Click here to load reader

Aparate Electrice Speciale

  • View
    112

  • Download
    16

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Aparate Electrice Speciale. Convertoare de Energie Electrică. Consideraţii generale. - PowerPoint PPT Presentation

Text of Aparate Electrice Speciale

  • Aparate Electrice SpecialeConvertoare de Energie Electric

  • Consideraii generaleConversia energiei electrice n forme de energii utile nu au ca rezultat numai tipul de energie necesar, fiind nsoit simultan i de alte forme de energie care se constituie n pierderi, astfel nct fiecare conversie este caracterizat de un anumit randament. Numeroase procese tehnologice actuale au un consum de mai multe forme de energie, fiecare avnd o sursa proprie. Ca urmare este posibil realizarea unor convertoare multiple ale energiei electrice n formele de energie necesare. Conversia electromagnetic Conversia electromagnetic se produce la orice dispozitiv electrotehnic ce include nfurri electrice: aparat electric, transformator, maini electrice rotative sau liniare i aplicaiile acestora. Energia electric absorbit, We =

  • Evaluarea conversiei energiei electrice n energie magnetic se poate face considernd schema electric echivalent a circuitului electric (sau a bobinei). Schema echivalent a bobinei (nfurrii) cu elemente de circuit distribuite este redat n Fig.3.1b, unde fiecare spir apare cu rezistena (Rk), inductana (Lk) i capacitatea sa (Ck); cu elemente concentrate schema devine cea din Fig.3.1c, iar cand capacitatea poate fi neglijabil se obine schema echivalent simpl din Fig.3.1d.

  • Considernd schema electric echivalent din Fig.3.1c, pentru un interval de timp t, avem expresia: Conversia energiei electrice produs de bobin are loc cu randamentul electromagnetic :Prezena miezului feromagnetic m, la bobin, Fig.3.1c, modific schema echivalent a bobinei de la forma dat n Fig.3.1d, de exemplu, la cea din Fig.3.1f la care la rezistenele R i reactantele X (a inductanei L), apare rezistena Rm i reactana Xm (a inductanei Lm) care se datoreaz pierderilor active i reactive n miez.

  • e)f)Fig.3.1 Explicativ la conversia electromagneticn cazul bobinelor cu miez feromagnetic, Fig.3.3a, energia electric absorbit de bobina b, prin conversie electromagnetic devine energie magnetic (parial), Wm care se manifest n circuitul magnetic ce poate fi caracterizat prin scheme echivalente similar circuitului electric.

  • Fig.3.3 Conversia electromagnetic la bobinele cu miez feromagnetic

  • Conversia multipl a energiei electrice Conversia electromagnetic a energiei electrice produs n construciile electrotehnice (aparate, transformatoare i maini electrice) este totdeauna nsoit i de alte forme de conversii, deci are loc o conversie multipl. n cazul unui electromagnet, Fig.3.5, energia electric absorbit, We, de bobina b, prin conversie electromagnetic se transform n energie magnetic Wm care se manifest n piesele feromagnetice, ponderea fiind concentrat n volumele ntrefierurilor paralelipipedice. O parte a energiei magnetice se disperseaz n volumul din jurul electromagnetului. Fig.3.5 Explicativ la conversia multipl

  • n cazul din Fig.3.7 statorul inductor de motor asincron trifazat poate genera un cmp magnetic nvrtitor nct energia electrica absorbit de la reea prin conversie electromagnetic devine energie magnetic care se manifesta n volumul de lichid al conductei K.Fig.3.7 Utilizarea unui stator inductor de motor asincron trifazatDac n conducta K se afl un indus calat Ik n acesta apar cureni turbionari i ca urmare se produce parial i o conversie electrotermic ce poate nclzi lichidul din conduct. Cmpul magnetic nvrtitor produce prin conversie electromecanic fore care antreneaz lichidul n micare de rotaie.

