Constructia motoarelor de putere

Constructia motoarelor de putere

Materiale utilizate in constructia masinilor electrice

In constructia masinilor si transformatoarelor electrice se utilizeaza diferite materiale ca: otelul, otelul nemagnetic, fonta, aliaje de aluminiu, materiale izolante sub forma de benzi, placi. Acestea se folosesc pentru confectionarea partilor inactive: carcasa, scuturile, lagarele, axul, ventilatorul, piesele de sustinere si consolidare, butucul rotorului, placuta indicatoare, cutia de borne etc.

Forma si dimensiunile geometrice ale acestor piese sunt determinate de solicitarile mecanice la care sunt supuse incidental sau in decursul functionarii transformatoarelor sau masinilor electrice.

In cazul inductorului excitat in curent continuu, unele parti constructive ale masinii (carcasa la masina de curent continuu, respectiv la masina sincrona de constructie inversata si axul la masina sincrona de constructie normala) indeplinesc si rolul de jug al inductorului. In acest scop, materialele folosite trebuie sa aiba proprietati mecanice si magnetice ridicate.

Datorita dezvoltarii rapide, in ultimele decenii, a metalurgiei materialelor feroase si neferoase precum si a chimiei produselor de sinteza, putem spune ca nu este deloc usor unui tanar proiectant sa se decida asupra materialelor pe care sa le indice pentru executarea unei masini. Daca in trecut el se putea limita la folosirea a 10 - 15 materiale intr-o masina, astazi el dispune de cateva sute de materiale electroconductoare, magnetice, electroizolante si constructive, trebuind sa indice materialul potrivit la locul potrivit astfel incat sa rezulte o masina care sa corespunda atat din punct de vedere functional, cat si din punct de vedere tehnic si economic. Conditia de competitivitate obliga astazi pe proiectant a fi la curent atat cu realizarile din domeniul producerii de materiale destinate constructiei de masini electrice, cat si cu informatii ample privind comportarea in fabricatie si exploatare a acestor materiale pentru ca, in ultima analiza, fiabilitatea masinii nu este garantata de noutatea materialului, ci de comportarea lui in timp. De aceea, in momentul de fata, proiectantul este obligat de multe ori sa-si formeze singur parerea cu privire la calitatile materialului pe baza unor cercetari si experiente proprii. In concluzie, rezulta ca insesi normele privind clasificarea noilor materiale electroizolante tin cont de comparatia acestora cu materialele de clasa A si B despre care se stie cel mai mult, privind comportarea lor in exploatare.

Materiale feromagnetice pentru circuitul magnetic

Functionarea masinilor electrice se bazeaza pe existenta unui flux magnetic si a unui curent electric. Suportul material al fluxului magnetic il constituie miezul magnetic al masinii. El se compune in principal din 2 elemente si anume: aer si otel. Intre vectorul intensitatii campului magnetic si vectorul densitatii fluxului magnetic (inductia magnetica) pentru medii izotrope, este o relatie simpla si anume:

(1)

m fiind permeabilitatea mediului respectiv si avand expresia

m m m_r   

unde m este permeabilitatea vidului (constanta magnetica), iar m_r permeabilitatea relativa a mediului respectiv.

Din punct de vedere al permeabilitatii relative materialele se impart in 3 grupe:

materiale diamagnetice, care au m_r<1;

materiale paramagnetice, care au mr>1;

materiale feromagnetice, care au m_r>>1.

In cazul de fata cel mai mult intereseaza, evident, materialele din grupa a treia deoarece la campuri mici putem obtine inductii mari. Acest lucru permite reducerea in ultima instanta a costului materialelor si a energiei cheltuite pentru producerea solenatiei si deci reducerea costului masinii. Mai trebuie amintit faptul ca permeabilitatea unui material nu este constanta ci depinde de marimea intensitatii campului magnetic H (saturatie) si de prelucrarea materialului. De asemenea proprietatile feromagnetice dispar peste o anumita temperatura (punct Curie), care la fier este de 769⁰C, lucru care intereseaza mai putin, deoarece in masinile normale se lucreaza cu temperaturi mult mai mici.

