SVEUILITE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET

Sveuilini studij

Seminarski rad iz kolegija: ELEKTRINI STROJEVI

PROIZVODNE METODE MALIH ELEKTRINIH STROJEVA

Mentor: Izradili:

doc.dr.sc. eljko Hederi GRUPA 5 Boris Ivokovi, Marko Mari, Vanja Mihajlovi

Osijek, studeni 2011.

SADRAJUVOD .................................................................................................................................... 1 1 BALANSIRANJE ROTORA .......................................................................................... 2 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.2 3 3.1 Uzroci i posljedice neuravnoteenog rotora ............................................................. 2 Steinerov pouak ...................................................................................................... 2 Ispravljanje nebalansiranog rotora ........................................................................... 3 Namjena draa etkica ............................................................................................ 5 Vrste draa etkica ................................................................................................. 5 Impregnacija lakom .................................................................................................. 8 Uroni-i-ispeci sustav ......................................................................................... 8 Uroni-i-zavrti sustav ......................................................................................... 8 Sustav s tankim mlazom ................................................................................... 9 Vrijeme procesa i temperature .......................................................................... 9 Kontrola sustava.............................................................................................. 10

DRAI ETKICA ZA MALE MOTORE ................................................................... 5

LAKIRANJE I LIJEPLJENJE DIJELOVA .................................................................... 8 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.2

Sredstva za lijepljenje............................................................................................. 10 Magnetski materijali ............................................................................................... 13 Fizikalne veliine i oblik ........................................................................................ 13 Stanje magnetiziranosti .......................................................................................... 13 Djelatni okoli ........................................................................................................ 14 Tipovi magnetizera ................................................................................................. 14 Odabir magnetizera ................................................................................................ 15 Upotreba magneta u elektrinim strojevima danas ................................................ 15 Magnetiziranje pranjenjem kondenzatora ............................................................ 15 Skladitenje elektrine energije u kondenzatorima ................................................ 16 Elektrolitiki kondenzatori ................................................................................. 16 Uljni kondenzatori .............................................................................................. 16 Magnetiziranje magneta pojedinano ili u skupinama ....................................... 16

4

MAGNETIZERI I MAGNETSKO UVRENJE ..................................................... 13 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12

ZAKLJUAK ...................................................................................................................... 17 LITERATURA .................................................................................................................... 18 PRILOZI .............................................................................................................................. 19

UVODU seminaru je dan prikaz nekih od specijalnih metoda koje su vrlo vane prilikom proizvodnje malih elektrinih strojeva. Seminar se temelji na vrlo uskim razradama svake od pojedinih tema. Prvenstveno su obraene teme balansiranja rotora elektrinih strojeva, vrste draa etkica, lakiranje vodia (ica) namota strojeva, postupci lijepljenja pojedinih dijelova stroja te postupci izrade magneta koji se bitan uvjet za pravilan rad stroja. Iako to nisu sve teme koje su bitne za proizvodnju strojeva, u ovom radu se nastojalo prikazati vanost i dati uvid o prethodno reenim temama. Prema tome cilj seminara jest specijalizirano upoznavanje s nekim od osnovnih proizvodnih postupaka koji se primjenjuju kod malih elektrinih strojeva. Svako poglavlje sastoji se od objanjenja zato se pojedini postupak koristi, zatim se daju konkretni naini provedbe postupaka, a u nekim poglavljima daje se i svojevrstan zakljuak. U poglavljima je jasno prikazano kako pojedini postupak proizvodnje utjee na rad stroja, npr. balansiranje rotor smanjuje moment tromosti rotora to je svakako poeljno, lakiranje vodia sprjeava kratak spoja izmeu vodia, itd. Ovaj seminarski rad je vrlo koristan osobama koje rade ili e raditi u nekim podrujima proizvodnje strojeva koje su obraena u narednim poglavljima.

1

1

BALANSIRANJE ROTORA

U ovom poglavlju prokazat e se vanost balansiranja rotora motora, uzroci i posljedice nebalansiranog rotora te uvid u postupke balansiranja rotora.

1.1

Uzroci i posljedice neuravnoteenog rotora

Ovo poglavlje je napravljeno uz pomo literature [1, str.: 389.-394.], a od velike pomoi bio je i videozapis Balansiranje openito koji se nalazi u prilogu. Neuravnoteeni (nebalansirani) rotor (NR) jest onaj kojemu os vrtnje ne prolazi kroz centar mase. Rotori su najee napravljeni u obliku valjka, a njihov moment tromosti uvelike ovisi o polumjeru te raspodjeli mase samog rotora (kako e biti pokazanu u poglavlju koje slijedi). Prema tome, ako se prilikom proizvodnje ili oteenja rotora pojave nesavrenosti oblika rotora te nejednolika raspodjela mase rotora doi e do poveanja momenta tromosti te poveanja sila koje nastaju uslijed toga. Zbog toga je motor s NR-om buniji i jae vibrira nego kada je balansiran. Postoje dvije vrste neuravnoteenosti: statika i dinamika. Dinamika neuravnoteenost se moe mjeriti samo kad se rotor vrti, a najee je kombinacija static i couple neuravnoteenosti.

Slika 1.1. Prikaz nebalansiranih rotora (iz [1])

Nebalansiranost ne ovisi o brzini vrtnje, tj. ne poveava se s brzinom vrtnje, ali se centripetalna sila koju nebalansiranost uzrokuje poveava s kvadratom promjene brzine vrtnje. Zbog toga se tolerancija balansa odreuje za nazivne (maksimalne) vrijednosti brzine. Pri veim brzinama tolerancija balansa mora biti manja kako bi stroj radio isto u svim pogonskim tokama (vibracija i buka moraju biti to vie konstantni, a na kraju i minimalni).