  • Dac drept stator inductor Si, Fig.3.8, este un stator de motor asincron trifazat liniar, atunci n lichidul din volumul V apare un cmp magnetic datorit conversiei electromagnetice, iar n indusul calat curenii turbionari asigur prin conversie electrotermic nclzirea lichidului din volumul V. Asupra particulelor de lichid prin curenii care se manifest n volum apar forele de traciune datorate conversiei electromecanice. Fig.3.8 Utilizarea unui stator de motor asincron trifazat liniar

  • Conversia electromecanic Conversia energetic de tip electromecanic se produce ntr-un convertor special care transform energia electrica n energie mecanica prin intermediul energiei magnetice. Funcia de convertor energetic-electromecanic poate fi ndeplinit de: un aparat electric (electromagnetul i aplicaiile sale); un transformator special sau o main electric cu micare de rotaie sau deplasare liniar. n acest caz se folosete conceptul de energie magnetic Wm i coenergie magnetic Wm, Fig.3.9.Fig.3.9 Conceptul de energie i coenergie magnetic

  • Conversia electrotermic Toate corpurile materiale, indiferent de starea de agregare, posed rezisten electric, adic au capacitatea de a realiza conversia energiei electrice n energie termic atunci cnd sunt parcurse de curent. Rezistena unitii de volum a unui material, rezistivitatea este o marime specific fiecrui material.Factorii de influen mai importani pentru cile de curent sunt: temperatura, efectul pelicular i de proximitate n curent alternativ. Pentru metale rezistivitatea are funcia de dependen de temperatur un polinom de forma: nclzirea corpurilor n care are loc conversia electrotermic este determinat de puterea n unitate de timp, n unitatea de volum de doi factori:La rndul su densitatea de curent J, conform legii lui Ohm local este determinat de cmpul electric E,

  • Energia electric absorbit de la reeaua electric se disip n toate componentele dispozitivului electromagnetic reprezentate n schemele echivalente ale izolaiei, cilor de curent i a circuitului magnetic pentru a putea obine prin conversia multipl a energiei electrice n energie magnetic, mecanic i termic la valori optime pentru durata procesului tehnologic.

    De asemenea, pot fi stabilite i care sunt valorile cele mai convenabile ale parametrilor circuitelor echivalente (rezistene, reactane inductive i capacitive), materiale i construcii electrotehnice optimizate concomitent cu alegerea celor mai potrivite materiale. i prin urmare:

  • Convertor triplu de energie electric tip transformator Se prezint un dispozitiv electromagnetic tip transformator care realizeaz conversia tripl a energiei electrice n: a) magnetic; b) termic; c) mecanic sub form de vibraii. Fig.3.11 Fig.3.12 Aparitia forelor electrodinamice radialeApariia forelor electrodinamice axiale

  • Efectul forelor radiale, Fig.3.13, respectiv a celor axiale, Fig.3.14, se poate mri folosind o pereche de cilindri. Fig.3.13 Forele radiale n cazul unei perechi de cilindri Fig.3.14 Forele axiale n cazul unei perechi de cilindri

  • Pe un miez feromagnetic m, Fig.3.15, se pot monta mai muli cilindri vibratori, mai multe perechi sau combinaii ale acestora (S1, S2...Sn).Fig.3.15 Funcionarea cu mai muli cilindri vibratori

  • n Fig.3.16 este exemplificat modul de utilizare al acestui convertor, care poate fi introdus cu secundarul S ntr-un vas V cu lichid pentru a folosi cele trei forme de energie: termic, datorit curenilor turbionari ce apar n cilindru, mecanic sub form de vibraii, datorit apariiei forelor axiale, respectiv radiale, n cilindru i magnetic datorit fluxului magnetic de scpri. Fig.3.16 Utilizarea convertorului

  • Convertor triplu de energie electric tip motor liniar Dispozitivul este de tip motor liniar cu conversie tripl a energiei electrice n: energie magnetic, mecanic i termic destinat proceselor industriale care au nevoie simultan de formele respective de energie. Fig.3.17 Statorul unui convertor de tip motor liniar

  • n Fig.3.18 se prezint indusul unui convertor tip motor liniar, care are o construcie special similar unei benzi rulante, din benzi subiri conductoare, n unele cazuri benzi feromagnetice, a crui micare este dirijat de doi cilindri, C1 i C2 mobili. Fig.3.18 Indusul unui convertor de tip motor liniarn Fig.3.19 este prezentat o variant asamblat a motorului, fr prezena bobinajului, n scopul creterii claritii imaginii.

  • Fig.3.19 Varianta asamblat a convertorului de tip motor liniarn unele cazuri, Fig.3.20, pot fi folosite mai multe motoare liniare(de exemplu m1m4), avnd un indus comun I. n Fig.3.21 este prezentat un ansamblu general a instalaiei cu motor liniar.

