+ All Categories
Home > Documents > Referat Sap

Referat Sap

Date post: 03-Jul-2015
Category:
Upload: nicolae-eugen-stoichita
View: 434 times
Download: 3 times
Share this document with a friend
26
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA SPECIALIZAREA: INGINERIA TRANSPORTURILOR SISTEME ALTERNATIVE DE PROPULSIE A AUTOVEHICULELOR Student: Stoichita Nicolae Eugen Sectia AR Anul IV, grupa 1173
Transcript
Page 1: Referat Sap

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV

FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA

SPECIALIZAREA: INGINERIA TRANSPORTURILOR

SISTEME ALTERNATIVE DE PROPULSIE A AUTOVEHICULELOR

Student: Stoichita Nicolae Eugen

Sectia AR

Anul IV, grupa 1173

Anul universitar 2010-2011

Page 2: Referat Sap

1.Biomasa, o sursa de energie regenerabila aflata la rascruce

Astăzi, cercetările se concentrează pe conversia biomasei în alcool, care ar putea servi drept carburant pentru suplimentarea şi chiar înlocuirea benzinei şi a motorinei. Alte forme lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale. Metanolul produs prin distilarea lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi industrie, la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din lichefierea carbonului.

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin, dar problema mare este că utilizează resurse alimentare, cum sunt porumbul sau grâul. Dacă însă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri alimentare sau agricole, deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari, efortul s-ar justifica pentru că se reciclează deşeurile. La alcooli se adaugă şi biogazul, respectiv forma gazoasă a biomasei. Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă, conţinând în principal metan, se obţine din materii organice, precum apele uzate sau bălegarul.

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă, printre care se numără copacii cu viteză mare de dezvoltare (plopul, salcia, eucaliptul), trestia de zahăr, rapiţa, plantele erbacee cu rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi din construcţii, paiele şi tulpinele cerealelor, deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului, deşeurile de hârtie şi uleiurile vegetale uzate. Principala resursă de biomasă o reprezintă însă lemnul.

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii, pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi, scoarţă de copac, trunchiuri, buşteni) va fi transformată în produse energetice. Utilizarea biomasei forestiere în scopuri energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea înlocui o bună parte din consumul actual de petrol, odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi rentabile.

De asemenea, terenurile puţin fertile, improprii culturilor agricole, vor fi folosite pentru culturi forestiere intensive, cu perioade de tăiere o dată la 10 ani. Pe de altă parte, biomasa agricolă (bălegarul, reziduurile celulozice ale recoltelor, reziduurile de fructe şi legume şi apele reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz.

Spre deosebire de biomasa forestieră, care este disponibilă pe toată perioada anului, biomasa agricolă nu este, de obicei, disponibilă decât o dată pe an. Biogazul provenind din bălegar poate încălzi locuinţele; purificat şi comprimat, el poate alimenta maşinile agricole. Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea, minimizând problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie.

Biomasa, şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa, ca sursă de energie alternativă, contribuie, în prezent, cu 14 la sută la consumul mondial de energie primară. Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte în ţările în curs de dezvoltare, biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie. Obiectivul propus în Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară „Energy for the future: renewable sources of energy" presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12% din consumul total de resurse primare până în 2010.

Page 3: Referat Sap

De exemplu, în Ungaria, energia obţinută din biomasă este în creştere. Aceasta a înlocuit deja unele centrale care operau pe cărbune. La un moment dat, premierul Ferenc Gyurcsany estima că, până în 2020, 16% din energia produsă în Ungaria va proveni din surse regenerabile. Producerea de biomasă reprezintă atât o resursă de energie regenerabilă, cât şi o mare şansă pentru dezvoltarea rurală durabilă. La nivelul Uniunii Europene, se preconizează crearea a peste 300.000 de noi locuri de muncă în mediul rural, tocmai prin exploatarea biomasei.

România trebuie să încurajeze investiţiile în surse alternative de energie, pentru ca ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută până în 2010. Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale României, în prezent ţara noastră îşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse hidro. Exploatarea biomasei câştigă însă tot mai mult teren şi la noi.

Ori combustibili, ori hrană

Biocarburanţii suscitau, la un moment dat, un mare entuziasm. Abandonarea combustibililor fosili în schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu împotriva schimbărilor climatice. Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul utilizat în 2010 să fie biogaz şi 20 la sută, în 2020. Pentru a atinge aceste obiective, guvernul britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 0,30 de euro pe litru, în timp ce reprezentanţii Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc combustibili verzi (biogaz sau alcool).

Toată lumea este aparent mulţumită. Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe, statul poate să-şi respecte angajamentele în materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic, iar ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a încălzirii globale. Utilizaţi la scară mică, biocarburanţii sunt inofensivi. Dar, susţin unii specialişti în domeniul energiei, proiectele Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil. Ceea ce nu reprezintă tocmai un demers ecologic. În cazul Marii Britanii, traficul rutier consumă 37,6 milioane de tone de produse petroliere pe an. Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară este cea de rapiţă, cu aproximativ 3,5 tone pe hectar.

Dintr-o tonă de grâne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz, adică 1,45 de tone de carburant pe hectar. Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz, ar fi nevoie de 25,9 milioane de hectare de rapiţă, dar Marea Britanie nu are decât 5,7 milioane. Astfel, pentru a atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene, trebuie consacrată cvasi-totalitatea terenurilor agricole britanice, culturii de rapiţă.

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană, se constată că efectul asupra aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar. Şi dacă, după cum reclamă unii ecologişti, experienţa se va extinde la scară mondială, atunci principalele terenuri fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile, iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi. Cum pe planetă există prea mulţi oameni care mor de foame, o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii.

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Page 4: Referat Sap

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice, cum ar fi concurenţa între produsele alimentare şi carburanţi. Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei obţinuţi din diverse culturi precum grâu, porumb, sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din rapiţă, floarea-soarelui, arahide, palmier de ulei pentru filiera biodiesel.

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase, din reziduuri alimentare şi industriale. În acest sens, oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic.

Ţări precum Germania, Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie, dar costurile pentru construcţia unor astfel de biorafinării sunt foarte mari. Pe de altă parte, aceşti specialişti au sugerat că reîmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de gaze cu efect de seră. Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decât ar putea-o face utilizarea de biocarburanţi în aceeaşi arie. Dimpotrivă, producerea de biocarburant ar duce la alte defrişări.

1. Surse electrochimice de energie

CLASIFICAREA SURSELOR ELECTROCILIMICE DE ENERGIE

Asa cum s-a aratat, una din directiile alternative de obtinere a energiei eloctrice o constituie conversia electrochimica, adica transformarea directã, nepoluantà si silentioasa, a energiei chimice continute intr-o mare varietate do substante, in cea mai avantajoasã forrna de energie, energia electric. Acest proces de conversie are loc in aparate si dispozitive numite generic Surse sau Pile Electrochimice de Energie Electricà.(Pile de combustie)

Dupa realizarea pilei Volta, aceastä sursä de energie a fost utilizatà de cãtre Nicholson si Carlisle la descompunerea apei in hidrogen si oxigen, iar de cãtre Davy, in 1307, la descompunerea alcaliilor. Daniell si Faraday au continuat in mod stralucit experimentãrile in domeniul acestor surse noi de energie, in prima jumátate a veaculul trecut.

Un eveniment de seama in dezvoltarea surselor electrochimice de energie l-a reprezentat realizarea acumulatorului cu plumb de catre Plante, in anul 1859. Peste nouà ani, in 1868, Leclanché inventoaza pila zinc-piroluzitá care devine rapid una din cele mai populare surse electrochimice de energie.

Sursele eloctrochimice do energie se clasifica dupä tipul de reactie la electrozi, si anume:

a) daca reactia este ireversibilá, energia electricã producandu-se pe seama unor reactanti in cantitate limitata si nu se poate realiza regenerarea acestora prin electroliza, sursa se numeste pila primará;

Page 5: Referat Sap

b) dacä reactia este reversibilä, reactántii consumati in timpul producerii energiei electrice putindu-se regenera prin ectrolizã, sursa se numeste pila secumdará au acumulator;

c) in cazul in care reactantii sunt transportati tot timpul la electrozi, iar produsii de reactie sunt eliminati simultan sursa devine o asa-numita pila cu combustibil (demumitá si pilá de combustie).

Pile primare:

1- capac de alama

2- capac

3- saiba de centrare

4- ambalaj

5- cilindru de zinc

6- izolator

7- disc de otel nichelat

8- electrod de carbune

9- electrolit (pasta)

10- amestec de MnO2 si negru de fum

11- material de umplutura

PRINCIPIILE DE FUNCTIONARE SI TIPOLOGIA PILELOR DE COMBUSTIE

Ideea de a obtine energie electricä prin conversia directa a energiei chimice a apàrut atunci cind sa pus problema desfasurarii in sens invers a fenomenului de electrolizã a apei (in urma càruia rezultà componentele aces teia), adicä de a obtine curent electric in urma reactiei dintre hidrogen si oxigen.

In anul 1801, Davy a realizat acest lucru utilizind carbonul drept combustibil si acidul nitric drept oxidant. Cercetãrile au fost continuate de Ostwald Nerst, Haber s.a. deoarece conversia directà a energiei chimice in energie electrica evitã veriga energie termica si, deci, randamentul de transformane nu aa depinde de limitele Carnot.

