii nominale n regim permanent (cu vitez constant).Deoarece .ct= rezult 0

    d

    d =t

    $i deci:

    022 =MMSr .Cuplul dezvoltat de motorul electric este negativ, motorul va funciona n

    regim de frnare.Frnarea motorului n timpul coborrii sarcinii nominale.

    Pentru aceast perioad avnd n vedere sensul cuplului static rezistent $i faptul

    c 0d

    d

  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    22/411

    22

    Proprietile ma$inilor electrice $i mecanismelor de lucru determincomportarea sistemelor de acionare din care fac parte. Aceste proprieti,evideniate prin caracteristicile mecanice, condiioneaz interdependenafuncional dintre ma$ina electric de acionare $i mecanismul de lucru conformcerinelor procesului tehnologic de realizat. De aceea, n tehnica acionrilorelectrice este util clasificarea ma$inilor electrice $i a mecanismelor de lucru nfuncie de forma caracteristicilor lor mecanice.

    Caracteristicile mecanice ale ma$inilor electrice exprim dependena vitezeiunghiulare de cuplul dezvoltat, adic = f(M). Caracteristicile mecanice alema$inilor de lucru, respectiv ale mecanismelor executoare, exprim dependenacuplului lor MS de vitez, unghi, spaiul parcurs etc. Deoarece caracteristicilemecanice pot fi acelea$i la mecanisme de lucru din diferite ramuri industriale,

    clasificarea mecanismelor de lucru se face independent de apartenena lor ladiferite industrii $i anume n funcie de dependena cuplului MS de parametriiamintii anterior.

    1.3.2. Caracteristicile mecanice ale ma%inilor electrice

    Caracteristicile mecanice ale ma$inilor electrice se clasific $i se apreciaz pebaza formei lor, a parametrilor electrici $i mecanici ai sistemului de acionare $i avitezei de desf$urare a fenomenelor. Pe baza ultimelor dou categorii se disting:

    - caracteristica mecanic static natural;- caracteristici mecanice statice artificiale;- caracteristici mecanice dinamice.

    Caractersticile mecanice statice reprezint legturile = f(M) la funcionareastabilizat a sistemului de acionare, adic n condiia SMM= . La schimbareamodului de funcionare, reprezentat prin trecerea de la un punct de funcionare laaltul, are loc variaia vitezei unghiulare $i a cuplului. Dac trecerea se face ntr-untimp foarte lung, variaiile se produc lent, caz n care se poate aproxima c punctulde funcionare descrie caracteristica static.

    Fiecare ma$in electric are o infinitate de caracteristici mecanice statice, dincare una singur este caracteristica mecanic static natural. Aceasta reprezintlocul geometric al punctelor de funcionare stabilizat, la diferite ncrcri $i vitezeunghiulare, n cazul cnd la bornele ma$inii se aplic tensiunea nominal cavaloare, frecven $i form de variaie n timp, iar n circuitele ma$inii nu sunt

    intercalate alte elemente electrice sau electronice (reostate, bobine, condensatoare,mutatoare etc.).Toate caracteristicile = f(M), care se obin la funcionarea stabilizat, ns n

    alte condiii dect caracteristica mecanic static natural se numesc caracteristicimecanice statice artificiale.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    23/411

    23

    Fig. 1.11.

    Caracteristica mecanic dinamic a unei ma$ini electrice de acionarereprezint locul geometric al punctelor de funcionare definite prin valorilemomentane ale coordonatelor (, M), determinate n timpul unui procestranzitoriu, cnd M MS. Exist o infinitate de caracteristice mecanice dinamice,fiecare corespunznd unor anumite condiii de funcionare, definite prin anumitevalori sau curbe de variaie ale inductivitilor, rezistenelor, momentului de inerie,cuplului rezistent etc.

    Dac valoarea constantei electromagnetice de timp este mai mic dect ceaelectromecanic, adeseori se utilizeaz, n practica de proiectare, n calcululproceselor tranzitorii, a caracteristicile statice.

    Ma$inile electrice pot funciona n regim de motor sau frn, caracteristicile

    mecanice gsindu-se n cadranele corespunztoare ale axelor de corodonate (, M)(fig. 1.11). n cele ce urmeaz se fac referiri la funcionarea ca motor, n cadranul I.Al doilea mod de clasificare a caracteristicilor mecanice ale ma$inilor, utilizat

    n tehnica acionrilor electrice, are drept criteriu nclinaia fa de axa cuplului,respectiv rigiditatea caracteristicilor, apreciat global prin raportul:

    N

    NgB

    = 0

    $i local prin derivata:

    MBl d

    d= ,

    care mai poate fi scris sub formele raportate:

    lN

    N

    N

    N

    N

    Nlr B

    M

    M

    M

    M

    MB

    =

    =

    =d

    d

    d

    d

    ,

    unde MN $i N sunt valorile nominale ale vitezei unghiulare $i cuplului, iar 0viteza unghiular de mers n gol.

    Pe baza relaiei (1.47) caracteristicile mecanice statice pot fi:

    (1.47)

    (1.48)

    (1.49)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    24/411

    24

    a) absolut rigide, la care Bg= 0;b) rigide, cu 0 0,2.

    Clasificarea ma$inilor de acionare sub aspectul dependenei = f(M) se faceprin referire la caracteristica mecanic static natural. Astfel, pe baza relaiilor(1.48.) $i (1.49.), se disting urmtoarele situaii, fr a repeta valorile raportului Bgartate mai sus (fig. 1.11):

    a) ma$ini cu caracteristic absolut rigid (a), la care Bl= 0 este ma$ina sincron;b) ma$ini cu caracteristic rigid (bb), la care Bl> 0 $i 0,01 < B1r< 0,1 este

    ma$ina de curent continuu cu excitaie derivaie (b) $i ma$ina asincron peporiunea aproximabil ca $i liniar (b);

    c) ma$ini cu caracteristica semimoale (c) este ma$ina de curent continuu cuexcitaie mixt $i ma$ini cu caracteristic moale (c) este ma$ina de curentcontinuu cu excitaie n serie, la care B1< 0 $i variabil, respectiv B1r< 0,1;

    d) ma$ini cu caracteristic avnd B1> 0, care nu se folose$te obi$nuit (d), ci doaruneori n regim tranzitoriu, cazul ma$inii asincrone, la care Bl= 0 $i variabil.

    Fig. 1.12. Fig. 1.13.

    n cazul ma$inii sincrone, se utilizeaz caracteristica mecanic unghiular (fig.1.13) care exprim dependena dintre cuplul M $i unghiul intern dintre tensiunea

    de alimentare $i tensiunea electromotoare polar!determinat de fluxul inductor.1.3.3. Caracteristicile mecanice ale mecanismelor de lucru

    Mecanismele de lucru servesc n principal la prelucrarea sau transportulmaterialelor. Cuplul lor total (rezistent) MSse poate descompune n general n doucomponente: SUSfS MMM += . Componenta MSfeste determinat de frecri, iarcomponenta util MSU depinde de specificul mecanismului de lucru, de exemplugreutatea de ridicat de ctre mecanismul de ridicare al unui pod rulant.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    25/411

    25

    Caracterul reactiv sau potenial al cuplului total MS rezult din nsumareavalorilor celor dou componente: MSf - ntotdeauna reactiv $i MSU care poate fireactiv sau potenial.