  • Fig.3.20 Variant constructiv cu mai multe statoare i indus comun Fig.3.21 Ansamblu general al convertoruluide tip motor liniar

  • Convertor triplu de energie electric tip motor rotativ Elementele principale: 1-rotor; 2- stator; 3, 16 scuturi cu rol de fixare a cilindrului rotoric; 4 rulmeni; 5 piese de fixare a axului; 6, 15 - capace de protecie; 7 suport cu rol de blocare a axului; 8 urub; 9, 10 piese izolatoare; 11 conductoare; 12 cutie de borne; 13 axul motorului; 14 buc intermediar; 17 urub. Fig.3.22 Convertor de tip motor rotativ

  • Ansamblul bobinat 2 reprezint statorul, iar cilindrul masiv din oel 1, montat n exterior, are funcia rotorului la nivelul cruia se obine cuplul motor, se dezvolt energia termic utilizat n procesul termic i n vecintatea sa exist cmp magnetic ce poate fi folosit. Fig.3.23 Vedere de ansamblu a statorului i rotorului

  • Convertoare electromagnetice specializate pentru prelucrri electromecanice Prelucrarea electromecanic a metalelor se practic la metale i aliaje greu prelucrabile (piese de dimensiuni mari cu adaosuri de prelucrri, de asemenea, mari) pe maini unelte obinuite cu ajutorul electricitii. Prelucrarea electromecanic are la baz fenomenul de eroziune electric cu contact, constituie un domeniu de aplicaii pentru convertoarele electromecanice din care mai cunoscute sunt achierea electromecanic i netezirea electromecanic.

    Prelucrarea prin eroziune electric cu contact se bazeaz pe amorsarea descrcrilor n arc nestaionar prin ruperea contactelor electrice parcurse de curent, stabilite temporar ntre electrodul scul S i obiectul prelucrat P, care se afl n micare relativ. Strunjirea electromecanic, Fig.3.24, se aplic la oelurile inoxidabile, refractare sau greu prelucrabile.

  • Fig.3.24 Strunjire electromecanic Netezirea electromecanic, Fig.3.25, se realizeaz prin deformarea asperitilor nclzite sub presiunea sculei S pe piesa P. Se obine o duritate superficial i o rezisten la uzur a suprafeelor mai mare cu 20...30%. n acest caz reglajul curentului I2 se obine cu dou comutatoare k1 (reglaj n trepte mari reglaj brut) i k2 (reglaj n trepte mici reglaj fin).

  • Fig.3.25 Netezire electromecanic Ascuirea sculelor achietoare, Fig.3.26, permite realizarea de economii de materiale abrazive.In acest caz, drept pies prelucrat este nsi scula achietoare P, iar materialul abraziv este scula i folosete curent continuu obinut cu puntea redresoare Pr.

  • Fig.3.26 Ascuirea sculelor achietoareFig.3.27 Rectificare de suprafa plan

  • De asemenea, se pot efectua rectificri de suprafee plane, Fig.3.27, sau profilate; curire de oxizi, Fig.3.28, guriri, mortezare, dltuire etc. Fig.3.28 Curire de oxiziCa surs de curent continuu constant se pot folosi instalaii avand la baza dispozitive semiconductoare de putere specializate, pentru sudura n curent continuu, cnd se dispune de acestea, rezultatul fiind mai bun funcional i economic.

  • Uneori este necesar un aport suplimentar de cldur reglabil n zona de lucru concomitent cu prezena unui cmp magnetic realizabile cu convertoare multiple de energie. n continuare sunt descrise cteva soluii pentru a realiza aceste condiii.n Fig.3.29 se prezint o soluie obinut folosind statorul unui motor asincron monofazat sau trifazat dimensionat corespunztor, la care rotorul este nlocuit cu piesa P, unde curenii turbionari datorai cmpului nvrtitor al statorului nclzesc piesa respectiv. Fig.3.29 Generarea de cmp magnetic i termic suplimentar pentru piesa prelucrat cu un dispozitiv de tip motor asincron

  • Se poate utiliza i stator de motor asincron tip arc Ma sau dublu arc, rotorul fiind piesa P, Fig.3.30. Fig.3.30 Generarea de cmp magnetic i termic suplimentar pentru piesa prelucrat cu un dispozitiv de tip motor asincron tip arc n Fig.3.31 este redat o soluie n care se apeleaz la statorul cu poli a unui motor M, unde partea mobil este blocat, fiind piesa P, nclzit de sursa M prin curenii turbionari indui, similar cazurilor anterioare.

  • Fig.3.31 Generarea de cmp magnetic i termic suplimentar pentru piesa prelucrat cu un dispozitiv de tip motor cu o pereche de poliFig.3.32 prezint un dispozitiv folosind drept surs auxiliar de energie termic i magnetic armtura fix a unui electromagnet monofazat de curent alternativ EM, n care, drept armtur mobil apare piesa P prelucrat prin scula S.

