SILNIKI INDUKCYJNE Z MIEDZIAN ODLEWAN KLATK WIRNIKA

Podobne dokumenty
BADANIA PORÓWNAWCZE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH Z MIEDZIANĄ I ALUMINIOWĄ KLATKĄ WIRNIKA

SILNIKI INDUKCYJNE Z MIEDZIANĄ ODLEWANĄ KLATKĄ WIRNIKA - NOWE PROBLEMY I NOWE PERSPEKTYWY

SILNIKI INDUKCYJNE KLATKOWE Z WIRNIKIEM ZALEWANYM MIEDZIĄ

SILNIKI TRAKCYJNE Z MAGNESAMI TRWAŁYMI nowa jako napdów trakcyjnych. Badawczo-Rozwojowy Maszyn Elektrycznych KOMEL

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI SILNIK ASYNCHRONICZNY I (E-12)

Rdzeń stojana umieszcza się w kadłubie maszyny, natomiast rdzeń wirnika w maszynach małej mocy bezpośrednio na wale, a w dużych na piaście.

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

ANALIZA CHARAKTERYSTYK TARCZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO WYKORZYSTUJĄCEGO RÓŻNE MATERIAŁY MAGNETYCZNE RDZENI STOJANA I WIRNIKA

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

Ocena kształtu wydziele grafitu w eliwie sferoidalnym metod ATD

PORