OPTIMIZAREA TEHNOLOGIILOR DE FABRICARE A MAŞINILOR ELECTRICE IN VEDEREA CREŞTERII EFICIENŢEI ŞI EFICACITĂŢII - PDF

Description
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAŞOV Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor Şcoala doctorală Domeniul Inginerie electrică OPTIMIZAREA TEHNOLOGIILOR DE FABRICARE A MAŞINILOR ELECTRICE

Please download to get full document.

View again

of 74
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Graphic Art

Publish on:

Views: 182 | Pages: 74

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAŞOV Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor Şcoala doctorală Domeniul Inginerie electrică OPTIMIZAREA TEHNOLOGIILOR DE FABRICARE A MAŞINILOR ELECTRICE IN VEDEREA CREŞTERII EFICIENŢEI ŞI EFICACITĂŢII Rezumatul tezei de doctorat CONDUCĂTOR STIINTIFIC Prof. univ. dr.ing. Elena HELEREA DOCTORAND Ing. Melania MARTIN FILIP Braşov 2010 MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII ŞI INOVĂRII Universitatea Transilvania din Braşov RECTORAT , Braşov, B-dul EROILOR nr. 29, tel./fax , COMPONENŢA Numită prin Ordinul Rectorului Universităţii Transilvania din Braşov Nr din PREŞEDINTE: CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: REFERENŢI: - Prof. univ. dr. ing. Sorin Aurel MORARU DECAN Fac. de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor Universitatea Transilvania din Braşov - Prof. univ. dr. ing. Elena Helerea Universitatea Transilvania din Braşov - Prof. univ. dr. ing. Radu MUNTEANU Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca - Prof. univ. dr. ing. Mircea COVRIG Universitatea Politehnica din Bucureşti - Prof. univ. dr. ing. Gheorghe SCUTARU Universitatea Transilvania din Braşov Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: miercuri, , ora 11,00, în Aula Sergiu T. Chiriacescu a Universităţii Transilvania din Braşov, sala U.II.3. Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării, vă rugăm să le trimiteţi în timp util pe adresa Universităţii Transilvania din Braşov, Secretariat Doctorate. 2 UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAŞOV Facultatea de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor Şcoala doctorală Domeniul Inginerie electrică Ing. Melania MARTIN FILIP OPTIMIZAREA TEHNOLOGIILOR DE FABRICARE A MAŞINILOR ELECTRICE IN VEDEREA CREŞTERII EFICIENŢEI ŞI EFICACITĂŢII OPTIMIZING THE MANUFACTURING TECHNOLOGIES OF THE INDUCTION MACHINES FOR INCREASING THEIR EFFICIENCY AND EFFICACY Rezumatul tezei de doctorat Summary of PhD Thesis Brasov 2 INTRODUCERE 1. Actualitatea şi necesitatea temei Deşi considerată clasică, maşina asincronă reprezintă încă o bună soluţie pentru acţionări electrice, utilizate în mai toate domeniile de activitate. Compresoarele, pompele, aparatura de uz casnic, maşinile unelte şi acţionările din transport beneficiază de performanţele maşinii electrice asincrone. Necesitatea temei tezei de doctorat este impusă de tendinţa de utilizare a unor acţionări electrice în care alimentarea şi controlul maşinii sunt realizate prin variaţia frecvenţei tensiunii de alimentare. Astfel, motorul electric, care în majoritatea cazurilor este de tip asincron, funcţionează în regim nesinusoidal, în care armonicile de curent şi/sau tensiune determină încălziri şi solicitări mecanice suplimentare. Reducerea nivelului de vibraţii, în directă conexiune cu creşterea eficienţei maşinii, este o necesitate. De asemenea, o necesitate o reprezintă şi corelarea metodelor de investigare a defectelor maşinii electrice cu tehnologiile de proiectare şi fabricare a acestora. 2. Problema propusă spre rezolvare Problema propusă spre rezolvare este legată de creşterea fiabilităţii motoarelor electrice asincrone prin îmbunătăţirea fluxului tehnologic în directă conexiune cu depistarea defectelor de fabricaţie. Pentru aceasta s-a urmărit elaborarea unei proceduri de evidenţiere a defectelor bazată pe analiza în domeniul frecvenţă a semnalelor înregistrate pe bancul de probă. 