1.2

Steinerov pouak

Objanjenje, kao i sam izvod, Steinerovog pouka nalazi se u literaturi [2] na stranicama 95. i 96. Radi lakeg shvaanja Steinerovog pouka preporua se prouavanje poglavlja 6. Rotacija krutog tijela te potpoglavlja 3.9. Sistem materijalnih toaka. Centar mase , takoer iz literature [2]. U narednom tekstu prikazat e se primjena Steinerovog pouka na konkretnom primjeru iz podruja elektrotehnike, odnosno iz podruja elektrinih strojeva. Primjer Steinerovog pouka pokazat e se na primjeru NR-a.

2

Slika1.2. Uz pokazivanje Steinerovog pouka

Rotor mase mrotor rotira oko osi 1. Na osi 1 nalazi se i leaj rotora te je zbog toga rotor prisiljen vrtjeti se oko osi 1, iako kroz os 2 prolazi kroz centar mase rotora. Razlog toga jest taj da je rotor nebalansiran, odnosno dolo je do pomaka centra mase rotora tijekom proizvodnje ili oteenja rotora. Os vrtnje rotora ne prolazi kroz centar mase rotora. Zbog ovakve situacije prikladno je koristiti Steinerov pouak kako bi se utvrdilo kako se promijenio moment tromosti rotora u odnosu na sluaj kada se rotor vrti oko centra mase, tj. kada se os 1 i os 2 poklapaju. Moment tromosti tijela ovisi o osi oko koje tijelo rotira. Primjenom Steinerovog pouka dobiva se sljedei izraz za moment tromosti rotora, prema [2]:

I I CM mrotor d 2

mrotor r 2 mrotor d 2 2

(1-1)

gdje je ICM moment tromosti valjka kada se rotor vrti oko centra mase, a d je udaljenost izmeu osi 1 te osi 2, odnosno udaljenost osi vrtnje od centra mase rotora. Izraz za ICM na desnoj strani jednakosti uzet je zbog valjkastog oblika rotora, to je sasvim prihvatljivo. Promatranjem izraza (1-1) jasno je da e najmanji moment tromosti rotor imati kada se vrti oko osi koja prolazi kroz centar mase rotora. Upravo je ovo jedan od razloga zato se rotor mora balansirati. Balansiranje se vri tako da se os 2 uvijek nastoji (razliitim tehnikim postupcima) pomaknuti na os 1, tako da se poklapaju. Besmisleno bi bilo pomicati os 1 (a time i osovinu-leajeve rotora) pomicati da se poklopi s osi 2, zato to bi se tada morao poveati zrani raspor izmeu rotora i statora., iako bi se i tada os vrtnje poklapala s centrom mase rotora.

1.3

Ispravljanje nebalansiranog rotora

Podaci o ovom poglavlju uzeti su iz literature [3] te takoer iz literature [1, str. 394.-400.], a radi lakeg uvida u postupke balansiranja rotora preporua se gledanje videozapisa 1. Balansiranje rotora 1, 2. Balansiranje rotora 2 te 3. Balansiranje openito koji se nalaze u prilogu. Literatura [3] se takoer nalazi u prilogu. Postoje vie naina kako se balansira rotor: odstranjivanjem materijala glodanjem, buenjem, rezanjem, ulijevanjem materijala u rupice. Cilj svih tih postupaka jest postaviti os vrtnje da prolazi kroz centar mase rotora. Balansiranjem se eli kompenzirati masa (ili nekakva kontura na rotoru) koja izbacuje rotor iz balansa (tzv. unbalance mass). Balansiranje se esto vri automatski (strojno), ali esto se zbog razliitih okolnosti (nemogunost instalacije na stroj za balansiranje, nepristupanost, itd.) balansiranje mora raditi runo.

Slika 1.3. Strojevi za balansiranje rotora

3

Slika 1.4. Primjeri balansiranja rotora (prema [3])

Kod balansiranja rotora bitno je da se moment kojega stvara tzv. unbalance mass poniti s momentom protumase koja se stavlja za balansiranje. Statika neravnotea (static unbalance) se moe ispraviti na dva naina (slika 1.4.), a couple unbalance se ispravlja tako da se postavljaju protumase s obje strane od centra mase. Za razliku od statike neravnotee, kod couple unbalance nije vano na kojem se mjestu nalaze protumase, ali je bitno da su s razliitih strana centra mase.

4

2

DRAI ETKICA ZA MALE MOTORE

U ovom poglavlju pokazana je osnovna namjena draa etkica, a takoer je dan pregled razliitih vrsta etkica s obzirom na njihovu namjenu.

2.1

Namjena draa etkica

Drai etkica moraju biti pravilno dizajnirani da omogue pravilan rad motora. Kako komutator i etkice istosmjernog motora uvjetuju performanse samog motora tada drai etkica imaju veliku ulogu. Primjerice, nepravilno postavljen dra etkica moe izazvati kolektorsku vatru pri manjim brzinama od nazivne. Zadae draa su da dre grafitnu etkicu na mjestu, izoliraju etkice od ostalih vodljivih dijelova stroja, usmjeravaju etkice prema kolektoru, omoguavaju prijanjanje etkica na kolektor ali i uzdizanje kako bi se trenje izmeu etkica i kolektora priliko rotacije smanjilo, produivanje vijeka trajanja etkice te smanjenje buke uslijed trljanja etkice po kolektoru.