    Mecanismele de lucru se pot grupa n urmtoarele categorii din punctul devedere al formei caracteristicilor lor mecanice:

    a) MS= ct;b) MS= f();c) MS= f();d) MS= f(l);e) MS- variaz aleator.

    a) Mecanismele de lucru cu MS= ct. pot avea cuplul rezistent potenial (fig.1.14), de exemplu, la nave: vinciurile de ncrcare-descrcare, macaralele, cranicul

    schelei, lifturile etc. Cuplul mrit MSpn momentul pornirii este cauzat de aderen.Puterea PS= .MS.

    Fig. 1.14.

    b) La multe mecanisme de lucru cuplul depinde de vitez, adic MS= f(),conform expresiei (1.50), stabilit n ipoteza c la = N se obine cuplulMS=MSN:

    MS= MSf+ ( )X

    NSfNSN MM

    ,

    n care N, MSf$i MSNsunt viteza nominal $i cuplurile corespunztoare, iar x unexponent cu valori cuprinse de obicei ntre -1 $i 2.

    Dac x= 0, atunci MS= MSN= ct. Cazurile x = {-1;1;2}, n ipoteza aproximriicuplului MSf= 0, deci $i SfN= 0, sunt artate n tabelul 1.2., respectiv fig. 1.15.a, b$i c. S-a considerat ca semn pozitiv MS cel care rezult din ecuaia (1.50) la pozitiv, urmnd ca la nlocuirea n ecuaia mi$crii s i se atribuie semnulcomparativ cu celelalte cupluri.

    (1.50)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    26/411

    26

    Fig. 1.15

    Cazul x = -1 este ntlnit la strunguri (ma$ini a$chietoare) care se recomands funcioneze cu viteze mici la cupluri mari $i invers, vinciurile de traul,cabestanele $i vinciurile de ancor pentru anumite etape de virare a ancorei.

    Cazul x = 1 este ntlnit la frnarea cu ma$ina de curent continuu cu excitaieconstant, debitnd peste o rezisten fizic fix, la frne mici cu cureniturbionari, la calendre, etc. Puterea dezvoltat de ma$in n acest caz este:

    P = MS=N

    SNM

    Cu anumit aproximaie, putem ncadra n aceast grup cabestanele $i

    vinciurile de ancor n etapa a doua de virare a ancorei, cnd are loc ndreptarealni$orului, mecanismele de guvernare la mersul nainte etc. La aceste ma$ini,caracteristica mecanic este apropiat de o dreapt.

    Tabelul 1.2.

    x 1 0 0 1 2

    MS + NNSM + MSN

    + MSN(+ )

    - MSN(-)

    )...(5 +

    +N

    NSM

    )...(

    N

    NSM

    )...(2 +

    +N

    NSM

    )...(2

    N

    NSM

    PS NNSM + +MSN(+)-MSN(- )

    +MSN(+) )...(2

    +

    N

    NSM )...(3

    N

    NSM

    Cazul x = 2 prezint o dependen de forma:

    MS= MSN2

    N

    .

    Astfel de caracteristici mecanice se numesc de tip ventilator. Putereadezvoltat de mecanism va fi de forma:

    32

    =N

    SNMP .

    (1.51)

    (1.52)

    (1.53)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    27/411

    27

    Exemple de mecanisme navale cu caracteristic mecanic de tip ventilator:pompele centrifuge, ventilatoarele, elicele, crmele active, turbocompresoarele etc.c) Mecanismele de lucru care dezvolt un cuplu dependent de unghiul de rotaie

    al arborelui motor se ntlnesc la utilajele cu mecanisme biel-manivel:foarfecele de tiat tabl, presele mecanice, pompele $i compresoarele cu piston,ma$inile de forjat etc. (fig. 1.16).

    d) Mecanisme de lucru la care cuplul MSdepinde de drumul parcurs. Din aceastcategorie fac parte n general vehiculele (tramvaie, troleibuze, locomotive electriceetc.). Astfel de mecanisme nu sunt caracteristice navelor.

    e) Unele ma$ini de lucru dezvolt un cuplu rezistent cu o varia ie aleatoare, decinu se poate stabili un parametru n baza cruia s se defineasc o lege de varia ie acuplului MS. La navele pescadoare se ntlnesc astfel de mecanisme $i sunt

    destinate prelucrrii pe$telui.

    Fig. 1.16.

    1.3.4. Regimurile de func$ionare ale mecanismelor de lucru

    La toate mecanismele $i ma$inile de lucru diagrama cuplului dezvoltat sepoate reprezenta n funcie de timp, MS= f(t), indicnd regimul de funcionare almecanismului de lucru.

    Se recomand:a) Mecanisme de lucru cu funcionare de durat $i sarcin constant (fig. 1.17 a)

    ntlnite la bordul navelor sub forma pompelor centrifuge $i ventilatoarelor;b) Mecanisme de lucru cu funcionare de durat $i sarcin variabil, care se pot

    grupa astfel:- mecanisme de lucru cu sarcin variabil, adeseori ciclic, ce se poate repeta de

    la un ciclu de funcionare la altul; diagrama MS= f(t) este artat n figura 1.17 b1,ca exemple amintindu-se: ma$inile unelte, laminoarele, foarfecele de tiat tabletc.;

    - mecanisme de lucru cu sarcin pulsatorie (fig. 1.17 b2), care este ntlnit lautilajele ce au ca organ principal un mecanism biel-manivel, cum ar fi: pompele,compresoarele cu piston, ma$inile de ncercat materiale la oboseal etc.;

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    28/411

    28

    - mecanisme de lucru cu sarcin sub form de $ocuri, la care intervalele de timpt1 de durat mic cu sarcin mare alterneaz cu intervale t2 de durat mare cusarcin mult mai mic (fig. 1.17.b3): prese mecanice etc.;

    - mecanisme de lucru la care cuplul MSvariaz foarte neregulat n timp, astfelnct nu se poate stabili o regul de variaie (fig. 1.17.b4).

    Fig. 1.17.

    c) Mecanisme de lucru cu funcionare intermitent, periodic, la care perioadele delucru de durat taalterneaz cu perioade de pauz de durat tp, durata ciclului fiind

    10=+ cap ttt minute (fig. 1.17.c). Funcionarea intermitent a ma$inilor de lucru

    este caracterizat de obicei, prin durata relativ de acionare DA:

    c

    a

    pa

    a

    t

    t

    tt

    tDA =

    += ,

    sau, exprimat n procente:

    100100(%)c

    a

    pa

    a

    t

    t

    tt

    tDA =

    += ,

    n care: tc= ta+ tptaeste durata de acionare;tpeste timpul de pauz;tceste durata ciclului.