3. Obiectivele tezei Obiectivul general al tezei de doctorat este de stabilire a unei proceduri de simulare şi de testare a comportamentului dinamic al motoarelor electrice asincrone în vederea determinării posibilelor defecte de fabricaţie şi optimizării tehnologiilor de fabricare Obiective de sinteză - Analiza şi descrierea tehnologiilor de fabricare a elementelor componente ale maşinilor asincrone; - Sinteza fluxului tehnologic de fabricaţie a motorului asincron; - Determinarea şi analiza defectelor principale din maşinile asincrone şi a surselor acestora; - Identificarea principalelor metode folosite la vibrodiagnosticare şi descrierea unor criterii de diagnoză speciale Obiective legate de modelarea analitică şi numerică a motoarelor asincrone - Determinarea, prin metode analitice, a frecvenţelor proprii ale axului rotorului motorului electric asincron; - Modelarea rulmenţilor maşinilor electrice asincrone prin elemente elastice; - Realizarea modelelor cu elemente finite ale principalelor componente ale motorului asincron (rotor, stator, carcasă) şi a motorului în ansamblul său; - Determinarea, pe baza modelelor cu elemente finite, a frecvenţelor proprii ale componentelor analizate şi ale ansamblului, în diferite condiţii de legătură Obiective legate de testarea modală a componentelor motoarelor asincrone - Testarea modală, cu metoda ciocanului de impact, a componentelor motorului asincron: rotor, carcasă, stator, motor, în ansamblul său, şi determinarea frecvenţelor proprii; - Determinarea valorilor factorului de amortizare ζ în funcţie de diferite frecvenţe. 3 3.4. Obiective legate de testarea motoarelor asincrone - Testarea, pe baza normativului IEC 60034, partea 14, la vibraţii a motorului asincron cu puterea de 1,1 kw şi turaţia de sincronism de 1500 rot/min şi analiza în domeniile timp şi frecvenţă a datelor înregistrate; - Analiza şi compararea frecvenţelor înregistrate în funcţionarea motoarelor cu frecvenţele proprii ale componentelor motoarelor şi ale motorului în ansamblul său şi identificarea surselor de vibraţii. 4. Metodologia cercetărilor doctorale Întreaga lucrare este bazată pe o serie de lucrări din domeniu, cărţi, articole, teze, documentaţie de firmă, documentare pe site-uri Internet etc., menţionate în cadrul Bibliografiei. Plecând de la analiza fluxului tehnologic de fabricaţie al motoarelor asincrone, s-a identificat un număr de patru componente majore (rotor, rulmenţi, stator şi carcasă) care pot constitui, prin realizarea şi/sau montarea lor defectuasă, surse importante de vibraţie în funcţionare care, cu trecerea timpului şi în funcţie de intensitatea solicitărilor din exploatare, pot duce la defectarea timpurie a motoarelor şi scoaterea lor din uz. S-a pornit de la faptul că, parametrii modali ai tuturor modurilor cuprinse într-un interval de frecvenţe considerat, permit descrierea completă din punct de vedere dinamic a structurii analizate. Analiza modală oferă posibilitatea determinării parametrilor modali pe baza cărora, apoi, să poată fi construit modelul matematic al structurii considerate. Ca urmare, pe baza desenelor de execuţie şi de ansamblu au fost realizate modelele 3D ale componentelor considerate (rotor, rulmenţi, stator şi carcasă) realizându-se, concomitent şi modelele cu elemente finite. Pe baza desenului de ansamblu, ţinând cont de legăturile existente între componente, s-a creat ansamblul motor asincron. S-a procedat la determinarea frecvenţelor proprii ale componentelor, pentru diferite cazuri de legătură, precum şi la determinarea frecvenţelor proprii ale motorului, ca ansamblu. Din rezultatele obşinute, au fost luate în considerare acele frecvenţe care determină apariţia unor moduri dominante de vibraţie. În continuare, s-a trecut la determinarea experimentală a frecvenţelor proprii şi a factorilor de amortizare ζ. Pe baza rezultatelor obţinute au fost făcute comparaţii între valorile frecvenţelor proprii determinate prin metoda elementului finit şi prin metoda experimentală şi s-au determinat o serie de funcţii de variaţie a factorului de amortizare ζ în funcţie de frecvenţă. Activitatea experimentală a fost continuată cu testarea, în laborator, a unui motor asincron din seria 1,1 kw/1500 rot/min. S-au realizat măsurători în domeniile timp şi frecvenţă atât la mersul în gol, în regim staţionar (timp de 15 minute), cât şi într-un regim de încălzire forţată, pentru acelaşi interval de timp. În final s-a făcut o analiză comparativă a frecvenţelor proprii determinate prin metoda elementului finit şi prin testare modală experimentală cu frecvenţele înregistrate în timpul testării în laborator, la S.C. Electroprecizia, Săcele. S-a elaborat o procedură de identificare a defectelor, bazată pe analiza în domeniul frecvenţă a semnalelor înregistrate pe bancul de probă. 5. Noutatea ştiinţifică a rezultatelor obţinute Prezenta teză de doctorat abordează problematica îmbunătăţirii calităţii motoarelor asincrone şi creşterea duratei de viaţă a acestora pe baza depistării, din faza de producţie, a defectelor apărute printr-o procedură de testare în domeniul frecvenţei a nivelului vibraţiilor. Este abordată problematica analizei modale atât a componentelor cât şi a ansamblului motor asincron în vederea determinării surselor de vibraţie şi a nivelului acestora. Pornind de la identificarea acestor surse se pot trage concluzii legate de fluxul de producţie în sensul depistării posturilor de fabricare şi/sau montaj la care, din motive tehnologice, au fost introduse defecte de fabricaţie. 4 Testarea şi analiza, la punctul de control final al calităţii, în domeniul frecvenţă a nivelului de vibraţii al motoarelor asincrone şi nu în domeniul timp, corelată cu determinarea frecvenţelor proprii şi, implicit, a surselor de vibraţie, face ca, prezenta lucrare, să constutie o abordare nouă a problematicii vibrodiagnozei corelată cu procesul de fabricaţie. Rezultatele testării pot oferi o imagine completă atât asupra calităţii prelucrării pieselor componente cât şi a asamblării acestora. În acelaşi timp, această testare poate oferi, încă de la început, o imagine asupra eventualelor vulenerabilităţi în funcţionare ale motoarelor electrice asincrone testate. 6. Valoarea aplicativă a lucrării Rezultatele teoretice şi experimentale obţinute în cadrul prezentei teze de doctorat pot fi folosite într-o serie de aplicaţii viitoare, precum: - Definirea unor modele cu elemente finite a componentelor motoarelor asincrone şi modelarea diferitelor tipuri şi gabarite de motoare; - Modelul cu elemente finite, care descrie aspectele mecaniec, poate fi implementat în studiul complex al motorului în care să fie suprapuse efectele electromagnetice peste efectele mecanice; - Modelarea şi simularea, încă din faza de proiectare, a comportamentului motoarelor electrice asincrone şi optimizarea, din punct de vedere al comportării mecanice; - Definirea, pe baza seturilor de măsurători, a unor posibile frecvenţe care urmează a fi evitate în funcţionarea motoarelor electrice şi specificarea acestora în fişa tehnică a produsului; - Posibilitatea, pe baza experienţei acumulate, a dezvoltării unei modelări şi simulări parametrizate. 7. Diseminarea rezultatelor Rezultatele obţinute în timpul pregătirii doctorale s-au concretizat în publicarea unui număr de 9 lucrări de cercetare, 4 fiind publicate în volumele unor conferinţe internaţionale de prestigiu. 8. Structura tezei Teza este structurată într-un număr de şase capitole, conţinând un număr de 117 relaţii, 188 figuri, 23 tabele, poziţii bibliografice şi 3 anexe. Capitolul 1 Tendinţe moderne în tehnologiile de fabricare a maşinilor electrice, prezintă o serie de cerinţe actuale, evoluţie şi particularităţi tehnologice legate de maşina asincronă. Sunt prezentate tehnologiile de fabricare a elementelor componente (e.g. tehnologia de fabricaţie a miezurilor magnetice, tehnologia de fabricaţie a înfăşurărilor maşinilor electrice, tehnologia de fabricaţie a arborilor, tehnologia de fabricaţie a carcaselor, tehnologia de fabricaţie a scuturilor şi lagărelor), tehnologiile de asamblare (asamblarea părţilor componente, echilibrarea rotorilor, pregătirea statorului şi scuturilor pentru montare), defecte şi defectări ale elementelor componente MAS (defecţiuni generate de proiectare şi concepţie tehnologică, defecte ale înfăşurărilor maşinilor electrice, metode operative de localizare a defectelor înfăşurărilor, defecţiuni cauzate de uzură, deformaţii şi şocuri, vibraţiile şi zgomotele maşinilor electrice rotative). Capitolul se încheie prin prezentarea unor tendinţe de viitor. Capitolul 2 - Metode de diagnosticare a defectelor, conţine o descriere a defectelor din maşinile electrice asincrone, fiind prezentate atât defecţiunile rotorului cât şi cele ale statorului. Este definită şi prezentată procedura de diagnosticare a defectelor în maşina asincronă fiind evidenţiate operaţiile de diagoză a defectelor statorice, diagnoză a defectelor coliviei rotorice, diagnoză a defectelor rulmenţilor, diagnoza defectelor axului rotoric şi de excentricitate. În continuare, este prezentată procedura de vibrodiagnosticare a defectelor. Sunt descrise metodele folosite la vibrodiagnosticare şi vibrodiagnoza on-line. Capitolul se continuă cu analiza şi modelarea defectelor 5 fiind prezentate o serie de metode folosite: metoda FMEA de analiză a defectelor şi metoda FTA aplicată la maşina asincronă. Capitolul 3 Analiza frecvenţelor proprii ale motorului asincron, cuprinde o serie de consideraţii legate de modelele analitice de analiză a frecvenţelor proprii. Au fost decsrise modalităţile de analiză a vibraţiilor sistemelor complexe, modelele folosite pentru determinarea pulsaţiilor proprii ale rotorului fiind realizat un studiu de caz pentru motorul de 1,1 kw-1500 rot/min. În continuare sunt descrise modelele de determinare a pulsaţiilor proprii ale rulmenţilor fiind făcută particularizarea pentru rulmentul NSK ZC3 şi rulmentul NSK ZC3, ambii folosiţi în structura motorului electric asincron. Sunt prezentate modalităţile de determinare a caracteristicilor de rigiditate ale rulmenţilor. Capitolul se continuă cu prezentarea metodei elementului finit aplicată la motorul asincron în vederea determinării frecvenţelor proprii ale componentelor rotor, stator şi carcasă în diferite condiţii de legătură. Capitolul se încheie cu determinarea frecvenţelor proprii ale ansamblului motor electric asincron. Capitolul 4 - Metode experimentale de determinare a frecvenţei proprii, analizează modalităţlie de testare modală a componentelor motorului electric asincron şi a motorului în ansamblul său. Sunt descrise, pe scurt, metoda testării cu ajutorul ciocanului de impact, metoda testării modale cu ajutorul excitatoarelor electrodinamice şi echipamentul utilizat în testarea modală a componentelor motorului asincron. În continuare, lucrarea este focalizată pe analiza modală pe baza metodei ciocanului de impact aplicată componentelor motorului şi motorului în ansamblul său. Pe baza valorilor înregistrate, cu ajutorul soft-ului ME scopeves, s-au determinat parametrii modali frecvenţe proprii şi amortizare definindu-se, în acelaşi timp, prin soft-ul MATLAB, funcţii de variaţie ale factorului de amortizare ζ în raport cu frecvenţa. Capitolul 5 - Evaluarea nivelului de vibraţii pe standul de probă la motoare asincrone noi, în vederea diagnosticării defectelor de fabricaţie, cuprinde descrierea aspectelor experimentale legate de motoarele electrice asincrone supuse la funcţionare în regim staţionar, timp de 15 minute şi în regim de încălzire forţată, aceeaşi perioadă de timp. Sunt prezentate echipamentele utilizate, procedura de testare, configurarea fişierelor de lucru în vederea realizării testelor, testarea motoarelor la fucţionarea în gol şi în regim de încălzire forţată (timp de 15 minute măsurători în domeniile timp şi frecvenţă). În final este prezentată problematica identificării posturilor din fluxul tehnologic unde pot fi induse defecte