Slika 1.5. Odreivanje koeficijenta trenja etkice i kolektora

Koeficijent trenja predstavlja odnos tangencijalne sile T i reakcije podloge N (slika 1.5.). Sila N jednaka je sili P kojom opruga pritiska preko pritiskivaa kod radijalnih etkica, odnosno sili P*cos kod nagnutih (reakcijskih) etkica. Trenje nije stalna veliina, ve ovisi o brojnim faktorima koji prvenstveno ovise od kvaliteti materijala etkice, zatim o brzini obrtanja i struji optereenja, o stanju kolektora ili kliznog prstena, kao i o atmosferi u kojoj etkica radi. Zbog toga se kao vrijednost koeficijenta trenja ne daje vrsta vrijednost, ve red veliine.

2.2

Vrste draa etkicaIzvor informacija ovog poglavlja moe se pronai u literaturi [1, str.: 401.-405.] te u literaturi [4].

Postoje razliite vrste draa etkica. S obzirom na poloaj etkice u odnosu na kolektor dijele se na radijalne (okomito na kolektor) i reakcijske (postavljaju se pod nekim kutom u odnosu na kolektor). S obzirom na izvedbu, drai se dijele na tzv. Cartrige-Style Brush Holder (CSBH) i Internal Brush Ring Assemblies (IBRA). CSBH su tehniki bolja realizacija draa dok je IBRA ipak jeftinija realizacija za motore koje je lake zamijeniti nego popraviti. Drai etkica mogu imati spiralnu oprugu ili oprugu konstantnog pritiska.

Slika 1.6. Vrste draa s obzirom na poloaj etkice u odnosu na kolektor

5

Slika 1.8. DDK, KD, KKD, KKDS i KDS drai

DDK drai namijenjeni su za najtee uvjete rada. Mogue je podeavanje kuta draa, a time i etkica, prema rotoru, a mogue je i podeavanje pritiska opruge. DDK se izrauje od lijevanog mesinga. KD, KKD, KDS i KKDS se upotrebljavaju za manje brzine. esto se prilikom naruivanja uz ime draa navode brojevi koji se odnose na dimenzije draa, npr. DDK 4020 znai sljedee: DDK dra za etkice dimenzija 40*20 cm.

6

Slika 1.7. Radijalni kolektorski drai (lijevo); prirubni drai i drai s spiralnom oprugu ili oprugom konstantnog pritiska (desno)

Radijalni drai se upotrebljavaju kod jednosmjernih istosmjernih elektrinih strojeva male ili srednje snage. Pogodni su za nazivno optereenje stroja i promjenjivu brzinu vrtnje. Prirubni drai koriste se kod vrlo malih strojeva radi utede prostora.

Slika 1.8. Drai dizajnirani za rad uz prisutnost vode

Takoer postoje razliite specijalne vrste draa koje se implementiraju u strojeve zbog razliitih uvjeta kd kojih klasini drai ne bi mogli obavljati svoju funkciju. Tako npr. Postoje posebno dizajnirani drai koji sprjeavaju doticanje vode s etkicom, drai za rad u eksplozivnoj atmosferi, visokotemperaturni drai, itd.

7

3

LAKIRANJE I LIJEPLJENJE DIJELOVA

Ovo poglavlje se bavi metodama impregnacije dijelova lakom, te sredstvima za lijepljenje koja se sve vie primjenjuju u postupku proizvodnje i obrade elektrinih strojeva.

3.1

Impregnacija lakom

Nove vrste lakova imaju sve vei utjecaj na konaan dizajn novih strojeva i sustava za impregnaciju lakom. Ne samo da se mijenjaju temperature i vremena procesa, nego se takoer mijenjaju i veliine samih sustava u odnosu na puno starije konvencionalne sustave. No to ne znai da su novi sustavi nuno bolji od konvencionalnih sustava. U nastavku su navedene i opisane neke metode i strojevi za impregnaciju lakom, kao i kljuna podruja za odreivanje, djelovanje i odravanje tih sustava. Primjena laka na motore, transformatore, i armature nije novi proces, prema tome, veina raznih metoda primjene laka je prisutna ve due vrijeme. U najuobiajenije metode se ubrajaju: uroni-i-ispeci sustav, uroni-izavrti sustav, i sustav s tankim mlazom. Parametri koji odreuju koji tip sustava treba koristiti su sljedei: Vrsta laka koji se koristi Veliina i teina komponente Koliina proizvodnje po satu Prednosti transporta i rukovanja Raspoloivost prostora proizvodnog pogona

Manji dijelovi, koje e vrlo vjerojatno biti proizvedeni u veim koliina, nastojat e se proizvoditi automatski u konstantno pokretnom sustavu (npr. armature za kune aparate i usisavae). Vei dijelovi, kojima je puno tee rukovati i tipino su proizvodni u manjim grupama ili pojedinano obrauju se vie runim sustavom (npr. veliki industrijski motori). Slijede primjeri i opisi razliitih sustava. 3.1.1 Uroni-i-ispeci sustav

Ovo je vjerojatno jedna od najuobiajenijih konvencionalna metoda primjene laka. U ovom se procesu, cijeli stator i njegovi namoti urone u spremnik s lakom, bilo pod atmosferskim tlakom, pod tlakom ili vakuumom. Razliiti dijelovi mogu biti prethodno ugrijani ili na sobnoj temperaturi ovisno o vrsti laka koja se koristi. Veliina dijela i konfiguracija namota odreuju vrijeme potrebno da lak popuni praznine u utorima i namotima. Uranjanje dijela u razliitim vremenskim intervalima, vaganje tog dijela, i njegovo elektrino testiranje e odrediti odgovarajue vrijeme uranjanja. Glavni nedostatak uranjanja dijelova u lak je uklanjanje laka sa neeljenih podruja nakon peenja, to poveava troak finalnog proizvoda. Konvencionalni uroni-iispeci sustavi imaju vrijeme uranjanja od 5-30 minuta za vee dijelove i vrijeme peenja 2-4 sata pri temperaturi od 205C. Za manje dijelove vrijeme uranjanja varira od 30 sekundi do 5 minuta. Proizvodni pogoni koji obrauju vie od 200 dijelova po satu najee koriste ovaj sustav. 3.1.2 Uroni-i-zavrti sustav