Pilele de combustie pot fi incadrate in sistemele energetice de tip “soft” datoritã urmätoarelor caracteristici:

- produc curent electic continuu la tensiuni scàzute si intensitati medii care poate fi folosit direct de catre utilizatorii finali.

- nu produc poluarea mediului;

Imagine copiata din “Pile de combustie” de S. Muscalu, editura Tehnica, 1989

Page 6: Referat Sap

- functioneazã linistit, farä vibratii sau zgomote, neavind elemente in miscare etc.

Principial, energia eliberata la oxidarea cornbustibililor conventionali, utilizata in general sub lorma de caldurà, poate fi covertita direct in energie electricà cu un randament excelent, intr-o pilà de combustie. Decarece in aproape toate reactiile de oxidare intervine un transfer de electroni intre combustibil si oxidant, este evident ca energia chimicã de oxidare poate fi convertita direct in energie electrica. Se produce o reactie de oxido-reducere in care are loc oxidarea combustibilului si reducerea oxidantului cu o pierdere din partea unula si cu un castig de electroni pentru celalalt. Orice element galvanic implica o oxidare la polul negativ (pierdere de electroni) si o reducere la cel pozitiv (castig de electroni) si, ca in toate elemenele galvanice, pilele de combustie tind sa separe cele doua reactii partiale in sensul ca electronii schimbati trec printr-un circuit de utilizare cxterioara.

Pentru a asigura desfãsurarea acestui proces, este indispensabila realizarea unui element continand un anod, un catod si un electrolit care poate fi alimentat direct cu un combustibil, si cu aer (fig. 2). Oxigenul necesar arderii combustibilulul este ionizat la catod; Ionii migreaza apoi in electrolit pentru a ajunge la anod unde se produce oxidarea cornbustibilului.

Modul de functionare a unei pile de combustie va fi explicat in coutinuare,avand drept exemplu cea mal simptã pila care functioneaza cu hidrogen si oxigen.

PILA BE COMBUSTIE HIDROGEN - OXIGEN

Procesele cinetice ireversibile asociate unei pile de combustie constau intr-o serie de reactii de oxido-reducere.

Un combustibil A este transportat la anodul poros unde este adsorbit pe suprafata acestuia, apoi disoclat in ioni si electroni intr-un proces de oxidare. Dupa aceea, are loc migrarea electronilor de la anod si eliberarea

Imagine copiata din “Pile de combustie” de S. Muscalu, editura Tehnica, 1989

2

Page 7: Referat Sap

gazulul ionic la suprafata anodului. In electrolit trebuie asigurat transportul ionilor AZ+ de la anod la catod, impotriva cimpului electric rezultat, pe seama cimpului imprimat elertrochimic. La catod, se intalnesc ionii (sositi prin electrolit), electronii (sositi prin circuitul exterior) si oxidantul B. Are loc reactia de reducere, rezultind produsul de reactie care trebuie eliminat. Pila de combustie se compune deci, din trei elemente: electrolitul, ebectrozii si reactantii (un combustibil si un oxidant).

O pilã de combustie folosind drept combustibil hidrogenul, drept oxidant oxigenul, electrolit alcalin (hidroxid de potasiu) si electrozi care joacà si rolul do catalizatori (pentru electrodul de hidrogen platina neagrã, paladiu, iridiu etc. iar pentru cel do oxigen nichel, aliaje Ni—Ag etc.) este prezentatä in fig. 3.2.

In timpul functionärii, electrozii nu suferä nici o modificare structuralã, ei servind doar ca suport pentru reactic; la anod are loc oxidarea cataliticã a hidrogenului atomic, iar la catod reducerea cataliticã a oxigcnului atomic. Fenomenul de oxidare si reducere cataliticà are loc in regim trifazic (gaz—lichid—solid) la suprafata cataliztorului conform reactiei globa1e:

H2 + ½O2 H2O

Randamentul Pilelor de Combustie

Reactia de baza intr-o pila de combustie este oxidarea unui combustibil, asa cum in pilele conventionale primare are loc oxidarea unui metal. Randamentul pilelor de combustie este superior turbogeneratoarelor din centralele electrice actuale deoarece entalpia de reactie este convertita direct in energie electrica, cu exceptia unui termen entropic.

Valoarea teoretica a randamentului izoterm (ηiz) este superioara ciclului Carnout:

ηiz = Wmax/ΔH = ΔG/ΔH = 1 – TΔS/ΔH (3.1)

unde W max este energia electrica maxima.