    Duratele relative de acionare standardizate n ara noastr sunt: 15%; 25%;40%; 60%. Practic se consider c mecanismele de lucru cu D.A. pn la 25% auun regim de lucru u$or, ma$inile de lucru cu durata de acionare cuprins ntre 25%$i 60% au un regim de lucru mediu, iar cele cu durat de acionare de la 60% pnla 80% au regim de lucru greu. Ma$inile de lucru cu D.A. peste 80% se considerc au o funcionare de durat cu sarcini variabile n timp. O caracteristic a acestorma$ini de lucru este faptul c perioadele de pauz sunt suficient de scurte astfelnct motorul electric de acionare nclzit n timpul perioadei de lucru nu are timp

    (1.54)

    (1.55)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    29/411

    29

    s se rceasc pn la temperatura mediului ambiant, ciclul de funcionare fiindreluat.Ca exemple de ma$ini de lucru care fac parte din aceast categorie, se pot

    enumera: vinciurile de ncrcare-descrcare, macaralele navale, precum $i unelema$ini unelte.

    d) Mecanisme de lucru cu funcionare de scurt durat, la care perioadele defuncionare alterneaz cu pauze de durat mare, n care ma$ina electric deacionare are timp s se rceasc la temperatura mediului ambiant (fig. 1.17.d.).Ciclul de lucru tc, pentru ma$inile din aceast categorie este standardizat la 30; 60minute $i mai rar 15; 45 sau 90 minute. Ca ma$ini de lucru din aceast categorieputem da ca exemplu: vinciul de ancor, mecanismul de guvernare al navei, servo-motoarele pentru comenzi la distan etc.

    e) Mecanisme de lucru al cror regim de funcionare nu corespunde uneidesf$urri tehnologice bine stabilite, respectiv a cror sarcin depinde de factorintmpltori: unelte de mn acionate electric, aparate casnice etc.

    1.4. Transmiterea mi%crii ntre ma%ina de ac$ionare %i mecanismul delucru

    1.4.1. Alegerea transmisiei %i a raportului de transmisie .

    Organele de transmisie a mi$crii ntre ma$ina electric $i mecanismul delucru, ca parte integrant a sistemului de acionare, influeneaz $i sunt influenate

    att funcional ct $i constructiv de structura $i natura componentelor sistemului deacionare electric, aspect sub care vor fi tratate n continuare. Folosirea organelorde transmisie n sistemele de acionare electric este impus de urmtoareleconsiderente:

    - viteza ma$inii de lucru este diferit de a mecanismului de lucru;- sunt necesare trepte de vitez pentru potrivirea domeniului de viteze ale

    ma$inii electrice la gama de viteze necesare mecanismului de lucru;- modificarea direciei de transmitere a mi$crii;- uneori este necesar oprirea sau reversarea mi$crii mecanismului de lucru

    fr a modifica viteza ma$inii electrice;- atenuarea $ocurilor de sarcin prin introducerea unui element elastic

    intermediar;

    - u$urarea pornirii prin cuplarea sarcinii dup ce ma$ina de acionare a fostpornit n gol;- influenarea duratei proceselor tranzitorii;- reducerea gabaritului acionrii;- minimizarea preului de cost.

    Alegerea organelor de transmisie $i a raportului de transmisie trebuie corelatcu stabilirea vitezei nominale a ma$inii electrice.

    Se pune problema alegerii uneia din urmtoarele soluii:

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    30/411

    30

    a) ma$in electric cu vitez nominal redus, fr reductor sau cu reductor curaport mic de transmisie;b) ma$ina electric de vitez ridicat $i reductor.n general, la o putere dat, viteza nominal a ma$inii electrice influeneaz

    direct gabaritul, parametrii energetici, construcia $i costul acionrii. Astfel, costul,gabaritul $i greutatea ma$inilor electrice de vitez mic sunt mai mari ca ale celorde vitez ridicat, iar randamentul $i factorul de putere n cazul ma$inii asincronesunt mai sczute la ma$inile cu vitez redus. Evident, cea mai simpl $i sigur estecuplarea direct, prin care se elimin reductorul $i ntreinerea necesar acestuia.

    Cuplarea direct se aplic la acionri cum sunt: acionarea ventilatoarelor $ipompelor centrifuge $i chiar acionrii de turaie mic $i putere foarte mare, n jurde 10 MW, cum ar fi acionarea elicelor navale cu motoare sincrone. La turaii mai

    mari dect 3000 rot./min. se pot utiliza transmisii ridictoare de vitez, nstendina actual este de a realiza vitezele ridicate alimentnd ma$inile electrice decurent alternativ cu tensiuni de frecven mrit, n care caz se practic cuplreradirect.

    Parametrii de baz prin care intervine transmisia n dimensionarea uneiacionri sunt raportul de transmisie, momentul de inerie $i randamentul. Pentrutransmisiile elastice, definirea raportului de transmisie se face considernd $ialunecarea s , dintre arborele ma$inii de acionare $i arborele mecanismului delucru, cauzat de elasticitatea sau patinarea organelor de transmisie.

    Dac 1 este viteza arborelui imediat dup transmisia elastic $i 1 vitezaarborelui imediat nainte de transmisia elastic, atunci:

    1

    11

    =s ,

    $tiind c raportul de transmisie n cazul unei transmisii rigide este i = /1, seobine:

    s

    i

    si

    =

    =

    =

    1)1(111 .

    Pentru alegerea raportului de transmisie se pot pune diferite condiii deoptimizare $i de limitare: realizarea unor timpi minimi de pornire $i frnare,limitarea n funcie de rezistena mecanic, etc. Condiiile de optimizare pentruobinerea unor timpi minimi de pornire $i frnare se stabilesc pe baza ecuaiei

    mi$crii scrise la arborele mecanismului de lucru (vezi 1.2.) scris sub forma:

    tJiJMMi LMLSL d

    d)( 2

    += ,

    n care:M $i JM sunt cuplul $i momentul de inerie ale ma$inii electrice;MSL, L, JL sunt cuplul, viteza unghiular, $i momentul de inerie ale

    mecanismului de lucru raportate la arborele acestuia. Rezult:

    (1.56)

    (1.57)

    (1.58)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    31/411

    31

    ML

    SLL

    JiJMiMt 2dd += . (1.59)

    Valoare i = i0, pentru care acceleraia este maxim, se obine anulnd derivata(1.59).

    Considernd randamentul transmisiei = 1, n ipoteza c M $i MSL se potaproxima constante $i c JM$i JLsunt constante, rezult:

    22

    21

    )(

    )(2)(

    d

    d

    d

    d

    ML

    SLML

    JiJ

    MiMiJiJM

    ti ++

    =

    ,

    de unde se determin i0, pentru care timpul de pornire este minim:

    M

    LSLSL

    J

    J

    M

    M

    M

    Mi +

    +=2

    0

    .