Intr-o masina electrica rotativa, exista portiuni ale circuitului magnetic care sunt strabatute de un flux constant in timp, iar alte portiuni care sunt strabatute de un flux variabil (alternativ). Astfel, la o masina de curent continuu polii principali, polii auxiliari si jugul statoric sunt strabatuti de un flux constant, pe cand dintii si jugul rotoric sunt supusi unei frecvente de magnetizare care depinde de viteza de rotatie si de numarul de poli ai masinii. La o masina sincrona miezul infasurarii induse este de asemenea parcurs de flux alternativ, iar miezul circuitului de excitatie este parcurs de un flux constant.

Avand in vedere aceste doua situatii s-a cautat realizarea unor materiale adecvate, in sensul obtinerii unor materiale cu o permeabilitate cat mai mare dar si cu proprietati care sa limiteze pierderile de energie (prin histerezis si curenti turbionari) in portiunile de circuit in care fluxul este alternativ.

In portiunile de miez cu flux constant se utilizeaza in mod obisnuit otel-carbon sub forma de foi (laminat) cu grosimi de 0,5 - 50 mm, otel si fonta turnate sau otel forjat.

Din punct de vedere al calculului electromagnetic al masinii, la aceste materiale intereseaza curba de magnetizare B = f(H) folosita la calculul tensiunilor magnetice pentru portiunile respective. In anexele 3-I, 3-II si 3-III se dau valorile inductiei magnetice in Tesla in functie de intensitatea campului magnetic in A/cm ale materialelor mentionate mai sus.

Aceste materiale se intalnesc, in special, la masinile de curent continuu si la masinile asincrone. La masinile de curent continuu de exemplu situatia portiunilor de circuit magnetic se prezinta in felul urmator:

carcasa masinii, care joaca rol de jug statoric, se confectioneaza in mod obisnuit din otel turnat sau laminat si numai la masinile de mica putere (1 - 4 kW) poate fi din fonta turnata;

polii principali se fac cel mai frecvent din tabla de otel carbon obisnuit laminata, cu grosimea de 1 - 2 mm si mai rar din otel turnat sau forjat;

polii auxiliari se fac din otel forjat si prelucrat mecanic in cazul masinilor mici si mijlocii sau din tabla de otel carbon obisnuit, la masinile mijlocii si mari, prin stantare. Ei se fac insa si din tabla laminata subtire si izolata cu lac, in cazul masinilor cu socuri de sarcina (regimuri tranzitorii frecvente).

La masinile sincrone cu poli aparenti, miezul polilor si talpa polara se fac din tabla laminata cu grosimea de 1-2 mm sau se poate ca miezul sa fie din tole, iar talpa polara din otel masiv laminat. Jugul rotoric ala cestor masini se poate face din tole stantate de 4-5 mm, din bucati masive laminate sau forjate ori dintr-o singura bucata forjata sau turnata din otel ori fonta.

In portiunile de miez magnetic unde fluxul magnetic este variabil, intereseaza in afara relatiei B = f(H) si valoarea pierderilor prin histerezis si curenti turbionari. Avand in vedere ca aceste pierderi se transforma in caldura care limiteaza solicitarile electromagnetice va trebui ca in aceste portiuni sa se foloseasca materiale cu compozitii si calitati diferite de cele ale materialelor amintite mai inainte, pentru portiunile de circuit magnetic prin care fluxul magnetic este constant. Se cunoaste ca marimea pierderilor depinde de aria ciclului de histerezis dar mai trebuie precizat ca o influenta importanta o au tensiunile interne, orientarea cristalelor si directia de orientare a acestora. In practica se obisnuieste ca materialele feromagnetice sa fie clasificate in doua categorii: materiale magnetice tari (dure) si materiale magnetice moi. Materialele tari au un ciclu de histerezis ingust si deci un camp coercitiv mic, pierderi mici si permeabilitate mai mare. Procedeul cel mai obisnuit de a obtine un material feromagnetic cu pierderi mici este de a adauga in otelul obisnuit un anumit procentaj de siliciu. Prin aceasta se obtine un material cu ciclu de histerezis micsorat si deci o micsorare a pierderilor prin histerezis; in plus se majoreaza rezistenta electrica a tolei, ceea ce duce si la micsorarea curentilor turbionari. Trebuie mentionat insa ca prin adaugarea siliciului se micsoreaza permeabilitatea.