Randamentul izotermic al reactiilor care au loc in pilelel de combustie poate atinge si depasi, in mod teoretic, 80%. Randamentul electric (ηel) al pilelor de combustie se obtine prin raportarea energiei electrice obtinute (W el) la entalpia de reactie

ηel = Wel/ ΔH = Wel/Wmax = E/Emax ηiz (3.2)

unde E este tensiunea electromotoare in sarcina, iar Emax este cea corespunzatoare si tensiunile insituatia cand apa rezultata din reactie se prezinta sub forma lichida sau gazoasa.

Page 8: Referat Sap

Randamentul izoterm al pilelor de combustie depinde, asa cum se constatã din relatia 3.1, de marimea entropiei de rcactie care, atunci cand este pozitiva implicà randamente mai mari decat unitatea, deoarece se preia o parte din caldura mediului. Acest fenomon se intalneste in situatii experimentale si nu prezintã interes practic. Se pot constata, la restul reacitiilor, randamente teoretice foarte mari care depasesc cu mult randarmentul teoretic at ciclulul Carnot de 30-50%.

Totusi, in mod practic, datorita polarizarii interne a pilei, caderilor de tensiune etc. se obtin randamente de 50-60% care sunt destul de mari, fata de alte procedee practice d conversie.

APLICATI SPATIALE

Deceniul sapte al veaculul nostru este deceniul in care s-a inregistrat validarea utilizàrii pilelor de combustie in explorarea spatiului cosmic.

Obiectivele avute in vedere in realizarea pilelor de combustie hidrogen-oxigen (H2-O2) utilizate la navele spatiale au fost acelea de a crea surse de energie usoare si independente, cu destinatii multiple: comanda si control, comunicatii, radar, luarea si transmiterea de imagini, alimentarea vehiculelor folosite la explotarea suprafetelor altor planete sau a satelitilor naturali. Aceste pile de combustie trebuie sa indep1ineasc anumite conditii cum ar fi:

- fiabilitate si mentenanta foarte ridicatá, posibi1itatile de reparare fiind foarte limitate;

- energii si puteri specifice mari, fiind cunoscut faptul ca lansarea in spatiul cosmic a unei muse de un kilogram costa de la cateva mii la zece mii de dolari (in anul 1989);

- rezistentà mare la cnnditiile speciale din spatiul cosmic, conditii legate de imponderabilitate, precum si la cele existente pe suprafetele extraterestre: fluctuatii mari de temperaturä si presiune, meteoriti, radiatii, absenta atmosferei.

Programele spatiale americane Gemini si Apollo au folosit sisteme de pile de combustie H2-O2 cu puterea de 2kW pentru alimentarea cu energie electrica a capsulelor spatiale. Totodata, s-a rezolvat si problema alimentarii cu apa a echipajului navelor in spatiul extraterestru.

Page 9: Referat Sap

Pentru capsula Gemini, s-a utilizat pila H2-O2 cu electrozi de titan acoperiti cu catalizator de platinà, cu electrolit care const dintr-o membrana de polistiren schimbatoare de ioni (acid polistrosulfonic drept cationit, respectiv ràsini cu anioni de sulfonat, drept anionit). In fig. 4.11 este prezentata schematic aceastà pila. Hidrogenul si oxigenuloxigenul sint stocate la presiuni mari si temperaturi mici. Puterea specifica realizatä este de 32 W/kg, iar densitatea de curent este de 100 mA/cm2 la U= 0,7 V; s-au utilizat 6 baterii individuale (grupate in 2 module de cite 3 baterii), fiecare baterie avand cate 32 de pile (celule) de combustie. Puterea totalã este de 2 kW si se furnizeaza si 0,56 l de apa/kWh. Acest sistem de alimentare cu energie electrica a fost realizat de General Electric Corporation.; reprezentarea lui schematica este realizatä in fig. 4.12.

La capsulele Apollo s-a folosit pila H2-O2 alcalina (Bacon) presurizata, realizatä de Pratt & Whitney.

Pila lucreazã la ternperatura do 250°C, are eleotrozi cu strat dublu poros (nichel pentru anod s1 nichel acoperit cu oxizi de Ni si Li pentru catod) si electrolit alcalin (KOH); atinge 300 mA/cm2 la U=0,9 V, la o concentratie de 90% a electrolitului. Alte pile de combustie folosite la misiunile Apollo au electrozii confectionati din platinã spongioasã neagrã, material ci o mare putere cataliticã. Intr-un volum redus se pot realiza mari densitati de curent, iar greutatea totalã a sistemului de propulsie - motor electric plus pila de combustie este de 39 kg fatã de 96,450 kg in cazul sistemulul cu celule solare, si de 145 kg la sistemul cu motor cu gaze, cu ciclu diesel. Si programele spatiale Skylab si Apollo-Soiuz au beneficiat de serviciile pilelor de combustie H2-O2.

Pentru satelitii de mare altitudine sistemul de alimentare cu energie electrica care utilizeazà celulele solare nu functioneazá cind satelitul parcurge portiunea din traiectoria sa care se afla in umbra si, de aceea, se pot utiliza cu succes si pilele de combustie. Agentia Spatiala Europeanä pregàteste pentru luna aprilie a anului 1998 primul zbor cu un echlpaj de

Page 10: Referat Sap

trei persoane la bord a navetei spatiale Hermes, cu masa de 21 de tone, sarcina utila de 3 tone si o autonomie de zbor de 8 zile.

Pilele de combustie folosite vor fi realizate de firma vest-germana Dornier, dupà anul 1989, vor fi de tipul H2-O2 sau H –aer si vor furniza o putere de 10 kW; autonomia lor va fi de peste 4 000 h, iar durata de viata de 26 000 h. De asemena, vor furniza apa potabilà pentru cchipaj.

Larga utilizare a pilelor de combustie in explorarea spatiului cosmic este determinatã de energia specificà mare a pilei H2-D2, rezultatà din capacitatile electrochimice mari ale hidrogenului si oxigenului (v. tabelul 1.1).

Pentru misiuni spatiale indelungate este preferabilä cuplarea pilelor de combustie cu instalatii de regenerare a combustibilului si oxidantului, cu ajutorul energiei solare sau nucleare. Cele mai avantajoase metode de regenerare sunt: electroliza sl disocierea termica.

Navele spatiale cu echipaj la bord posedà si instalatii pentru ciclarea deseurilor omenesti. Aici si-au gasit aplicatia pilele de combustie biochimice, cu enzime sau organisme active. Energia produsa de biopile constituie un subprodus binevenit.

Cercetarile si realizarile din domeniul pilelor de combustie pentru navele spatiale au avut si au in continuare un rol important la impulsionarea dezvoltarii acestor surse electrochimice de energie cu aplicatii si in alte domenii

3.STRUCTURI NECONVENTIONALE DE MOTOARE TRIFAZATE CU MAI MULTE ÎNTREFIERURI

Abstract. Motoarele trifazate cu mai multe întrefieruri sunt cunoscute, în general, în literatura de specialitate, însa au constructii complicate, fiind folosite, de obicei, în scopul obtinerii mai multor trepte de viteza, în variante cu doua statoare si un rotor, sau cu doua rotoare si un stator. În lucrare sunt prezentate solutii inedite de motoare trifazate cu sau fara magneti permanenti din pamânturi rare cu doua statoare si un rotor. Varianta asincrona, cu întrefier radial,are doua statoare concentrice si un rotor tubular realizat în dubla colivie cu

Page 11: Referat Sap

bare trapezoidale. Varianta sincrona poate fi cu întrefier radial sau cu întrefier axial, în ambele cazuri rotorul fiind prevazut cu magneti permanenti.

INTRODUCERE

Desi la momentul actual sunt privite ca structuri neconventionale, motoarele decurent alternativ cu statoare sau rotoare duble pot deveni, în viitor eventual chiar structuriconventionale. Motoarele de c.a. cu statoare si rotor duble sunt cunoscute, în general, [1]însa au constructii complicate si sunt realizate în diferite scopuri. Majoritatea au doarimportanta teoretica, nefiind utilizate practic.

Motorul asincron cu doua rotoare ( figura 1.1) a fost construit în scopul obtinerii mai multor trepte de viteza, printre care unele mai mari de 3000 rot / min, în conditiile în caremotorul este alimentat de la reteaua de 50 de Hz. Pentru aceasta, între statorul si rotorul uneimasini asincrone obisnuite a fost prevazut înca un rotor intermediar, echipat cu câte o înfasurare polifazata atât la periferia sa interioara, cât si la cea exterioara. Rotorul intermediar are la exterior o înfasurare în colivie. O a doua înfasurare polifazata se alimenteaza de la retea prin intermediul inelelor colectoare si ea poate fi plasata la periferia interioara a rotoruluiintermediar RI, sau pe rotorul normal R. O varianta a motorului cu rotor intermediar,cunoscuta sub denumirea de motor tandem (figura 1.2), se obtine prin dispunerea celordoua rotoare – exterior si interior – nu suprapus, ci alaturat. Se observa ca ambele parti alerotorului intermediar RI sunt montate pe arborele masinii iar rotorul R devine rotor exterior.Din punct de vedere constructiv, dificultatea constructiei este echivalenta. Uneori se preferaeliminarea contactelor alunecatoare inele-perii, rezultând forma constructiva din figura 1.3,evident cu un grad de dificultate tehnologica sporit.

Fig. 1. 1. Fig. 1. 2. Fig. 1. 3.