Ova se metoda u pravilu koristi za primjenu laka na statore motora. Stator visi na kuki ili je smjeten na paleti s otvorom prema gore, i tada se uranja u lak. Nakon uranjanja u lak, dio se ostavlja da se cijedi. Nakon kratkog vremena cijeenja stator se zavrti oko svoje osi kako bi se uklonio viak laka. Vrsta laka koja se koristi je nisko viskozna, doputajui tako samo tankom sloju laka da se zadri nakon vrtnje. Otpor na koroziju je jedan od glavnih razloga koritenja ovog sustava. Prema tome, ovaj se sustav koristi u proizvodnji hermetiki zatvorenih motora i motora koji se nalaze u mokroj okolini, kao to su pumpe za bazene. U tim sluajevima zatitni sloj laka preko cijele jezgre i namota je kljuan. Sustav s paletama na transportnoj traci ce takoer koristi. Dijelovi su postavljeni na palete i kreu se po transportnoj traci kroz pe. Svrha palete je dvojaka, ona mehaniki podupire dijelove i sakuplja proliveni lak. Grijanje i transport po traci za ovu metodu mogu biti identini kao i kod konvencionalnih sustava.

8

Slika 3.1. Prikaz postupka impregnacije metodom uroni-i-zavrti.

3.1.3

Sustav s tankim mlazom

Sustav impregnacije tankim mlazom je proces nanoenja laka kroz mlaznice izravno na elektrine komponente. Cijeli se proces moe podijeliti na etiri postupka: prvi je utovar dijelova na pokretnu traku na kojoj se kroz cijeli proces konstantno okreu , zatim slijedi postupak pred-grijanja koji omoguava grijanje dijelova na optimalnu temperaturu koja je kljuna za pravilnu impregnaciju, nakon toga dolazi do samog nanoenja laka na dijelove kroz mlaznice pod tankim mlazom to traje nekih 15-30 sekundi odnosno 2 do 3 okreta, lak se nanosi u kontroliranim koliinama i na odreena mjesta na armaturi ili statoru, naposljetku dijelovi prolaze kroz pe u kojoj se lak stvrdne i nakon to prou kroz pe ostavljaju se na kratko hlaenje. Prednosti sustava s tankim mlazom su : Mogunosti nanoenja laka tamo gdje elimo Manje ienja nakon stvrdnjavanja laka Mogunost popunjavanja utora i namota lakom Smanjenje koliine laka koja se koristi Smanjenje gubitaka laka Smanjenje vremena proizvodnje

Gore navedeni ciljevi se ostvaruju odabirom prave metode grijanja, upravljanja, i pravom vrstom laka za dio koji se proizvodi. Sustav s tankim mlazom u pravilu ukljuuje: stanicu za utovar /istovar tereta na pokretnu traku, zonu za pred-grijanje koja osigurava bolju apsorpciju laka, stanicu(ili vie njih) za impregnaciju tankim mlazom, zonu za post-grijanje, i u nekim sluajevima zonu za hlaenje nakon to je lak katalizirao. Na kraju se dijelovi skidaju s trake i alju na sljedei proces.

Slika 3.2. Prikaz postupka impregnacije metodom s tankim mlazom

3.1.4

Vrijeme procesa i temperature

U prolosti, konvencionalni lakovi zahtijevali su temperaturu pred-grijanja od oko 150C i temperaturu peenja(post-grijanja) oko 180C. No danas nove vrste lakova zahtijevaju temperaturu pred-grijanja u opsegu od 65-93C i temperaturu post-grijanja neto veu od ranije navedene. to u konanici, kao rezultat tih niih temperatura, daje manje trokove proizvodnje.

9

Na tablici 3.1. je generalno prikazana usporedba utroka energije u proizvodnji dijelova metodom uronii-ispeci i dvije metode s tankim mlazom.Tablica 3.1. Usporedba trokova postupka impregnacije za tri razliite metode

3.1.5

Kontrola sustava

Krae vrijeme obrade s novom generacijom lakova dovelo je u pitanje kontrolu informacija tijekom obrade. Veinom se u procesima moe upotrijebiti programirani logiki sklop (PLC-programmable logic controller). PLC-i pojednostavljuju konstrukciju tako to smanjuju broj elektrinih komponenti u kontrolnoj kabini. Danas se oni takoer sve ee koriste i pri sakupljanju podataka o funkcioniranju sustava. PLC-i se mogu koristiti za nadziranje sljedeih komponenata sustava: Put po pokretnoj traci brzina i indeks vremena Detekcija dijelova preko skenera ili neposrednih sklopki Automatski/runi nain rada Nanoenje laka start i stop Radni uvjeti sustava kao to su status sustava grijanja ili rada motora Sigurnosni alarm

Dobro strateko postavljanje kontrolne ploe moe osigurati da sve navedene kontrole budu smjetene na istoj ploi kako bi korisnik pravovremeno mogao izvriti bilo kakav nuan utovar ili istovar tereta a uz to i nadzirao sustav. Oito je da su potrebne godine kako bi se nauili svi struni trikovi o radu i odravanju raznih sustava impregnacije lakom. Sreom, sustavi napreduju u puno manje i jednostavnije sustave. U konanici, mora biti provedena temeljita procjena veliine dijelova, po satu obraene koliine dijelova, i eljene konane kvalitete proizvoda kako bi se odluilo koji bi tip sustava impregnacije lakom najvie odgovarao.