S-a constatat  ca directia de laminare are o importanta deosebita si ca pe aceasta directie materialul are o permeabilitate maxima. Tinand cont de acestea s-a ajuns la realizarea unor materiale cu proprietati magnetice superioare daca laminarea se face la rece obtinandu-se table silicioase laminate la rece cu cristale neorientate, destinate constructiei miezurilor de transformatoare.

Deci, a doua marime care caracterizeaza o tabla silicioasa este totalitatea pierderilor pe unitatea de masa si care indica de obicei pentru doua valori ale inductiei (B = 1T si B = 1,5T) la o frecventa de magnetizare de 50 Hz. Aceasta marime este simbolizata prin coeficientii " p_10/50 " (pentru B = 1T)si " p_15/50 "  (pentru B = 1,5T).

In anexa 1 se da tabela de magnetizare B = f(H) pentru tablele silicioase slab si mediu aliate folosite frecvent la noi in tara. Este vorba de tablele silicioase laminate la cald avand cifrele medii de pierderi p_10/50 = 2,4 W/kg (tabela 1-I) la frecventa de 50 Hz.

In fig I-1 se dau curbele de magnetizare pentru tablele de mai sus pe ordonata luandu-se valoarea inductiei aparente in dinti facandu-se prin diversele valori ale coeficientului k_d.

Grosimea nominala a tablei este de 0,5 mm si realizeaza un coeficient de umplere k_Fe de 0,91 cand tola se izoleaza cu hartie si de 0,92-0,93 cand tola (laminata la cald) se izoleaza cu lac.

In ultimii ani se utilizeaza in constructia masinilor rotative tabla laminata la rece cu cristale neorientate, table ce prezinta o serie de avantaje fata de cele laminate la cald.

Astfel, cu aceste table se realizeaza un coeficient de umplere de cel putin 0,96 pentru tabla neizolata si cel putin 0,95 pentru tabla izolata cu lac. Cifra de pierderi este p_10/50 = 2,4 W/kg.

In anexa 2 se dau curbele de magnetizare pentru o tabla laminata la rece cu cristale neorientate.

Materiale conductoare pentru infasurari

Bobinajele masinilor electrice rotative si ale transformatoarelor se fac, din motivele cunoscute, din materiale cu rezistivitate electrica mica si anume: cupru si aluminiu.

La aceste materiale mai intereseaza si proprietatile mecanice si in special gradul de ecruisaj dupa care se disting:

varianta " moale " in cazul ca materialul nu este supus la eforturi mecanice mari si nu trebuie sa suporte un proces tehnologic greoi;

varianta " tare " pentru parti conducatoare de curent supuse la eforturi mecanice mari.

In cazul aluminiului se foloseste frecvent si varianta " turnat sub presiune " cum este cazul coliviilor motoarelor asincrone cu puteri pana la 100 kW.

Pentru lamelele de colector care lucreaza la viteze mari si pe care aluneca perii tari, cu presiuni mari se foloseste cupru aliat cu argint (pana la 1-2 % Ag).

Din punct de vedere chimic materialele trebuie sa fie cat mai pure utilizandu-se pentru bobinaje numai cupru electrolitic al carui simbol este CuE. La acest simbol se mai adauga si simbolizarea gradului de ecruisare si anume:

" m " pentru cupru moale;

" 1/2t " pentru cupru jumatate tare;

" t "   pentru cupru tare.

De exemplu, pentru bobinele masinilor electrice este indicat Cu Em, pentru a se forma usor ferind astfel izolatia conductorului de degradari mecanice.

Principalele caracteristici electrice ale materialelor conductoare (cupru si aluminiu) sunt indicate in tabela 1.

TABELA 1

Caracteristicile fizice ale cuprului si aluminiului folosit la infasurari

La calculul rezistentei unei infasurari care are temperatura se utilizeaza relatia:

    (3)

unde r si a se iau din tabela de mai sus.

In mod obisnuit, in proiectul unei masini nu se foloseste sectiunea conductorului rezultata direct din calcul ci se adopta o " sectiune normalizata " pe baza unor standarde sau norme interne. Astfel pentru conductoare rotunde se folosesc diametrele normalizate conform STAS 685-74, expuse in anexa 4.

Dar, cum conductorul se foloseste izolat, trebuie sa se stie, pentru dimensionarea crestaturilor, care este si grosimea izolatiei acestuia.

Ea depinde de felul materialului izolant (bumbac, matase, email sau sticla) precum si de diametrul nominal al conductorului. Astazi se utilizeaza mai rar conductorul izolat cu bumbac din cauza slabei lui rezistente la temperatura, fiind mai frecvent intalnit in bobinajele transformatoarelor. Emailurile superioare, de clasa E, B, F s-au impus prin proprietatile lor de stabilitate termica si un pret de cost avantajos. In locul firelor de bumbac sau matase, azi se utilizeaza in constructia masinilor rotative fire de sticla dar, data fiind fragilitatea lor, se impune aproape totdeauna lipirea lor cu un email convenabil rezultand astfel izolatia email-sticla cu proprietati termice si mecanice excelente. In anexa 6 se dau grosimile izolatiilor conductoarelor rotunde si profilate izolate cu bumbac, matase, email, sticla si cu email plus sticla.

Mai exact, aceste grosimi se dau in cataloagele fiecarei fabrici producatoare de cupru izolat. Ca si la conductoarele rotunde alegerea dimensiunilor conductoarelor profilate (dreptunghiulare) se face conform standardului si anume STAS 2873-68 care este reprodus partial in anexa 5.

Izolarea conductoarelor cu bumbac, email sau sticla nu reprezinta totusi singurele posibilitati de izolare a conductoarelor ci se mai intalneste si utilizarea benzilor izolante mai ales pentru conductoarele profilate. Dezavantajele acestui gen de izolatie constau in: consum mare de manopera, transmisie mai proasta a caldurii datorita straturilor de aer, proprietati mecanice inferioare in comparatie cu unele emailuri. Din aceste motive, acest tip de izolatie se utilizeaza numai in cazuri bine justificate.

Constructia motoarelor electrice

1. Motoare electrice de curent continuu.

In figura 1 este reprezentata printr-o sectiune longitudinala si una transversala, un motor de curent continuu. Acesta este compus din doua parti constructive de baza:

statorul, partea imobila a masinii, care are ca elemente constructive principale: carcasa (jugul statoric), polii de excitatie si infasurarea concentrata respectiva de curent continuu, polii de comutatie (auxiliari) si infasurarea concentrata corespunzatoare, scuturile (capacele) frontale cu lagare cu rulmenti sau de alunecare, sistemul perii si portperii, cutia de borne;

rotorul, partea mobila a masinii, alcatuit din cateva elemente constructive principale: miezul (pachetul) rotoric, care prezinta la periferie dinti, repartizati uniform, iar

spre interior jugul rotoric fixat pe arbore, infasurarea rotorica distribuita uniform in crestaturi ale miezului rotoric, colectorul, ventilatorul.

Carcasa (jugul rotoric) reprezinta partea imobila in care se fixeaza polii de excitatie si prin care motorul este fixat in fundatie prin intermediul unei talpi de prindere si buloane (fig. 1). La motoarele de putere mare, carcasa si jugul statoric (care serveste drept drum de inchidere al fluxului magnetic produs de polii de excitatie) reprezinta una si aceeasi piesa constructiva. Pentru a oferi fluxului magnetic o reluctanta cat mai mica, carcasa se construieste din fonta sau otel turnat, uneori din tabla groasa de otel sudata.

La motoarele de dimensiuni mici si la motoarele alimentate prin instalatii de redresare cu gama larga de reglare a vitezei, jugul statoric se realizeaza din tole de otel electrotehnic de 0,5 - 1 mm grosime. Aceste tole sunt stantate in forme adecvate, incat se realizeaza dintr-o data si polii de excitatie (fig. 2). In aceste cazuri, jugul statoric se fixeaza pe carcasa, care numai serveste la

conducerea fluxului electromagnetic si care se realizeaza din materiale neferomagnetice (de obicei din aluminiu in scopul micsorarii greutatii). De ambele parti ale carcasei se fixeaza prin buloane (cazul motoarelor mai mari) sau tije filetate si piulite, scuturile sau capacele masinii care poarta lagarele de alunecare sau cu rulmenti in care se roteste arborele rotoric.