    Analog se obine valoarea optim 0i la frnare, $tiind ns c n relaia (1.58) Meste negativ.Rezult:

    M

    LSLSL

    J

    J

    M

    M

    M

    Mi +

    +=

    2'0 .

    Acceleraia unghiular maxim se obine nlocuind n relaia (1.59.) expresia lui i0din (1.61.)

    M

    M

    LSLSL

    M

    LSLML

    M

    LSL

    L

    JiM

    J

    J

    M

    M

    M

    M

    J

    J

    M

    MJJ

    J

    J

    M

    MM

    t 022

    2

    max 222

    dd =

    +

    ++

    +

    +

    =

    n cazul pornirii n gol MSL= 0, deci relaiile (1.61), (1.62) $i (1.63) devin:

    M

    L00 J

    Jii ==

    M

    L

    Ji

    M

    t 0max 2d

    d =

    .

    Calculnd raportul dintre acceleraia (1.59) $i acceleraia maxim (1.63) seobine, n cazul pornirii, relaia:

    2

    0

    20

    max

    2

    )(

    )(2

    d

    d

    dd

    iJ

    JMMii

    JiJM

    MiMJi

    t

    t

    M

    L

    SL

    ML

    SLM

    L

    L

    r

    +

    =+

    =

    = .

    Curbele )(ifr= pentru diverse valori ale rapoartelor MSL/M $i JL/JM suntprezentate n figura 1.18. Pe baza lor $i a relaiilor (1.63) $i (1.61) se pot trageconcluziile privind optimizarea pe criteriul obinerii unui timp minim de pornire ncondiiile de aproximare precizate anterior:

    (1.60)

    (1.61)

    (1.62)

    (1.63)

    (1.64)

    (1.65)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    32/411

    32

    Fig. 1.18.

    a) valorile optime ale raportului de transmisie, i0 sunt cu att mai mari cu ctrapoartele JL/JM$i MSL/M sunt mai mari; deci, la acionarea mecanismelor de lucrucu cupluri rezistente sau momente de inerie mari este necesar folosireareductorului, n timp ce la mecanismele de lucru cu cupluri rezistente sau momentede inerie mici se poate recurge chiar la cuplarea direct;

    b) pentru i < i0 acceleraia scade rapid cu scderea raportului de transmisie, ntimp ce pentru i > i0 acceleraia scade mai lent; rezult c valoarea lui i se alege

    i = i0sau i > i0;c) acceleraiile maxime au valori cu att mai mari cu ct rapoartele MSL/M $iJL/JMsunt mai mici. Sub aspectul realizrii unui timp minim de reversare se poatedetermina raportul de transmisie optim, egalnd cu zero derivata sumei timpilor depornire $i frnare calculai din (1.59).

    n final se obine:

    M

    LSLSL

    M

    LSL

    M

    L

    J

    J

    M

    M

    M

    M

    J

    J

    M

    M

    J

    Ji

    +

    ++

    +=

    2222

    0 433707,0 (1.66)

    1.4.2. Influen$a elasticit$ii %i jocurilor din transmisii

    De obicei, n relaiile de calcul utilizate n acionrile electrice se presupune cma$ina electric este cuplat rigid cu mecanismul de lucru prin intermediultransmisiei. Aceast aproximaie nu se poate face ns la unele organe detransmisie cum ar fi: arbori lungi, curele de transmisie, cuplaje elastice, benzi detransport etc. Astfel de organe de transmisie au proprieti elastice $i de amortizarecare nu mai pot fi neglijate. n proiectarea acionrii electrice trebuie avut nvedere evitarea fenomenelor oscilante $i, corelat cu aceasta, evitareasuprasolicitrii organelor de transmisie $i a suprancrcrii ma$inilor electrice.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    33/411

    33

    Principial, un sistem de acionare cu o transmisie elastic, denumit $i sistem cudou mase, este reprezentat n figura 1.19, n care ntre ma$ina electric deacionare M.E.A. $i mecanismul de lucru M.L. este intercalat arborele elastic latorsiune M.T. Momentele de inerie pe partea motorului sunt incluse n JM$i celede pe partea mecanismului de lucru n JL.

    Ecuaia mi$crii capt formele:

    0d

    d

    d

    d=

    R

    LL

    LM Mt

    Jt

    JM ,

    0)(d

    d = LM CtJM ,

    0

    d

    d)( =

    R

    LLL M

    t

    JC ,

    unde: C este constant de elasticitate,

    ttL

    L d

    d;

    d

    d == .

    Frecvena oscilaiilor proprii f0, n cazul cnd sistemul este neamortizat, seobine din relaiile (1.67 - 1.69).

    LM

    LM

    JJ

    JJCf

    +

    =

    2

    10 .

    Unghiul maxim de rsucire a arborelui se determin cunoscnd diagramacuplului rezistent MR:

    20

    2max )2()(

    1

    )( fJ

    M

    nL

    Rn

    L = ,unde MRn este amplitudinea armonicii de ordinul n a cuplului MR $i n vitezaunghiular corespunztoare

    La o desf$urare liniar n timp a mrimilor de intrare, mrimile de ie$ire,prezint o comportare neliniar. Jocurile acioneaz nefavorabil asupra comportriidinamice a sistemelor de acionare cu reglare, putnd determina oscilaii de duratn jurul valorii prescrise. La unele acionri cu comand automat, ele pot contribuins la mic$orarea vrfurilor de sarcin $i la diminuarea $ocurilor asupra organelorde transmisie.

    Fig. 1.19.

    (1.67)

    (1.68)

    (1.69)

    (1.70)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    34/411

    34

    1.4.3. Cuplaje electromagnetice

    Acest tip de cuplaje cunoa$te o rspndire din ce n ce mai larg. Sunt utilizaten scopul cuplrii arborilor prin comand! electric de la distan, proteciei lasuprasarcini ca elemente amortizoare mpotriva oscilaiilor vitezei $i uneori pentrumodificarea $i reglarea vitezei.

    Cuplajele electromagnetice constau din dou semicuple: una conductoare,montat pe arborele ma$inii electrice $i alta condus, pe arborele mecanismului delucru, legtura dintre ele realizndu-se prin comand electric. Se deosebesc:

    a) cuplaje cu legtur mecanic, la care legtura se face prin frecare ntresemicuple, fora de apsare producndu-se cu un electromagnet;

    b) cuplaje cu legtur electromecanic, sau cuplaje cu pulbere, la care legtura serealizeaz prin intermediul unui amestec de liant cu pulbere magnetic;

    c) cuplaje cu legtur prin cmp electromagnetic.Gama de cupluri pentru care se construiesc este cuplat ntre 0,1Nm $i 105

    Nm. Dac M este cuplul transmis $i 1 $i 2 sunt vitezele unghiulare alesemicuplelor conductoare, respectiv condus, atunci puterea:

    P = P1- P2= 1M - 2M = 111

    21 sPM=

    ,

    se pierde prin cldur n cuplaj, s fiind alunecarea; acest dezavantaj se manifestatunci cnd 21.