3.2

Sredstva za lijepljenje

Inenjeri i proizvoai su otkrili brojne prednosti vezane uz sredstva za lijepljenje i sline materijale prilikom sastavljanja i proizvodnje elektrinih motora. Sredstva za lijepljenje mogu omoguiti neke konstrukcijske prednosti, poboljati performanse krajnjeg proizvoda, smanjiti vrijeme sastavljanja, i u konanici smanjiti trokove proizvodnje elektrinih motora.

Slika 3.3. Mjesta upotrebe sredstava za lijepljenje

10

Lijepljenje sredstvima za lijepljenje sve vie zamjenjuje mehaniko povezivanje u proizvodnji elektrinih motora, i to zbog slijedeih razloga: Smanjenje mase motora Jednoliko rasporeene sile u spoju Poveana izdrivost na umor materijala Velika snaga veze kako slinih tako i razliitih materijala Prevencija korozije Manji trokovi Laka automatizacija

U proizvodnji i konstrukciji elektrinih motora upotreba sredstava za lijepljenje i odgovarajuih tehnika brtvljenja i premazivanja u zadnjih je nekoliko godina dramatino porasla, zamjenjujui brojne mehanike tehnike povezivanja. Tenja proizvoaa motora za smanjenjem trokova proizvodnje, poboljanjem performansi i dugovjenosti proizvoda doprinijela je sve veem podruju primjene sredstava za lijepljenje. Vano je za napomenuti da ne postoji niti jedno sredstvo za lijepljenje koje moe funkcionirati pod bilo kakvim okolnostima. Sredstva za lijepljenje imaju i neka ogranienja, kao to su: vrijeme potrebno da sredstvo dobro slegne i ovrsne, potrebna pripremanja i obrade povrine na koju se sredstvo nanosi, te potencijalna potreba za rastavljanjem proizvoda. No pravilan odabir sredstva za lijepljenje e prevladati ta ogranienja. Konstrukcija spoja je kritini faktor za snagu veze; dobro konstruiran spoj omoguava maksimalnu moguu povrinu vezanja i kombinira mehanike metode vezivanja sa vezivanjem sredstvima za lijepljenje. Nanoenje i stvrdnjavanje sredstava za lijepljenje mora biti pravilno izvedeno kako bi osiguralo nepromjenjive performanse spoja nakon spajanja. Kao to je prikazano na slici 3.4. postoje etiri vrste neuspjenog spoja, a to su: neuspjeh zbog adhezije, neuspjeh zbog kohezije, neuspjeh i zbog adhezije i zbog kohezije i neuspjeh zbog razdvajanja materijala.

Slika 3.4. Prikaz neuspjenih spojeva a) zbog adhezije, b) zbog kohezije, c) i zbog adhezije i zbog kohezije, d) zbog razdvajanja materijala.

Najbolje konstrukcije motora u kojima se koriste sredstva za lijepljenje i brtvljenje nastaju kao rezultat dobrog promiljanja inenjera o etiri osnovna pitanja, prije no to odredi konana konstrukcija i krene u masovnu proizvodnju. Ta su osnovna pitanja takoer vana prilikom problema u ve postojeoj primjeni. Pitanja su: 1. Da li se sredstvo za lijepljenje vee za povrinu materijala?

Kao dodatak, vano je napomenuti da treba paziti na faktore koji utjeu na razlijevanje sredstva za lijepljenje, jer je pravilno razlijevanje sredstva po povrini materijala kljuno za nastanak pouzdane veze. Prema tome, sva prljavtina, ostatci i masnoe trebaju biti uklonjeni sa povrine materijala bilo deterdentima, razrjeivaima ili nekim drugim kemikalijama.

Slika 3.5. a) pravilno razliveno(lijevo), b) nepravilno razliveno(desno) sredstvo za lijepljenje.

2.

Moe li se sredstvo za lijepljenje dosljedno raspodijeliti po spoju i ostati tako dok ne nastupi stvrdnjavanje? Da li se sredstvo za lijepljenje zgusne i stvrdne? Hoe li sredstvo za lijepljenje izdrati cijeli ivotni vijek motora?

3. 4.

11

Razumijevanje osnovnih tipova mehanikih sila od velike je vanosti pri konstrukciji spojeva. Tipine mehanike sile koje mogu djelovati na sam spoj su: Sila razvlaenja

Slika 3.6. Prikaz sile razvlaenja

Sila pritiska

Slika 3.7. Prikaz sile pritiska

Sila smicanja

Slika 3.8. Prikaz sile smicanja

Sila cijepanja

Slika 3.9. Prikaz sile cijepanja

Sila guljenja

Slika 3.10. Prikaz sile guljenja

Inenjeri moraju dobro razumjeti kako je sila distribuirana u svrhu dizajniranja najjaeg mogueg spoja. Tijekom procesa dizajniranja mogu posluiti dvije univerzalne smjernice: Maksimiziranje sile smicanja/minimiziranje sile cijepanja i guljenja, Maksimiziranje sile pritiska/minimiziranje sile razvlaenja.