  • Fig.3.32 Generarea de cmp magnetic i termic suplimentar pentru piesa prelucrat cu armtura fix a unui electromagnet

  • n acelai scop, nclzirea suplimentar a piesei P concomitent cu magnetizarea acesteia se poate face prin situarea ei ca indus a unui motor asincron liniar monofazat sau trifazat, Fig.3.33, alimentat clasic sau s ofere un cmp magnetic pulsatoriu n cazul n care nu se cere deplasarea piesei P. Fig.3.33 Generarea de cmp magnetic i termic suplimentar pentru piesa prelucrat cu un dispozitiv de tip motor liniar

  • Plonjoare magneto-termo-mecanice Cel mai simplu plonjor magneto-termo-mecanic, Fig.3.34, are construcia similar unei bobine cilindrice sau cu seciunea ptrat, St (surs tripl de energie) din conductor dreptunghiular rigidizat cu rini de turnare pentru a fi izolat electric de lichid i s nu influeneze compoziia acestuia. Fig.3.34 Plonjor magneto-termo-mecanic Bobina St, realizeaz conversia energiei electrice n energie magnetic a crui cmp magnetic exist n tot volumul de lichid L, coninut n vasul V. Micarea lichidului se poate produce datorit diferenelor de potenial termic n volumul acestuia sau cu elemente adugate.

  • Se pot folosi, Fig.3.35, doi cilindri coaxiali, C1 i C2, feromagnetici, care au nervuri de ntrire ni, situate la distane egale, avnd pe suprafeele cilindrice decupate fante, ansamblul formnd pe fiecare cilindru n lamele vibratoare, lv, dimensionate s funcioneze la rezonan mecanic total, vibraiile mecanice fiind transmise n tot volumul lichidului. Fig.3.35 Vas nichelat cu perei subiri

  • n exemplul prezentat n Fig.3.36, plonjorul magneto-termo-mecanic ofer lichidului vibraii mecanice care pot fi maximizate n condiii de rezonan. Astfel, pe un cilindru izolant cu nervuri, Cn, situate la distane egale, se nfoar o band feromagnetic b, astfel dimensionat nct s se constituie n n segmente egale de bar cu seciunea dreptunghiular sprijinite la capete nct s aib frecvena proprie egal cu dublul frecvenei curentului prin acestea nct s vibreze la rezonan. Fig.3.36 Versiune de plonjor magneto-termo-mecanic

  • Convertor liniar modular pentru tratarea n cmp magnetic a lichidelor care circul n conducte cu seciune circular Dispozitivul electromagnetic liniar modular, Fig.3.37, are partea fix principial construit similar cu statorul monofazat asincron liniar. a)

  • b)

  • c)Fig.3.37 Dispozitivul electromagnetic liniar modularn prezena capacitii C, dispozitivul electromagnetic se comport ca un motor liniar monofazat asincron, iar n absena acesteia cmpul magnetic devine pulsatoriu, nct aceste dispozitive ofer dou posibiliti: cmp magnetic turnant sau pulsatoriu. Schema electric nu are figurat sistemul de protecie la suprasarcini i scurtcircuite.Modulul electromagnetic poate avea un indus metalic I, Fig.3.37c, construit ca la motoarele asincrone monofazate liniare, dar cu ntrefierul , cilindric n care se afl lichidul L, unde se pot obine inducii mai mari dect la primul caz. Indusul I, fiind calat, are loc o nclzire a acestuia, deci o conversie a energiei n care sunt prezente toate efectele cunoscute: magnetic, mecanic i termic.

  • n cazul unor conducte K, lungi, Fig.3.38, pot fi montate n dispozitive electromagnetice liniare modulare independente care pot fi comandate s aib toate acelai sens al aciunii cmpului magnetic sau se poate folosi alternarea sensurilor dup necesiti. Fig.3.38 n dispozitive electromagnetice liniare modulare

  • Avantajele utilizrii unor astfel de dispozitive electromagnetice sunt urmtoarele:

    - construcie modular cu avantajele economice pe care aceasta le ofer;circuitul magnetic n construcie special care ofer robustee i siguran n funcionare;

    adaptabilitate la toate conductele circulare cunoscute;

    posibilitatea de a folosi toate formele de energie rezultate din conversie: magnetic, mecanic i termic;

    fabricarea cu materiale i tehnologii existente;

    se poate realiza pentru orice putere dorit;

    - uor de introdus n sisteme automatizate.