4. MOTOARE DE C.A. CU STATOR DUBLU SI ROTOR TUBULARPornind de la observatia ca jugul rotoric al motoarelor de inductie în constructiestandard este slab utilizat din punct de vedere al solicitarilor magnetice (înaltimea juguluirotoric hjr este prea mare, respectiv inductia magnetica în jugul rotoric Bjr este mica, Bjr = 1 ? 1,2 T, comparativ cu inductia magnetica în jugul statoric Bjs = 1,6 ? 1,8 T), s-a încercatdecuparea acestuia si transformarea sa într-un al doilea stator – al carui bobinaj esteconectat de asemenea la reteaua electrica – astfel încât prin rotor sa treaca liniile câmpuluimagnetic care se închid prin jugurile celor doua statoare. [2] Prin aplicarea acestei idei seobtin urmatoarele avantaje:-Marirea suprafetei utile de lucru a masinii-Micsorarea inertiei mecanice a rotorului;-Marirea cuplului electromagnetic raportat la volumul circuitului magnetic.

Se pune problema în ce masura echiparea unui motor de inductie cu înca uninductor exterior poate conduce la cresterea performantelor masinii, în special în ceea cepriveste cresterea cuplurilor electromagnetice.

Page 12: Referat Sap

\Fig. 2 Fig. 3

Fig. 4 Fig. 5

Pornind de aici s-a imaginat solutia constructiva din figura 2, cu rotor flansat. Înfigura 3, este prezentata configuratia generala a celor trei armaturi ale masinii cu statordublu si rotor cilindric: statorul exterior (1), având bobinajul (3), este fixat în carcasa (2).Statorul interior (5), având înfasurarea (6), este fixat pe arborele masinii (4). Între cele 2statoare se învârte rotorul cilindric (7), care poate fi construit în colivie pentru variantaasincrona si cu magneti permanenti în varianta sincrona. Prin aceasta constructie seurmareste utilizarea a doar doi rulmenti. Având în vedere necesitatea adoptarii unor întrefieruri radiale reduse, realizareaconcentricitatii celor trei armaturi impune o precizie de prelucrare si montaj aparte, limitând silungimile axiale ale masinilor. Se pune, deci, problema sprijinirii bilaterale a rotorului, fiindnecesari 4 rulmenti, asa cum se arata în figura 4. În acest context, s-a pus problema gasirii unei solutii care sa rezolve sprijinirea bilaterala a rotorului cilindric, dar sa se utilizeze numaidoi rulmenti, si, în general, sa aiba ca rezultat o constructie simpla din punct de vederetehnologic.

Ideea fundamentala consta în sectionarea arborelui [3], asa cum este aratat în figura5. Dupa cum se poate constata, statorul exterior (1) este fixat pe carcasa (2), în timp cestatorul interior (3) este fixat pe un segment al arborelui (4), care se solidarizeaza cucarcasa prin intermediul scutului (5). Rotorul cilindric (6) este sprijinit pe rulmentul cu bile(8) si pe segmentul de arbore (9), care se termina cu capatul liber de ax. În sfârsit, centrareaconstructiei este asigurata prin intermediul scuturilor portpalier (5) si rulmentului cu bile(7). Aceasta solutie este perfect tehnologica, mult mai simpla decât constructiile similarepentru motoare cu stator dublu din literatura de specialitate si utilizeaza numai doi rulmentidin seriile normale.

4.1. Motoare asincronePentru constructia coliviei rotorice au fost examinate doua solutii. Prima, cu osingura colivie, cu crestaturi semideschise asigura o repartitie mai buna a fluxului catredintii rotorici, dar constructia mecanica a rotorului era mai dificila si, oricum, mai putinrezistenta (figura 6.a.). A doua solutie, cu separarea barelor în doua rânduri printr-un istmcentral de 1,5-2 mm si închiderea crestaturilor asigura o constructie mecanica robusta,

Page 13: Referat Sap

având, evident, si o influenta nefavorabila prin majorarea scaparilor si reducerea fluxuluiutil în masina (figura 6.b.)

a) varianta asincrona b) varianta sincrona Fig. 6

4. 2. Motoare sincroneVarianta sincrona este mult mai eficienta decât cea asincrona, [4] comparatia fiindfacuta, evident, cu un motor sincron standard cu magneti permanenti

a) varianta asincrona b) varianta sincronaFig. 7

În figura figura 7 este redata geometria finala a versiunii sincrone, în comparatie cucea asincrona. În principiu, cele doua statoare ramân nemodificate ca circuit magnetic, doarînfasurarile diferind ca numar de spire si conexiuni, astfel ca rotorul nu-si modificadimensiunile si modul de prindere. Miezul rotoric, din otel masiv, are fixati prin lipire, atât pe fata exterioara, cât si pe fata interioara, un numar (diferit) de magneti permanenti dinpamânturi rare, astfel ca fluxurile care traverseaza cele doua întrefieruri sunt diferite, eleînchizându-se separat prin rotorul masiv si neinfluentându-se practic între ele. Rotorul înversiunea sincrona este evident mai robust în ceea ce priveste constructia mecanica, însa,fixarea magnetilor poate pune unele probleme tehnologice.