12

4

MAGNETIZERI I MAGNETSKO UVRENJE

Ovo poglavlje se bavi praktinim smjernicama za analiziranje i odabir opreme za magnetiziranje, razmagnetiziranje i sistema za mjerenje. Dana je lista sa traenim informacijama i opisom razliitih magnetskih i podeavajuih sistema. U dosta sluajeva, nekoliko razliitih magnetskih sistema moe biti preporueno za neku primjenu. Najvaniji aspekt analize je dobivanje potpune slike zahtjeva. Do toga moe doi jedino neprekidnim dijalogom oblikovanja proizvoda, inenjera za proizvodnju i dobavljaa opreme. U ranoj fazi razvoja proizvoda, dobavlja magneta moe asistirati proizvodnom inenjeru za bilo koji dani projekt. Sa velikim opsegom magnetskih materijala danas dostupnih, bliska suradnja sa proizvoaima magneta je jako vana. Proizvoai opreme za magnetiziranje mogu pomoi u odabiru prave opreme nakon to je odabran magnetski materijal. O sljedeim stavkama projektni inenjeri i dobavljai proizvoda trebaju raspravljati: Lista za testiranje: Magnetski materijal Kvaliteta Karakteristike Radna toka Usmjerenje Fizikalne veliine Konfiguracija ili oblik Polarna konfiguracija Potrebe za magnetizaciju i podeenje Postotak demagnetizacije i traena preciznost Djelatni okoli Mjerenja i mogunosti testiranja

4.1

Magnetski materijali

Traimo one materijale koji imaju veliku permeabilnost, malu koercitivnu silu, male gubitke histereze, lagano se magnetiziraju i razmagnetiziraju. Koriste se u istosmjernoj i izmjeninoj struji za izradu elektrinih strojeva, transformatora, elektromagneta, releja... Magnetski materijali koji se koriste u NF tehnici, za jezgre zavojnica transformatora, prigunica i releja, dijelove statora i rotora elektrinih strojeva: eljezo: isto (kako bi koercitivna sila bila to manja) Slitine eljeza i silicija: do 6% silicija; vei elektrini otpor (smanjeni gubici zbog vrtlonih struja), smanjena magnetska indukcija zasienja Slitine eljeza i nikla: od 36 do 80% nikla; velika poetna permeabilnost, mala koercitivna sila Ostali dodaci: Al, Co, Mn, Cr, Cu...

4.2

Fizikalne veliine i oblik

Koje fizikalne informacije su bitne? Ukratko, to je vie mogue: oblik, promjer, duljina osi, graf magneta sa vrijednim informacijama. Ove informacije pomau smanjenju energije koju je potrebno uloiti. Polarna konfiguracija govori nam kako e izgledati magnetsko polje oko magneta. Neke stvari koje treba raspraviti su broj polova, raspon izmeu polova (ako je presudan), mjesto ili postavljanje polova na magnetu, uvjet za asimetrine polove, uvjet za centriranje s obzirom na druge stvari u sklopu magneta. Ove informacije pomau pri odluivanju da li je traena oprema jednostavna zavojnica, izdrljivo eljezo, bakar ili elik u listiima.

4.3

Stanje magnetiziranosti

Stanje magnetiziranosti je korak u proizvodnom krugu kada e magnet biti magnetiziran. Informacije trebaju sadravati zasebni magnet ili magnetsku strukturu, materijale u strukturi, koliko je magneta u strukturi, dimenzije, graf strukture. Ove informacije takoer pomau u odluivanju o ukupnoj veliini magnetskog uvrivanja, i ima li kakvih zahtjeva za dugaki impuls ili dodatno polje iznad preporuenog polja materijala.

13

4.4

Djelatni okoliDjelatni okoli podrazumijeva: Hoe li oprema biti koritena u laboratoriju, istom prostoru ili proizvodnom prostoru Sva razmatranja u vezi temperature i vlanosti

Laboratorijski magnetizer obino zahtjeva puno manju krunu frekvenciju, potencijalno manje energije i manje automatizacije. U puno sluajeva, laboratorijski magnetizer nije lagano prebaciti u produkciju.

4.5

Tipovi magnetizera

Magnetiteri mogu biti generalizirani u etiri kategorije: permanentni-magnet, elektromagnet, polukruni magnetizer, kapacitivni magnetizer. Permanentni magnet Magnetizeri od permanentnih magneta sastoje se od velikog permanentnog magneta u obliku slova U, koji imaju podesive polne dijelove. Maksimalna veliina zranog raspora je najee oko 3,2 centimetra. Pojava visoko energetskih materijala za permanentne magnete poboljala je razvijanje ovih magnetizera. Elektromagneti Elektromagneti koriste jedan ili dva namota ice namotane koko eljezne jezgre imajui oblik slova C. Podesivi polni dijelovi doputaju koritenje zranih raspora raznih irina. Istosmjerna struja se dovodi na namote i rezultantna elektromagnetska sila stvara magnetsko polje u zranom rasporu. Polukruni magnetizeri Prednost ovih magnetizera je izazivanje impulsa u vrlo kratkom razmaku. Trajanje pulsa od 8 ms moe biti dobiveno u mreama frekvencije od 60 Hz. Dobivena magnetska sila ovisi o jakosti dopremljene struje.

Slika 4.1. Shema polukrunog magnetizera

Kapacitivni magnetizeri Ovaj magnetizer radi na principu uskladitenja energije. Napon je spremljen u kondenzatoru, za to obino treba nekoliko sekundi, i uskladitena energija se tada puta kroz jednosmjernu sklopku u snabdjevakom transformatoru. Trajanje i valni izgled impulsa ovisi o kapacitetu kondenzatora, indukciji transformatora, te o otporu.

Slika 4.2. Shema kapacitivnog magnetizera

14

4.6

Odabir magnetizera

Analizirajui mogunosti etiri glavna tipa magnetizera dolazimo do sljedeih zakljuaka. Gdje se gleda na ekonominost, gdje su dugi magnetski impulsi prihvatljivi i samo e strukture s dva pola biti magnetizirane, tamo e elektromagnet biti zadovoljavajui. Zagrijavanje elektromagneta moe biti ograniavajui faktor kada je struja dugo prikljuena na namote. Tu moe pomoi vodeno hlaenje namota. Polukruni magnetizeri su moda najbri nain za magnetiziranje velikih koliina dijelova sline magnetske strukture. Moe proizvesti puno impulsa po minuti. Meutim, zagrijavanje sklopa moe iziskivati vodeno hlaenje kako ne bi dolo do oteenja. Relativno dugaki impuls polukrunog magnetizera je koristan gdje se velike koliine visoko permeabilnih materijala trebaju magnetizirati. Kapacitivni magnetizer ima veinu osobina elektromagneta i polukrunog magnetizera sa nekim malim ogranienjima. Duljina impulsa i najvia toka struje mogu varirati promjenom kapaciteta kondenzatora i mijenjanjem razine uskladitenog napona. Brzina procesa nije tako velika kao kod polukrunog jer punjenje kondenzatora traje od 1-20 sekundi.