    Cuplajele electromagnetice cu legtur mecanic funcioneaz conform schiei

    principale din figura 1.20, astfel: alimentnd bobina 3, cmpul magnetic ce aparedetermin atragerea $i apsarea discului 8 pe suprafaa de frecare 4 a semicuplei 2,realiznd cuplarea mecanic a arborelui 1 cu 6, ntrerupnd alimentarea, care seface prin intermediul inelelor de contact 5, resortul 9 desface cuplajul readucnddiscul 8 n poziia iniial.. Ca suprafee de frecare se folosesc: oel/bronzsinterizat, oel/oel, oel/garnitur de friciune.

    Fig. 1.20.

    (1.71)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    35/411

    35

    n figura 1.21 se pot urmri proceseletranzitorii, unde:

    t1 - timpul n care fora Fm, aelectromagnetului, este mai mic dect aresortului, Fr;

    t2- timpul n care suprafeele de frecare seapropie; pentru t > t1fora Fm> Fr;

    t3 - timpul n care, dup atingereasuprafeelor de frecare, 1se apropie de 2.

    La construciile actuale, pentru a mricuplul transmis, suprafaa de frecare se

    majoreaz folosind mai multe discuri plane defrecare. Cuplul maxim transmisibil devine:Mst= (Fm- Fr) . Z . r , (1.72)

    unde: - coeficient de aderen;Z - numrul de discuri;r - raza medie a suprafeei inelare de

    contact.Fig. 1.21.

    Momentul maxim admisibil de transmis se ia cu (15 40)% mai mic.Cuplajele electromagnetice cu pulbere funcioneaz conform schiei de

    principiu din figura 1.23, astfel: semicupla 2 este montat pe arborele conductor 8$i semicupla 1 pe arborele condus 7, iar 5 sunt lagrele de conducere $i centrare a

    semicuplei 2 fa de 1, ntre cele dou semicuple fiind amestecul de praf sau uleimineral care are n suspensie pulbere magnetic, 4; alimentnd bobina 3 pe lainelele colectoare 6, datorit cmpului magnetic, vscozitatea amestecului 4 vacre$te, $i peste o anumit valoare a vscozitii semicupla 1 va fi antrenat desemicupla 2. Viteza relativ ntre arborii 8 $i 7, 1 - 2, depinde de valoareainduciei, respectiv a curentului de excitaie al bobinei, Ie; peste o anumit valoare alui Iecele dou semicuple se vor roti sincron.

    Dependena cuplului transmis M de curentul de excitaie Ie este artat nfigura 1.22.a, remarcndu-se caracterul liniar al legturii. Procesul de pornire seprezint n figura 1.22.c.

    Fig. 1.22.M1 - cuplul

    rezidual; M2 - defrecare; M3 deaderen$.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    36/411

    36

    Fig. 1.23.

    Fig. 1.24.

    Turaia maxim pn la care se execut aceste cuplaje este de 1000 rot/min. Cuplultransmis este 110 Nm, la un diametru de 0,15 m $i o lungime de 0,165 m. Cuplajelecu legtur electromagnetic sau de inducie constau, n principiu, din: semicupla1, avnd rol de indus, montat pe arborele 2 (fig. 1.24) $i semicupla 3, avnd rol deinductor, montat pe arborele 4, executat din tole cu crestturi n care se aflnf$urarea de excitaie 5, alimentat prin contactele 6 n curent continuu. Fluxulprodus de nf$urarea 5 induce n semicupla 1 tensiuni electromotoare, care produccureni, crend astfel condiiile de producere a unui cuplu M, care va antrena parteacondus de ctre cea conductoare, cuplat la arborele ma$inii electrice deacionare.

    Se deosebesc urmtoarele tipuri de cuplaje de inducie:a) cu indus din miez magnetic din tole sau masiv pe care se afl practicat o

    colivie din aluminiu sau cupru, ca la ma$ina asincron, denumit $i cuplaj asincron;b) cu indus din oel masiv, adic cuplaj cu cureni turbionari;c) cu indus cu crestturi n care se afl o nf$urare cu acela$i numr de poli,

    respectiv acela$i pas polar, ca $i al nf$urri inductoare, cuplajul fiind denumit $icuplaj sincron.

    d) caracteristica unghiular a cuplajului sincron

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    37/411

    37

    Fig. 1.25.a) cuplaj asincron; b) cu curen$i turbionari; c) sincron.

    n figura 1.25. se arat forma caracteristicilor mecanice pentru cele trei tipuride cuplaje. Prin modificarea curentului se poate realiza modificarea alunecrii laprimele dou tipuri de cuplaje $i a cuplului transmis. Cuplajul sincron lucreaz fralunecare, la dep$irea valorii admisibile a unghiului intern cuplul scade brusc $i

    legtura sincron se rupe.Schema structural a cuplajelor de inducie este reprezentat n figura 1.26, nipoteza considerrii unor caracteristici liniare.

    ReTe este constanta detimp electromagneticale excitaiei $icuplajului $i Tm esteconstanta de timpelectromecanic aacionrii; C - constantn ipoteza liniarizrii, iar

    Fig. 1.26. s variabila complex.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    38/411

    38

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    39/411

    39

    ALEGEREA PUTERII MOTOARELOR ELECTRICE DE ACIONARE

    Alegerea motorului electric corespunztor unei anumite acionri se face lundn considerare un numr nsemnat de criterii. n primul rnd trebuie ales felulcurentului, continuu sau alternativ, apoi tensiunea, eventual frecvena, puterea $itipul constructiv al motorului.

    Alegerea puterii motorului de acionare a unui mecanism naval se faceconsidernd cunoscut variaia n timp a cuplului de sarcin ( )tfMS= , amecanismului respectiv.

    Alegerea corect a puterii motoarelor electrice are mare importan, att din

    punct de vedere al funcionrii $i utilizrii acestora, ct $i din cel al pierderilor deenergie n reeaua de alimentare.

    Subdimensionarea motoarelor electrice determin supanclzirea $ideteriorarea rapid a izolaiilor. n acela$i timp, cuplul de pornire $i capacitatea desuprancrcare devin mai mici $i conduc la reducerea productivitii ma$inilor delucru, mai ales a acelora care necesit porniri frecvente.

    Supradimensionarea motoarelor cre$te inutil cheltuielile de investiie, reducerandamentul $i, n cazul motoarelor asincrone, factorul de putere.

    n cele mai multe cazuri, puterea motorului electric se alege inndu-se seamade nclzirea lui $i apoi se verific la suprasarcin. Sunt ns cazuri, mai ales nacionrile electrice navale n care motorul electric se alege pe baza puterii de vrf$i se verific ca nclzirea s nu dep$easc limita impus n regim permanent.

    2.1. nclzirea %i rcirea motoarelor electrice

    nclzirea motorului electric este cauzat de pierderile: n cupru (prin efectJoule-Lenz), n fier $i mecanice, care iau na$tere n el la transformarea energieielectrice n energie mecanic. Dintre aceste pierderi, unele sunt constante fiindindependente de gradul de ncrcare al motorului, n timp ce altele sunt variabile,depinznd de gradul de ncrcare al acestuia. n tabelul 2.1 sunt indicate pierderile$i mrimile de care depind ele.

    Datorit pierderilor care au loc n ma$in, dup!ce aceasta a fost pornit!, avndla pornire temperatura mediului ambiant, aceasta va ncepe s se nclzeasc. La

    nceput, cea mai mare parte din cldur este nmagazinat n prile componenteale ma$inii, ridicnd temperatura acestora, restul fiind evacuat n mediulnconjurtor.

    Pe msur ce temperatura ma$inii cre$te, cldura cedat mediului ambiantcre$te, pentru o anumit nclzire, cldura cedat devenind egal cu cea produs. nacest moment se atinge echilibrul termic $i temperatura ma$inii rmne staionarla o valoare numit temperatura de regim.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    40/411

    40

    Denumireapierderilor Componena pierderilor Proporionale cu:

    Pierdericonstante

    Pierderi n fier

    Histerezis magnetic ( )26,1max = kfBk

    Cureni turbionari(Foucault)

    222max fdB

    Pierderi mecanice(prin frecare)

    Ventilaie ( )31=xnx n lagre -

    Perii (colector sau inele decontact)

    -

    Pierderivariabile

    Pierderi n cupru(prin efect Joule-

    Lenz)

    Rezistena nf$urrilorstatorice $i rotorice

    2IR

    Rezistenele de contactperii-colector, perii-inele

    IU

    Legend:Bmax amplitudinea induciei magnetice n miezul feromagnetic;n turaia motorului;f frecvena curentului;d grosimea tolei;R rezistena activ a nf$urrilor;I valoarea efectiv a curentului de sarcin;

    U cderea de tensiune periicolector sau periiinele de contact.Funcionarea corect a ma$inilor electrice impune anumite temperaturi limit

    de regim, care sunt funcie de clasele de izolaie ale nf$urrilor acestora. Acestetemperaturi limit de regim constituie supratemperaturi sau nclziri admisibilepentru diferite pri componente ale ma$inilor electrice, fixate n ipoteza c

    temperatura mediului nconjurtor este de +40C, iar altitudinea la carefuncioneaz este maxim 1000 m fa de nivelul mrii.

    n tabelul 2.2. sunt indicate supratemperaturile admisibile standardizate n C STAS 1893-22, care pentru izolaia nf$urrilor nu trebuie dep$ite n oricepunct al acestora, n caz contrar, viaa izolaiei, de circa 15ani, scznd foarte rapid.

    Tabelul 2.2.Partea component

    a ma$iniiClasa de izolaie

    A E B F H

    nf$urrile de c.a. $i c.c. alema$inilor cu puteri nominalesub 5000kW sau 5000kVA

    50-60 55-75 70-90 85-110 105-135

    nf$urri izolate, nchise nmod continuu asupra lor nsele

    60 75 80 100 125

    Miez magnetic $i alte pri ncontact cu nf$urrile

    60 75 80 100 125

    Colectoare $i inele de contactprotejate sau nu

    60 70 60 90 100

    Calculul nclzirii ma$inilor electrice presupune determinarea temperaturilorde regim $i compararea cu supratemperaturile admisibile standardizate.

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    41/411

    41

    Pierderile totale din motor sunt determinate de randamentul ma$inii carevariaz cu ncrcarea motorului. Pentru o anumit sarcin a motorului, randamentulva fi:

    +==

    pP

    P

    P

    P

    2

    2

    1

    2

    de unde rezult:

    2

    1Pp

    =

    n care s-a notat cu:

    p - pierderile totale din ma$in;P2 - puterea util la arbore; - randamentul motorului corespunztor puterii P2.

    Dac notm cu Qcantitatea de cldur care se degaj n ma$in n unitatea detimp, ea este egal cu suma pierderilor din ma$in:

    == 12PpQ

    n calculul nclzirii ma$inii electrice, vom considera c aceasta este un corpomogen cu conductivitatea termic perfect, coeficientul de transmisie a clduriiavnd aceea$i valoare n toate punctele prin care se evacueaz cldura.

    Cedarea de cldur n mediul nconjurtor are loc prin: conducie, convecie $iradiaie, prima fiind proporional cu supratemperatura (diferena dintretemperatura ma$inii $i cea a mediului ambiant), cea de-a doua cu supratemperaturala puterea 1,25 $i ultima cu supratemperatura la puterea a patra.

    Totu$i la examinarea proceselor termice ale ma$inii, pentru simplificare vomconsidera c cedarea de cldur este proporional cu puterea nti asupratemperaturii, deoarece rolul principal l are aici cedarea de cldur princonducie $i convecie.

    n aceste condiii, ecuaia diferenial a nclzirii ma$inii are forma:+= ddd CtAtQ

    deci cantitatea de cldur degajat de ma$in n intervalul de timp dt este egal cucantitatea de cldur cedat parial de ma$in mediului nconjurtor $i cantitatea decldur absorbit de ma$in, dC pentru ridicarea temperaturii cu d.

    n ecuaia (2.1) s-a notat cu:

    [ ]kgJ/s A coeficientul de transmisie a cldurii: cantitatea de cldur cedatde motor mediului nconjurtor n unitatea de timp n cazul uneidiferene de 1C ntre temperatura motorului $i cea a mediuluinconjurtor;

    C[J/kg] capacitatea caloric a ma$inii: cantitatea de cldur necesarma$inii pentru a-$i spori temperatura cu 1C.

    Separnd variabilele n ecuaia (2.1) se obine:

    (2.1)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    42/411

    42

    =

    = dd

    A

    QAC

    AQ

    Cdt (2.2 )

    Integrnd membrul stng al ecuaiei (2.2) ntre 0 $i valoarea curentoarecare a timpului, iar membrul drept ntre valoarea iniial oarecare 0$ivaloarea curent :

    =

    0

    dd

    AQA

    Ct

    t

    0

    rezult:

    =

    A

    QA

    Q

    A

    Ct

    0

    ln

    $i rezolvnd ecuaia n raport cu se obine:

    AC

    t

    AC

    t

    A

    Q

    +

    = ee 01

    sau

    T

    t

    T

    t

    AQ

    +

    = ee 01

    n care T = C /A[s] reprezint constanta de timp termic.Din ecuaia (2.4) pentru t rezult:

    A

    Q=max

    $i deci nclzirea de regim se obine dup un timp teoretic infinit. Practic, echilibrultermic se consider atins dup ( )Tt 43 = .

    Introducnd (2.5) n (2.4) se obine:

    T

    t

    T

    t +

    = ee 0max 1

    care reprezentat grafic conduce la curba (1) din figura 2.1.Dac n momentul pornirii, temperatura ma$inii era egal cu cea a mediuluinconjurtor, atunci supratemperatura iniial 00= $i ecuaia nclzirii devine:

    =

    T

    t

    e1max

    care reprezentat grafic conduce la curba (2) din figura 2.1.