Polii de excitatie (principali) se construiesc din tole de otel electrotehnic de 0,5 - 1 mm grosime (fig. 3), stranse pachet cu ajutorul unor buloane nituite. Polii se prind in carcasa prin buloane. Ei poarta bobinele de excitatie strabatute de curentul de excitatie.

In partea catre rotor, miezul polar se termina cu asa - numita talpa a polului sau piesa polara. Scopul ei principal este de a inlesni trecerea fluxului magnetic prin zona ingusta de aer care separa polul de rotor, zona denumita intrefier. Capetele talpii polului sunt taiate putin oblic. Din punct de vedere mecanic, talpa polului serveste pentru asigurarea pozitiei bobinei, montata pe miezul polului.

In aceeasi figura este aratat unul dintre mijloacele de izolare a bobinei de miezul polului. Bobina se monteaza pe o caseta dintr-un material izolator si se fixeaza pe o caseta speciala, montata pe miez.

Bobinele de excitatie se realizeaza dintr-un conductor rotund sau profilat de cupru. Conductorul este izolat pentru a nu se produce scurtcircuite intre spirele bobinei. Bobinele polilor de excitatie se leaga intre ele in serie sau paralel si se alimenteaza prin bornele din cutia de borne. Legaturile bobinelor se realizeaza de asa maniera, incat fluxul magnetic al unui pol sa fie dirijat dinspre piesa polara spre rotor (pol nord), iar cel al unui pol vecin dinspre rotor spre piesa polara respectiva (pol sud)(fig. 4).

Polii de comutatie (auxiliari) (fig. 4) ca si cei principali constau dintr-un miez care se termina cu talpa polului si din bobina infasurata pe miez.

Polii auxiliari se aseaza exact in axa de simetrie (axa neutra) dintre polii principali si se fixeaza pe jug cu buloane. Miezul polilor auxiliari - adeseori, dar nu totdeauna - se confectioneaza din otel electrotehnic laminat.

Bobinele polilor de comutatie se realizeaza tot din conductor izolat de cupru, rotund sau profilat, si se leaga intre ele in serie sau paralel, fiind strabatute de curent continuu.

Miezul rotoric (fig. 1) se construieste din tole de otel electrotehnic (fig. 5), de forma circulara cu dinti si crestaturi de profil foarte variat (fig. 5 b.). De obicei grosimea acestor tole este de 0,5 - 1 mm.

Tolele separate se izoleaza una de alta printr-un strat subtire de lac sau printr-un strat de oxid. Grosimea izolatiei este de 0,03 - 0,05 mm. O astfel de constructie a miezului are ca scop reducerea curentilor turbionari care se dezvolta in miez la rotirea sa in campul magnetic. Curentii turbionari duc la pierderi de energie care se transforma in caldura. La miez masiv, aceste pierderi ar fi foarte mari si aceasta ar duce la reducerea randamentului masinii si la o incalzire foarte ridicata.

De obicei miezul rotoric este alcatuit din cateva pachete de tole. Pentru imbunatatirea racirii, intre pachete se lasa asa - numitele canale de racire de 8 - 10 mm latime (fig. 1). Deseori se fac si canale axiale (fig. 5).

Miezul rotoric se preseaza de ambele parti prin dispozitive de apasare care se fixeaza pe arbore. In directia axei, lungimea miezului depaseste lungimea polului cu cate 2 - 5 mm de fiecare parte. Aceasta se face pentru ca sa se reduca la maximum variatiile permeantei circuitului magnetic care se ivesc la micile deplasari axiale ale motorului.

Infasurarea rotorica (fig. 1) consta din sectii (bobine) care se pregatesc pe sabloane speciale si se aseaza in crestaturile miezului (fig. 6 a.). Infasurarea se izoleaza de miez cu grija si se consolideaza in crestaturi, de cele mai multe ori cu ajutorul unor pene speciale de lemn sau alt material izolant (fig. 6 b).