4.7

Upotreba magneta u elektrinim strojevima danas

Koritenje kvalitetnih magnetskih materijala s visokom koncentracijom magnetske energije po jedinici volumena (materijali na bazi rijetkih zemalja, samarij-kobalt (SmCo5), neodij-eljezo-bor (NdFeB) ) te smanjenjem cijena i razvojem pretvaraa sa sklopkama visoke frekvencije sklapanja (engl. MOSFET, MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor; IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) rezultiralo je poveanim interesom za primjenu motora s permanentnim magnetima. Pojavljivanjem brih i jeftinijih signalnih procesora postalo je mogue i praktino primijeniti teoriju vektorskog upravljanja na izmjeninim motorima ime su postignuta ista upravljaka svojstva izmjeninih i istosmjernih elektromotornih pogona, a osim toga je izvedba sustava vektorskog upravljanja motora s permanentnim magnetima jednostavnija, jer je poloaj vektora magnetskog toka rotora vrsto vezan uz jednostavno mjerljiv poloaj rotora. Prednosti izmjeninih motora s permanentnim magnetima u kombinaciji s brzo padajuim cijenama permanentnih magneta, dovele su do njihove iroke primjene u mehatronici; robotski aktuatori, alatni strojevi, kompjuterski diskovi, kuanski aparati, pogoni s vlastitim napajanjem (elektrini automobili, invalidska kolica, golf kolica, bicikli), aviosvemirski programi, i slino.

4.8

Magnetiziranje pranjenjem kondenzatora

Magneti su beskorisni dok nisu magnetizirani. Nijedan inovativni dizajn elektrinog motora ne moe prevladati injenicu da motor nee raditi ako magnet nije magnetiziran. Dok se ulau ogromna sredstva za dizajn elektrinih motora, optimizaciju i produktivnost, lagano dolazi do previda procesa magnetiziranja. Nepravilno magnetizirani magneti mogu pobiti dobitke dobivene u dizajnu i produktivnosti. Ovo poglavlje e pomoi proizvoau elektrinog motora u traenju optimalnih procesa magnetiziranja za proizvodnju motora, poboljanje performansi i pouzdanosti gotovog proizvoda. Magnet je magnetiziran kada je izloen velikom magnetskom polju. Sustavi za magnetiziranje sastoje se od dvije osnovne komponente: Magnetizer, koji skladiti i oslobaa energiju u obliku elektrine struje, i magnetizirana zavojnica, koja pretvara veliku elektrinu struju u magnetska polja da bi magnetizirala magnet.

Slika 4.3. Blok dijagram sustava za magnetiziranje

Nekoliko je naina za skladitenje elektrine energije: Baterije Induktori Generatori Elektrini kondenzatori

15

S obzirom da su za proces magnetiziranja potrebna velika polja, pri procesu se ee koriste izmjenine struje nego istosmjerne. Zbog kratke, ali intenzivne struje u procesu magnetiziranja, elektrini kondenzatori su uobiajene komponente koje se koriste za skladitenje elektrine energije.

4.9

Skladitenje elektrine energije u kondenzatorima

Kako sustavi za magnetiziranje esto koriste kondenzatore za skladitenje energije, oni se esto nazivaju i kao sustavi za magnetiziranje pranjenjem kondenzatora. Kondenzatori koje je mogue kupiti obino nemaju dovoljno kapaciteta za skladitenje energije. Stoga se kondenzatori povezuju u kondenzatorske baterije paralelnom ili serijskom kombinacijom kondenzatora (CDM sustav).

Slika 4.4. Spajanje kondenzatora u sustav za magnetiziranje

U uobiajenom CDM sustavu, kondenzatorska baterija e proizvesti od nekoliko stotina do desetke tisua dula.

4.10 Elektrolitiki kondenzatoriZbog materijala koji se koriste u proizvodnji elektrolitskih kondenzatora, maksimalni napon je oko 500 volta. Vii naponi mogu se dobiti povezivanjem u seriju. Glavno ogranienje elektrolitskih kondenzatora je nemogunost punjenja u suprotnom smjeru. Veliina elektrolitskog kondenzatora kapaciteta od 3500 F pri 300 V je oko 6.7 cm promjer i 14 cm duljine. Tei oko jednog kilograma i moe uskladititi energiju od 157.5 J.

4.11 Uljni kondenzatoriZbog materijala i metoda izrade, uljni kondenzatori su puno vei od elektrolistkih kondenzatora i mogu se puniti u bilo kojem smjeru. Uljni kondenzatori sadre manje kapaciteta za istu veliinu. Uobiajene vrijednosti su oko 2500 V pri kapacitetu od 1600 F, imajui masu od 22 kile i skladitenje 500 J energije. Veliina ovog kondenzatora je 13 34 33 cm. Osim dueg vijeka kondenzatora, uljni kondenzator ima prednost proizvoenja eksponencijalnog, sinusnog ili oscilirajueg valnog oblika.