    (2.3)

    (2.4)

    (2.5)

    (2.6)

    (2.7)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    43/411

    43

    Constanta de timp a nclzirii Teste o mrime caracteristic fiecreima$ini, fiind definit teoretic ca:timpul necesar n care se atingenclzirea de regim, dac n acestinterval nu se cedeaz cldurmediului ambiant, adic

    = dd CtQ . Totodat, numeric, Treprezint acel timp n care ma$inacednd cldur mediuluinconjurtor, atinge o cre$tere atemperaturii egal cu 0,632max.

    Fig. 2.1.ntr-adevr, din ecuaia (2.7.), pentru t= Trezult:

    maxmax 632,01 =

    =

    e

    1

    Practic, constanta de timp a nclzirii are o importan deosebit ndeterminarea regimului termic al motorului, deci a puterii acestuia. Ea este cu attmai mare cu ct dimensiunile ma$inii sunt mai mari, deoarece n acest caz cre$tecapacitatea termic (C) a ma$inii. De asemenea T este cu att mai mare cu ctturaia motorului este mai mic, deoarece n acest caz ventilaia ma$inii este maiproast $i deci coeficientul de transmitere a cldurii (A) mai mic.

    n tabelul 2.3. se indic orientativ valorile constantei de timp a nclzirii n

    funcie de tipul constructiv al ma$inii. Tabelul 2.3.

    Tipul constructiv al ma$iniiConstanta termicde timp a ma$inii T

    [min]Ma$ini cu ventilaie exterioar, forat 35 95Motoare asincrone n scurtcircuit cu autoventilaie, cudiametrul rotoric de 105140mm

    11 22

    Motoare asincrone cu rotor bobinat de execuie deschis,cu diametrul rotoric de 150600mm

    25 90

    Ma$ini deschise cu autoventilaie, cu diametrul rotoric de600-2000mm

    90 150

    Ma$ini capsulate, cu diametrul rotoric de 400-600mm 210 300Motoare de curent continuu, de execuie deschis, cudiametrul rotoric de 400-600mm

    25 90

    Ma$ini electrice mici capsulate 30 - 120

    Dac ma$ina lucreaz n regim de durat cu ncrcarea nominal Pn, creia icorespund pierderile Qn, n ipoteza c nclzirea ncepe de la 00= , temperaturaei va cre$te conform relaiei:

    (2.8)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    44/411

    44

    = T

    t

    e1max

    temperatura maxim atins n cazul stabilirii echilibrului termic fiind:

    A

    Qn=max

    Dac acela$i motor lucreaz tot n regim de durat, ns cu sarcina P1< Pn,creia i corespund pierderile Q1< Qn, sau cu sarcina P2> Pn, creia i corespundpierderile totale Q2> Qn, atunci curbele de nclzire ating temperaturile de regim

    max11 / = AQ , a$a cum se constat n figura 2.2.Considernd c temperatura maxim admis pentru clasa de izolaie a

    motorului este max, rezult c n cazul cnd acesta funcioneaz n regim de duratcu sarcina P1 < Pn $i max1 Pn$i max2 > , atunci elva fi suprancrcat termic ceea cepoate conduce la deteriorarea izolaieinf$urrilor $i la scoaterea lui dinfunciune.

    Conform figurii 2.2., n acest caz,motorul atinge temperatura maximadmis de clasa de izolaie ( max )

    dup un timp t1. Practic, acest fapt estefoarte important, deoarece el arat cmotorul poate fi suprancrcat, nsnumai pentru un interval scurt de timpt1, fr a dep$i temperatura maxim.

    Fig. 2.2.Dac dup un timp de funcionare se ntrerupe alimentarea motorului electric,

    acesta va ncepe s se rceasc. Fiind decuplat de la reea, pierderile n motor $ideci cantitatea de cldur degajat n motor n unitatea de timp Q= 0. n aceastsituaie, ecuaia echilibrului termic (2.1) devine:

    0=+ tCtA dd ,

    n care s-a notat cuA'coeficientul de transmisie a cldurii n cazul rcirii. Deoarece

    prin oprirea motorului condiiile de ventilaie se nrutesc, ducnd astfel lamic$orarea capacitii de cedare a cldurii n mediul nconjurtor,A'va fi mai micdect A.

    Separnd variabilele n ecuaia (2.9) se obine:

    = dd

    A

    Ct

    .

    (2.9)

    (2.10)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    45/411

    45

    Integrnd membrul stng al ecuaiei (2.10) ntre 0 $i valoarea curent t atimpului, iar membrul drept ntre valoarea supratemperaturii de la care ncepercirea max$i valoarea curent :

    =

    max

    0

    dd

    A

    Ct

    t

    rezult:

    max

    ln

    =A

    Ct

    $i rezolvnd ecuaia n raport cu se obine:

    AC

    t

    = /max esau:

    T

    t

    = emax n care [ ]sACT = / reprezint constanta de timp termic a rcirii. DeoareceA'

  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    46/411

    46

    Serviciul tip de funcionareal unei ma$ini electrice reprezint un serviciu defuncionare convenional care este caracterizat printr-o succesiune standardizat aregimurilor sale componente.

    n sistemele electrice de acionare, motoarele sunt obligate s funcioneze ndiferite servicii, impuse de procesul tehnologic $i de productivitatea ma$inilor delucru. n practica construciei motoarelor electrice, acestea sunt proiectate pentruun anumit serviciu nominal, care reprezint un serviciu de funcionare tip, atribuitacestora, la care ele corespund integral.

    Dintre cele opt servicii tip, definite ca servicii nominale standard n STAS1893-72, n cazul motoarelor de acionare a mecanismelor navale se ntlnesc maifrecvent urmtoarele: continuu S1; de scurt durat S2 $i intermitent periodic S3.

    n figura 2.4 sunt reprezentate grafic cele trei servicii de funcionare amintite,indicndu-se variaia n timp a pierderilor totale de putere Q, a nclzirii $i avitezei unghiulare .

    Fig. 2.4.

    Serviciul continuu, notat convenional cu indicativul S1, se caracterizeaz prinaceea c motorul funcioneaz aperiodic, cu o sarcin constant ntr-un interval detimp ( )Tta 43 > , suficient pentru ca echilibrul termic s fie atins. n acestinterval de timp, diferitele pri ale motorului ajung la supratemperaturile lor deregim staionar. De$i la pornire pierderile totale de putere sunt mai mari dectpierderile de durat, influena acestei majorri asupra procesului termic almotorului este neglijabil, pornirile avnd loc la intervale mari de timp.

    Un astfel de serviciu corespunde motoarelor de acionare a pompelor ce

    deservesc motorul principal de mar$ $i motoarele auxiliare, compresoarelor,ventilatoarelor etc.