Capetele bobinelor, adica partile care ies afara din crestaturi, se fixeaza cu bandaje de sarma de otel (la margini mici cu bandaje e sfoara) pentru a nu fi aruncate spre exterior atunci cand rotorul se invarteste (fig. 1).

Colectorul este un subansamblu caracteristic masinii de curent continuu. Colectorul (fig. 7) are forma cilindrica, fiind construit din placute de cupru, denumite lamele, izolate una fata de cealalta printr-un strat de micanita si, de asemenea, izolate de piesele de strangere. Capetele sectiilor infasurarii rotorice se lipesc direct in aripioarele lamelelor cu un aliaj cu cositor sau se utilizeaza ca piese intermediare niste stegulete (motoare de putere mare).

Colectorul se invarteste solidar cu rotorul masinii.

Periile care freaca pe colector, realizeaza o legatura intre infasurarea rotorica care se invarteste si bornele motorului care sunt imobile. Periile sunt realizate din material conductor, in general pe baza de grafit, care asigura frecari si uzuri mai reduse. Prin intermediul unor piese speciale, portperiile, periile realizeaza un contact sub presiune constanta cu lamelele colectorului. Presiunea constanta este realizata de un arc si o parghie de apasare. Un colier, posedand o serie de tije si fixat de obicei pe scutul dinspre colector al masinii (fig. 1), sustine portperiile. Periile sunt legate galvanic intre ele, si anume periile de numar impar (socotite la periferia colectorului) se leaga la o borna a motorului, iar periile de numar par la cealalta borna. Periile sunt plasate la distanta egala la periferia colectorului, iar numarul de randuri de perii este egal cu numarul de poli de excitatie al motorului.

2 Motoare electrice asincrone.

Motorul asincron trifazat are doua parti constructive de baza (fig. 9):

statorul, parte imobila, care cuprinde miezul feromagnetic, carcasa cu talpile de prindere in fundatie, infasurarea statorica, scuturile cu lagare, cutia de borne, dispozitivul cu perii (numai la unele tipuri);

rotorul, parte mobila, care cuprinde miezul feromagnetic rotoric, infasurarea rotorica, inelele de contact, numai la unele tipuri, ventilatorul.

Miezul statoric este realizat din tole de otel electrotehnic, de grosime 0,5 mm, izolate cu lac, stranse in pachet rigid si prins in carcasa motorului. Miezul are forma cilindrica, la periferia interioara a acestuia fiind practicate crestaturi distribuite in mod uniform. In crestaturi sunt plasate bobinele unei infasurari trifazate.

Infasurarea statorica (fig. 8) este alcatuita din trei infasurari de faza identice ca date constructive (conductor, numar

de bobine si spire). Cele trei infasurari sunt decalate la periferia interioara cu unghiul geometric 2p/3p (p fiind numarul de perechi de poli) una fata de celelalte, ocupa acelasi numar de crestaturi si sunt conectate intre ele in stea sau triunghi si legate la o retea trifazata de curent alternativ prin intermediul unei cutii de borne statorice. Conductorul utilizat este din cupru. Spirele bobinelor sunt izolate fata de peretii crestaturii, conductorul la randul sau fiind si el izolat. Infasurarile se impregneaza cu lac pentru rigidizare, o mai buna izolare si o mai buna conductie termica.

Miezul rotoric are tot forma cilindrica si este realizat tot din tole de otel electrotehnic de grosime 0,5 mm, uneori neizolate intre ele, fiindca, frecventa de magnetizare a tolelor rotorice este foarte redusa in cazul functionarii ca motor si in consecinta pierderile in fier sunt neinsemnate. La periferia miezului sunt practicate in mod uniform crestaturi in care se plaseaza infasurarea rotorica. Miezul este strans rigid si solidarizat cu arborele rotoric (prin pana).

Infasurarea rotorica poate prezenta mai multe forme constructive. O prima varianta este infasurarea trifazata, realizata din trei infasurari de faza, decalate la periferia rotorului cu 2p/3p una fata de celelalte, alcatuite din bobine plasate in crestaturi. De cele mai multe ori, infasurarile de faza sunt conectate in stea (mai rar in triunghi). Capetele libere ale infasurarii trifazate sunt legate fiecare la cate un inel din material conductor. Cele trei inele sunt izolate unul fata de celalalt si toate fata de arborele rotoric, dar sunt solidarizate cu arborele, rotindu-se odata cu acesta. Pe fiecare inel freaca cate o perie (sau mai multe legate in paralel) de bronz - grafit. Cele trei perii sunt legate apoi la bornele plasate intr-o cutie de borne a rotorului. Evident, sistemul de inele si perii asigura contacte alunecatoare intre infasurarea rotorica si anumite instalatii din exteriorul motorului. Prin intermediul acestui sistem de contacte alunecatoare se poate interveni in circuitele rotorice modificandu-se dupa necesitati parametrii circuitelor de faza sau conectand aceste circuite la surse trifazate exterioare. Unele motoare asincrone cu rotor bobinat (cu inele) sunt prevazute in plus cu un dispozitiv care realizeaza scurtcircuitarea celor trei inele. In acest fel, infasurarea rotorica trifazata este inchisa in scurtcircuit (dubla stea). Dispozitivul este manevrat manual. Uneori, pe langa scurtcircuitarea inelelor, dispozitivul respectiv indeplineste dupa scurtcircuitarea inelelor, si ridicarea periilor de pe inele, in scopul micsorarii pierderilor prin frecare si a uzarii inutile a periilor.

Infasurarea rotorica se poate prezenta si sub forma unei colivii de veverita, adica a unui ansamblu de bare din material conductor care umplu crestaturile rotorice de forma adecvata, barele fiind scurtcircuitate la ambele capete de inele conductoare din acelasi material (fig. 10). In acest caz, se spune ca rotorul motorului este in scurtcircuit sau in colivie. Motoarele cu rotorul in scurtcircuit se construiesc la randul lor in trei variante principale:

a) motoare cu o singura colivie de executie normala;

b) motoare cu crestatura adanca, numite si motoare cu bare inalte;

c) motoare cu dubla colivie.

La rotoarele in colivie simpla, crestaturile rotorului au de cele mai multe ori forma ovala (fig. 11) si sunt inchise intr-un prag de grosime 0,4 - 0,5 mm. Prin intermediul unei masini si al unei forme speciale, colivia se realizeaza prin turnare din aluminiu. Odata cu barele care umplu crestaturile se toarna si inelele frontale de scurtcircuitare. Adeseori inelele sunt prevazute cu niste aripi pentru intensificarea ventilatiei.

Forma crestaturii la un rotor cu crestaturi adanci (fig. 12) are inaltimea crestaturii mai mare decat latimea ei de 10 - 12 ori. Colivia este executata din bare de cupru de sectiune dreptunghiulara, iar inelele K de scurtcircuitare (fig. 12) de cele mai multe ori sunt din cupru lat, de dimensiuni corespunzatoare barelor. Barele si inelele K se sudeaza cu ajutorul unui aliaj greu fuzibil. La fel ca si la colivia simpla, normala, intre bare si peretii crestaturilor nu se afla nici o izolatie.

Motorul cu dubla colivie are doua colivii: cea superioara S (fig. 13) cu rezistenta electrica relativ mare si cu reactanta mica, se executa din alama sau din bronz special, iar cea inferioara I, dimpotriva, cu o rezistenta cat mai mica si cu o reactanta relativ mare, se confectioneaza din cupru. Forma crestaturilor poate fi la cea superioara rotunda, iar la cea inferioara dreptunghiulara sau ovala. Intre crestaturile celor doua colivii, exista o taietura, care exercita o influenta importanta asupra caracteristicilor motorului. Inelele K₁ si K₂ (fig. 13 a.) de scurtcircuitare pentru ambele colivii se fac in mod obisnuit din cupru. Adeseori dubla colivie se realizeaza prin turnare din aluminiu (fig. 13 b.). In acest caz, taietura dintre colivii se umple, de asemenea, cu aluminiu.

Intrefierul dintre stator si rotor are un rol important. Inductia electromagnetica mutuala dintre infasurarile statorica si rotorica este cu atat mai buna, cu cat intrefierul este mai mic. La motoarele asincrone intrefierul d se limiteaza la minimum admisibil din considerente mecanice. Astfel la motoarele normale de pana la 10 kW, d= 0,35 - 0,50 mm; la motoarele de 10 - 100 kW,

d= 0,50 - 0,80 mm. Daca motorul lucreaza in conditii grele, atunci ele se executa cu un intrefier sporit (cu aproximativ 1,5 ori).

Motorul asincron monofazat are aceeasi constructie ca si motorul trifazat, cu singura deosebire ca statorul poseda o infasurare monofazata, conectata la o retea monofazata. Rotorul, de obicei nu este bobinat, ci poseda o colivie de veverita.

3. Motoare electrice sincrone

Motorul sincron se caracterizeaza prin faptul ca intre viteza unghiulara W a rotorului si pulsatia w a retelei trifazate la care se afla conectata exista o legatura rigida si anume , p fiind numarul de perechi de poli ai motorului.

Motorul sincron poseda doua parti constructive de baza:

statorul, parte imobila, care cuprinde miezul feromagnetic statoric, infasurarea, carcasa, scuturile cu paliere;

rotorul, parte mobila, care cuprinde miezul feromagnetic, infasurarea rotorica, inelele colectoare, ventilatorul.

Miezul statoric al motorului sincron nu se deosebeste in principiu de miezul statoric al motorului asincron. El este construit din tole de otel electrotehnic izolate intre ele, cu crestaturi, in care este plasata o infasurare trifazata.

Miezul rotoric are doua variante constructive: cu poli aparenti (fig. 14) sau cu poli inecati (fig. 15).

Miezul cu poli aparenti este format dintr-o serie de poli (cu piese polare) fixati la periferia unor roti polare solidare cu arborele motorului. Polii poseda infasurari de excitatie in curent continuu. Bobinele de excitatie ale polilor se leaga in serie sau in paralel in asa fel incat polaritatea polilor sa alterneze la periferia rotorului. Alimentarea bobinei de excitatie de la o sursa exterioara se realizeaza prin intermediul a doua inele de contact solidare cu arborele (inele izolate intre ele si fata de masa si la care se leaga capetele infasurarii de excitatie) si a doua perii fixe care freaca pe inelele de contact.

In piesele polare sunt introduse o serie de bare axiale scurtcircuitate la capete (fig. 16) - denumite bare amortizoare.

Aceasta constructie cu poli aparenti, desi prezinta o oarecare simplitate tehnologica, nu se preteaza a fi aplicata la motoare de viteza mare de rotatie din cauza lipsei de siguranta mecanica.

Asemenea constructie se intrebuinteaza si in cazul generatoarelor sincrone antrenate de turbine hidraulice, care au viteza de rotatie relativ scazuta (de ordinul sutelor de rotatii pe minut). De aceea ea este denumita uneori constructie de hidrogenerator.

Retinem faptul ca la periferia interioara a statorului in aceasta varianta, intrefierul este neuniform, de grosime relativ mica sub piesele polare si foarte mare in zonele interpolare.

Uneori se intalneste si constructia inversa, polii aparenti de excitatie sunt pe stator, iar rotorul poarta o infasurare trifazata si trei inele de contact (intocmai ca rotorul motorului asincron trifazat cu rotor bobinat).

Miezul rotoric cu poli inecati (fig. 15) este o constructie cilindrica masiva din otel cu mare rezistenta mecanica (otel crom - nichel - molibden, de obicei). La periferia rotorului se taie o serie de crestaturi in care se plaseaza spirele bobinelor de excitatie in curent continuu a polilor. In fig. 15 rotorul are patru poli. Infasurarea unui pol acopera, de obicei, doua treimi din deschiderea unui pol, in mijlocul polului ramanand o zona de aproximativ o treime din deschiderea polului in care nu sunt practicate crestaturi. Aceasta zona poarta numele de dinte mare, spre deosebire de ceilalti dinti de deschidere mult mai mica decat separa crestaturile.

Capetele frontale ale bobinelor de excitatie sunt puternic stranse prin bandaje masive, pentru a face fata solicitarilor centrifuge.

Aceasta constructie prezentand o mare siguranta mecanica se preteaza a fi aplicata la motoare sincrone cu viteze mari de rotatie (1000 - 3000 rot/min).

Aceasta varianta constructiva conduce la un intrefier constant la periferia interioara a statorului.