5. MOTOARE DE C.A. CU STATOR DUBLU SI ROTOR DISC, CUÎNTREFIER AXIALÎn figura figura 8, este prezentat un motor realizat experimental în cadrullaboratorului de prototipuri de masini electrice din cadrul Politehnicii din Torino.[5]

Page 14: Referat Sap

Fig. 8

Acesta este un motor de c.a cu 2 statoare, prevazute cu crestaturi pe partea dinsprerotor si cu un rotor echipat cu magneti permanenti dispusi axial. Cele 2 statoare sunt fixatesimetric în structura mecanica a motorului, iar rotorul, realizat dintr-un aliaj de aluminiu deforma unui disc (figura 9 a) este fixat direct pe arbore. Pe rotor sunt asezati magnetiipermanenti disc (figura 9 b) fiind plasati în decupajele executate în discul rotoric. Atâtdiscul rotoric cât si magnetii permanenti au aceeasi grosime. Pe cele doua fete ale disculuirotoric, magnetii permanenti sunt fixati cu ajutorul a doua inele de otel (figura 9 c). Celedoua inele din otel masiv confera rotorului o constructie robusta din punct de vederemecanic si au rolul de a mentine magnetii permanenti în decupajele rotorului disc. [6]

a) b) c)

Fig. 9

Masina asincrona prezentata în cele ce urmeaza (figura 10) cu dublu stator siîntrefier axial se compune dintr-un rotor disc plasat între doua statoare, între rotor sistatoare existând întrefieruri plane.[7]

5. 1. Constructia rotorului discRotorul disc (figura 11) este realizat din doua tole (fiura 12) groase, stantate dinmaterial nemagnetic. Pentru a da robustete mecanica buna acestor tole, periferia lor estebordurata.În unele dintre locasurile stantate se plaseaza magnetii permanenti care genereazaun câmp magnetic a carui linii de câmp în cele doua întrefieruri sunt paralele si au directieparalela cu axa masinii.

Page 15: Referat Sap

Fig. 11 Fig. 12

Ca urmare a faptului ca numai anumite zone din tolele rotor sunt ocupate demagneti permanenti, masina sincrona este construita pentru un anume numar de poli sianume 2p = 6. Pentru a asigura un pol rotoric, magnetii permanenti din zona fiecarui polsunt asezati astfel încât sa aiba aceeasi orientare a câmpului magnetic. Asigurarea unuicâmp magnetic cât mai uniform în dreptul fiecarui pol se obtine cu ajutorul unor piesepolare, care se fixeaza prin lipire, pe o parte si pe alta a rotorului, în zona fiecarui pol.Aceste piese polare au si rolul de a fixa mecanic axial magnetii permanenti în locasele dintolele rotorului. Tolele rotor, purtând magnetii permanenti asamblati împreuna cu pieselepolare, se monteaza pe arborele masinii. Pentru a se asigura o asezare a tolelor rotor într-unplan perpendicular pe axul arborelui masinii, de o parte si de alta a acestor tole se fixeazape arbore câte o flansa rotor. Fixarea tangentiala a tolelor rotor si flanselor se realizeaza cuajutorul unei pene îngropate în arborele masinii.

5. 2. Constructia statoarelorDe o parte si de alta a rotorului se gaseste câte un stator, compus din pachete de tolefixate prin sudare de câte un scut al masinii. În aceste pachete de tole existente pe fiecarescut, care constituie scut cu circuit magnetic, se plaseaza bobinaj statoric, rezultândsubansamble scut cu circuit magnetic bobinat. Cele doua subansamble scut cu circuitbobinat au o constructie identica, dar ele se monteaza fata de rotor astfel ca tensiunileelectromotoare induse în ele sa fie aditionale. Dificil de realizat sunt circuitele magneticeale statoarelor. O configuratie toroidala a fiecarui circuit magnetic aparent ar fi util, însatehnologic ar fi oneros. De aceea s-a recurs la o forma poligonala a circuitului magnetic alfiecarui stator. S-a ales un poligon cu 12 laturi. Fiecare latura a poligonului se realizeazafolosind tole stantate asamblate în pachete fixate cu ajutorul unor nituri între o ramainterioara si una exterioara. Tinând seama de forma poligonala a circuitului magnetic,colturile fiecarui pachet de tole se prelucreaza, dupa care se fixeaza prin sudare pe câte unscut. Pentru a fi posibila o pozitionare buna a pachetelor de tole în configuratie poligonala,scuturile sunt prelucrate cu muchii poligonale. Fiecare stator are câte 36 de crestaturi;masina fiind trifazata si cu 6 poli rezulta ca are 2 crestaturi pe pol si faza, bobinajul statoricexecutându-se pentru aceste marimi, tinând seama ca cele doua statoare vor fi înseriatepentru fazele similare. Constructia masinii permite o variere a pozitiei relative a celor douastatoare, astfel ca sa se gaseasca o solutie cu cele mai bune performante.