    Serviciul de scurt durat, notat convenional cu indicativul S2, secaracterizeaz printr-o funcionare aperiodic a motorului cu sarcin constant ntr-un interval de timp ( )Tta 43 < , inferior deci celui necesar atingerii echilibruluitermic.

    Motorul este deconectat apoi de la reea, o perioad de timp ( )Tt > 430 suficient ca el s se rceasc pn la temperatura mediului ambiant, o nou

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    47/411

    47

    funcionare avnd loc dup rcirea complet a sa. Duratele standardizate pentruintervalul activ de timp ta sunt 10, 30, 60 $i 90 minute. Un astfel de serviciucorespunde motoarelor de acionare a vinciurilor de ancor, vinciurilor traul etc.

    Serviciul intermitent periodic, notat convenional cu indicativul S3, secaracterizeaz printr-o funcionare ciclic a motorului electric, un ciclu de durat tcfiind compus dintr-un timp activ ta, n care motorul este ncrcat cu o sarcinconstant $i un timp de pauz!t0. Deoarece sunt ndeplinite condiiile ( )Tta 43 < $i ( )Tt < 430 , rezult c nu se atinge echilibrul termic n cursul unui ciclu defuncionare. nclzirea motorului nu este influenat de porniri sau frnri.

    Un astfel de serviciu corespunde motoarelor de acionare a vinciurilor dencrcare-descrcare. STAS 1893-72 mai precizeaz c dac frecvena de conectareeste mai mare dect $ase se adopt una din valorile 60, 90, 120, 240, 360, 480 sau600 de conectri pe or.

    2.3. Alegerea puterii motoarelor electrice de ac$ionare func$ionndn serviciu continuu

    Motoarele electrice ce funcioneaz n serviciu continuu pot fi ncrcate cusarcini constante sau variabile n timp, n funcie de natura mecanismului de lucruacionat.

    Motorul trebuie astfel ales nct s funcioneze o perioad orict dendelungat, fr ca supratemperatura prilor lui componente s dep$eascvalorile admisibile. Alegerea motorului n acest serviciu se face n funcie de

    caracterul sarcinii: constant sau variabil n timp.2.3.1. Alegerea puterii motoarelor electrice func$ionnd n

    serviciu continuu cu sarcini constante

    Pentru mecanismele care funcioneaz cu o sarcin constant sau puinvariabil n timp, alegerea puterii motorului de acionare este extrem de simpl,dac este cunoscut cu suficient aproximaie puterea constant cerut demecanism. n acest caz nu mai este necesar s se verifice motorul la nclzire sau lasuprasarcin n timpul funcionrii. Alegnd motorul cu puterea artat mai sus,este sigur c aceasta este cea maxim admisibil din punct de vedere al nclzirii,deoarece fabrica constructoare a efectuat calculele $i ncercrile pornind de la

    considerentul utilizrii la maximum a materialelor la puterea nominal a motorului.La pornire, pierderile din motor vor fi mai mari dect la sarcina nominal, nsele vor putea fi neglijate, deoarece n aceste condiii pornirea se efectueaz destulde rar $i deci nu poate avea o influen important asupra nclzirii motorului.

    Numai n anumite cazuri este necesar s se verifice cuplul de pornire almotorului, avnd n vedere c unele mecanisme au o rezisten de frecare mrit $iuneori necesit cupluri dinamice destul de mari.

    Practic, pentru alegerea puterii motorului, funcionnd n serviciu continuu cusarcin constant se procedeaz astfel:

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    48/411

    48

    - cunoscnd cuplul de sarcin!Ms, la arborele ma$inii de lucru, se determin!cuplul static rezistent raportat la arborele motorului electric:

    [ ]mN

    =i

    MM ssr

    n care s-a notat cu i raportul de transmisie al reductorului $i cu randamentultransmisiei.

    - se determin puterea de calcul Pc, corespunztoare cuplului Msr:

    [ ]kW9550

    csrc

    nMP

    =

    unde nc[rot/min] reprezint turaia de calcul ;

    - din cataloagele de motoare electrice destinate serviciului continuu S1 se alegeun motor ai crui parametri nominali s verifice relaiile:

    cN PP $i cN nn Dac puterea mecanismului nu este cunoscut iniial (cazul pompelor,

    ventilatoarelor etc.), puterea de calcul Pc se determin cu ajutorul unor formuleempirice rezultate din experiena de cercetare $i producie.

    La mecanismele insuficient cunoscute, puterea de calcul se determin prinridicarea diagramelor de sarcin cu ajutorul aparatelor nregistratoare montate lainstalaiile similare existente n exploatare.

    2.3.2. Alegerea motoarelor electrice func$ionnd n serviciucontinuu cu sarcini variabile n timp

    Alegerea puterii motorului electric funcionnd cu sarcin de durat, variabiln timp (n trepte sau dup o curb oarecare) se face mult mai dificil dect n cazulanterior.

    Considerm cazul cnd sarcina motorului $i pierderile de putere variaz ntrepte conform figurii 2.5. Alegerea puterii motorului electric const n determi-narea puterii lui nominale, astfel nct acesta s poat aciona ma$ina cu diagramade sarcin!din figura 2.5, fr a fi suprasolicitat termic sau insuficient utilizat.

    (2.13)

    (2.14)

    (2.15)

    PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

    http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/
  • 8/21/2019 Actionari Electrice Navale

    49/411

    49

    Fig. 2.5.Dac alegerea puterii motorului s-ar face dup sarcina maxim, atunci ar avea

    loc o supradimensionare $i deci o slab utilizare a acestuia, care din punct devedere energetic ar contribui la cre$terea pierderilor de energie. Motorul se poatealege n funcie de puterea medie numai la variaii mici ale sarcinii, de ordinul 20-30% n jurul unei valori medii. n cazul unor varia ii mai importante ale sarcinii, sealege iniial un motor avnd puterea nominal n serviciul continuu S1, egal cu(1,1-1,6) P, P fiind puterea medie aritmetic pe ciclu cerut de sarcin.

    Motorul astfel ales se va verifica la nclzire prin metoda mrimilorechivalente. Aceast metod const n determinarea unor sarcini echivalenteconstante, care n timpul unui ciclu de funcionare tc s conduc la aceea$i

    temperatur final a ma$inii ca $i n cazul real.

    2.3.2.1. Metoda pierderilor medii

    Presupunem c se cunoa$te diagrama de pierderi a motorului dat de pierderile

    nQQQ ,,, 21 K n timpul unui ciclu de funcionare, crora le corespund intervalele

    de timp nttt ,,, 21 K (fig. 2.5.). Aceast metod se bazeaz pe observaia desconfirmat n practic, c n regim termic stabilizat, nclzirea atins de motor lasfr$itul unui ciclu de funcionare nu difer de nclzirea medie pe ciclu. n acestecondiii este posibil nlocuirea diagramei reale de sarcin n care pierderile variazn timp, cu una echivalent, n care pierderile se consider constante, egale cu Qe,

    nclzirea ma$inii la sfr$itul