4.12 Magnetiziranje magneta pojedinano ili u skupinamaMagnet koji je izgraen u konani sklop, kao to je istosmjerni motor, obino je tee magnetizirati nego zasebni magnet. To se moe dogoditi u veim CDM sklopovima, sloenijim zavojnicama itd. Metalni magnetski sklop e troiti energiju prilikom magnetiziranja u obliku vrtlonih struja. To je osobito istinito u sluaju magnetskih metala kao to su legure elika ( ukljuujui i magnetizirane nehrajue elike). Nemagnetski metali, kao to je aluminij, takoer su izvori gubitaka vrtlonih struja, ali u manjoj mjeri nego magnetizirani elik. Ali svakako je isplativije stavljati nemagnetizirane metale, jer je jako teko povezivati metale jednom kada su magnetizirani. U stvari, to je potencijalno opasno raditi runo. To je osobito istinito s velikim magnetima i magnetima sa velikom koliinom proizvedene energije, kojima je jako teko rukovati kada su magnetizirani.

16

ZAKLJUAKSmisao ovog rada je upoznavanje s nekim od metoda proizvodnje malih elektrinih strojeva. Seminar je vrlo koristan, zato to daje obradu vrlo specijaliziranih proizvodnih postupaka, tj. ne opisuje proizvodnju u irem smislu nego se specijalizira na vrlo uske teme. Istina, u seminaru se ne moe dobiti uvid o svim proizvodnim postupcima, ali to i nije cilj rada. U prvom poglavlju (o balansiranju rotora) prikazano je kako balansiranje utjee na rad rotora te su dane smjernice kako se balansira rotor. To poglavlje opisuje i problematiku nebalansiranog stroja te moe pomoi osobama koje e se susresti s problemom nebalansiranog motora u buduem radu. U samom poglavlju dano je i rjeenje tog problema. Drai etkica te njihova uloga dani su u drugom poglavlju. To poglavlje uglavnom skree panju na vrste etkica te o emu treba voditi rauna prilikom naruivanja draa etkica. To poglavlje moe biti korisno vrlo korisno osobama koje rade na odravanju elektrinog pogona. Lakiranje i postupci lakiranja vodia su teme koje su vrlo vane zato to ti postupci moraju osigurati pravilan rad stroja. Da ne bi dolo do kratkog spoja izmeu vodia potrebno je pravilno odabrati postupak lakiranja. Nadalje se razmatra i postupak lijepljenja pojedinih dijelova malih strojeva te se pokazuju prednosti u odnosu na mehanike postupke spajanja dijelova. Zadnje poglavlje prikazuje naine proizvodnje magneta koji se koriste u strojevima. Pokazuje se postupak s kondenzatorima te se posebna panja obraa na uljne kondenzatore i njihove prednosti u odnosu na elektrolitske kondenzatore. Teme koje su obraene u seminaru zapravo su temelj za svakog tko radi u tim podrujima, ali i za sve koji ele specijalizirano saznati o nekim od pojedinih tema. Prema tome, seminar je vrlo praktian, odvaja se od teorijske problematike i daje uvid u stvarnost elektrinih strojeva.

17

LITERATURA[1] HANDBOOK OF SMALL ELECTRIC MOTORS, William H. Yeadon, P.E. Editor in Chief, Alan W. Yeadon, P.E. Associate Editor [2] Petar Kulii, Mehanika i toplina, udbenik fizike za studente elektrotehnikog fakulteta, kolska knjiga, Zagreb, 2002 [3] BALANCING ROTORS USING THE STATIC/COUPLE METHOD, lanak s web stranice: www.balancingusa.com [4] DRAI ETKICA ZA KLIZNE PRSTENOVE, dokument u pdf-u s web stranice: http://ranex.rs/drzacicetkica/drzaci-cetkica-za-klizne-prstenove [5] TRICKLE IMPREGNATION OF ELECTRIC MOTORS & GENERATORS, dokument u pdf-u s web stranice: http://www.alliance-winding.com/techpapers/introtrickle.pdf [6] TRICKLE IMPREGNATION RESINS, dokument u pdf-u s web stranice: http://www.dolphs.com/pdfs/Dol_TrickleResin.pdf [7] ELECTRIC MOTOR ADHESIVES, dokument http://www.permabond.com/pdf/MKT_Electric_Motors.pdf u pdf-u s web stranice:

[8] DESIGN GUIDE FOR ELECTRIC MOTORS AND GENERATORS, dokument u pdf-u s web stranice: http://www.intemag.com/pdf/Henkel-Loctite_Magnet_Bonding.pdf [9] ADHESIVES FOR ELECTRIC MOTORS AND GENERATORS http://www.masterbond.com/industries/adhesives-electric-motors-and-generators lanak s web stranice:

[10] BEZKOLEKTORSKI ISTOSMJERNI MOTORI (STROJEVI), dokument u pdf-u s web stranice: http://www.fer.unizg.hr/_download/repository/BIM_za_web.pdf [11] ELECTROLYTIC CAPACITORS, lanak s web stranice: http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-c04electr-cap.htm

18

PRILOZIP-1 Rjenik stranih rijei P-2 Popis pitanja prezentatora P-3 Static-Couple Balancing (pdf) P-4 Tehniki opis strojeva za balansiranje rotora (pdf) P-5 Vrste draa etkica (pdf) P-6 Trickle impregnation resins (pdf) P-7 Trickle impregnation of electric motors & generators (pdf) P-8 Impregnating Varnish E 1140 (pdf) P-9 Adhesives for Electric Motors (pdf) P-10 LOCTITE 326 (pdf) P-11 Electric Motor Adhesives (pdf) P-12 Bezkolektorski istosmjerni motori(strojevi) (pdf) P-13 Videozapisi: Balansiranje openito, Balansiranje rotora 1, Balansiranje rotora 2, Uroni-i-zavrti metoda.

19