6. CONCLUZIIDirectii de cercetare în domeniuOptimizarea constructiilor de motoare asincrone cu doua statoare si rotor tubular,cu simpla si dubla colivieSub aspectul obtinerii unor performante îmbunatatite ar mai trebui studiateurmatoarele directii:

Page 16: Referat Sap

- Repartitia numarului de spire între cele doua înfasurari statorice (acestea nu trebuie safie în mod obligatoriu egale);- Decalarea geometrica a axelor înfasurarilor statorice (pâna la un pas dentar);- Realizarea dublei colivii din bare trapezoidale, despartite prin istmuri cât mai mici(bariere de flux).Motoare sincrone cu doua statoare si rotor tubular cu magneti permanenti prevazuti peambele alezaje: studii de câmp, performante ca masina dublaCercetarea (în primul rând ca studii de câmp prin metoda elementului finit cuajutorul Flux 2D si Flux 3D) trebuie sa aiba în vedere:- Optimizarea geometriei transversale astfel încât sa se obtina o veritabila masinadubla: fiecare stator sa lucreze independent cu coroana de poli (magneti permanenti) dinfata sa;- Stabilirea unor diametre optime pentru cele doua întrefieruri;- Modalitatile de încastrare a magnetilor permanenti pe cilindrul tubular rotoric,astfel încât sa rezulte întrefieruri cât mai uniforme;- Geometria placutelor de magneti permanenti astfel încât sa utilizeze energiamagnetica maxima.Dezvoltarea motoarelor sincrone, cu magneti permanenti de mare energie specifica, cuîntrefier axialProblemele carora ar trebui sa li se dea un raspuns ar fi urmatoarele:- circuit magnetic rulat sau poligonal pentru statoare;- constructia rotorului disc, cu piese polare separate sau sub forma compacta, cudecupari interpolare (bariere de flux);- materialul nemagnetic al discului în care se încastreaza magnetii permanenti;probleme generale de consolidare;- asigurarea unui întrefier uniform;- studii de câmp pentru a pune, eventual, în evidenta scapari nescontate.

Bibliografie:

1. Pile de combustie, S Muscalu, V. Platon, Editura Tehnica, 1989

2. Chimie fizica generala3. www.referat.ro 4. http://www.instalatii.ro/energii-neconventionale5. [1] Richter, R., Masini electrice, vol. IV, Masina asincrona, Ed. Tehnica, Bucuresti,

1961;6. [2] Raduti, C., Covrig, M., s.a.,, Motoare asincrone de mica si foarte mica inertie, cu

cupluri marite, integrate7. în sisteme de actionare cu turatie variabila, C. 836 MCT, faza 1 „Cercetare-

modelare”, Bucuresti, 1996;8. [3] Raduti, C., Covrig, M., s.a., Motoare asincrone de mica si foarte mica inertie, cu

cupluri marite, integrate9. în sisteme de actionare cu turatie variabila, C. 836 MCT, faza 2 „Proiect tehnic”,

Bucuresti, 1997;

Page 17: Referat Sap

10. [4] Neagoe, C. E., Studiul unor noi structuri de masini electrice, teza de doctorat, U.P.B. Bucuresti, 1997;

11. [5] Zhang, Z., Profumo, F., Tenconi, A., Novel Axial Flux Interior Permanent Magnets Synchronous Motor

12. realized with powdered soft magnetic materials, IEE PROCEEDINGS, Electrical power applications, volume

13. 143, nr. 6, november 1996;14. [6] Profumo, F., Tenconi, A., Zhang, Z., Cavagnino, A., Novel Axial Flux Interior

Permanent Magnets15. Synchronous Motor Realized with Powdered Soft Magnetic Materials, IEE

PROCEEDINGS, Electrical power16. applications, november 1996;17. [7] Raduti, C., Covrig, M., s.a., Studiu tehnic pentru motoare sincrone de foarte

mica inertie cu întrefier18. axial, C. 836 MCT, Faza 2, Bucuresti, 1998


Recommended