mecanice. Capitolul 6 prezintă concluziile şi contribuţiile autoarei. Doresc să adresez calde mulţumiri conducătorului ştiinţific, Prof.univ.dr.ing. Elena HELEREA, pentru îndrumarea, încurajarea, susţinerea continuă pe toată durata studiilor doctorale. Mulţumesc domnilor Prof.univ.dr.ing. Radu MUNTEANU, Prof.univ.dr.ing. Mircea COVRIG, Prof.univ.dr.ing. Gheorghe SCUTARU, pentru deosebita onoare care mi-au făcut-o acceptând propunerea de a face parte din comisia de susţinere, pentru atenţia cu care s-au aplecat asupra lucrării şi pentru sfaturile date. Mulţumesc domnului Decan, Prof.univ.dr.ing. Sorin MORARU şi întregului colectiv al Catedrei de Electrotehnică de la Facultatea de Inginerie şi Ştiinţa Calculatoarelor pentru sprijinul şi încurajările acordate pe toată perioada realizării lucrării. De asemenea, mulţumesc domnului Prof.univ.dr.ing. Ioan Călin ROŞCA de la Laboratorul de Analiză modală din cadrul Catedrei de Rezistenţa materialelor şi vibraţii de la Universitatea Transilvania din Braşov, precum şi d-lui dr.ing. Ioan PETER, pentru sprijinul şi facilitarea accesului la date, documentaţie şi logistică în cadrul S.C. Electroprecizia Săcele. Mulţumesc familiei mele care, prin răbdarea, înţelegerea şi suportul moral m-au ajutat să duc la bun sfârşit această lucrare. 6 CUPRINS Capitolul 1 Tendinţe moderne în tehnologiile de fabricare a maşinilor electrice 9/ Maşina asincronă - Cerinţe actuale, evoluţie şi particularităţi tehnologice 9/ Cerinţe actuale Analiza şi evoluţia performanţelor Particularităţi tehnologice 1.2. Tehnologii de fabricare a elementelor componente 10/ Tehnologia de fabricaţie a miezurilor magnetice Tehnologia de fabricaţie a înfăşurărilor maşinilor electrice Tehnologia de fabricaţie a arborilor Tehnologia de fabricaţie a carcaselor Tehnologia de fabricaţie a scuturilor şi lagărelor 1.3. Tehnologii de asamblare 14/ Asamblarea părţilor componente Echilibrarea rotorilor Pregătirea statorului şi scuturilor pentru montare 1.4. Defecte şi defectări ale elementelor componente MAS 14/ Defecţiuni generate de proiectare şi concepţie tehnologică Defecte ale înfăşurărilor maşinilor electrice Metode operative de localizare a defectelor înfăşurărilor Defecţiuni cauzate de uzură, deformaţii şi şocuri Vibraţiile şi zgomotele electrice rotative 1.5. Tendinţe de viitor 15/45 Capitolul 2 - Metode de diagnosticare a defectelor 16/ Defecte în maşinile asincrone 16/ Consideraţii generale Defecţiuni ale rotorului Defecţiuni ale statorului 2.2. Diagoza defectelor în maşina asincronă 19/ Dezvoltări actuale şi de perspectivă Diagoza defectelor statorice Diagnoza defectelor coliviei rotorice Diagnoza defectelor rulmenţilor Diagnoza defectelor axului rotoric şi de excentricitate 2.3. Vibrodiagnosticarea defectelor 23/ Metode folosite la vibrodiagnosticare Vibrodiagnoza on-line 2.4. Analiza şi modelarea defectelor 24/ Metoda FMEA de analiză a defectelor Metoda FTA aplicată la maşina asincronă Capitolul 3 Analiza frecvenţelor proprii ale motorului asincron 29/ Modele analitice de analiză a frecvenţelor proprii 29/ Analiza vibraţiilor sistemelor complexe Modele de determinare a pulsaţiilor proprii la rotor Studiu de caz: Motorul de 1.1 kw-1500 rot/min Modele de determinare a pulsaţiilor proprii la rulmenţi Studiu de caz: rulmentul NSK ZC3 şi rulmentul NSK ZC Determinarea caracteristicilor de rigiditate ale rulmenţilor 3.2. Metode numerice de determinare a frecvenţei proprii 33/ Metoda elementului finit (FEM) aplicată la motorul asincron FEM - Determinarea frecvenţelor proprii ale rotorului FEM - Determinarea frecvenţelor proprii ale statorului FEM - Determinarea frecvenţelor proprii în cazul carcasei 3.3. FEM Frecvenţe proprii ale ansamblului motor electric asincron 37/ Realizarea componentelor şi asamblarea lor Impunerea condiţiilor de legătură între părţile componente FEM - Determinarea frecvenţelor proprii în cazul motorului liber FEM - Determinarea fr
Related Search
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks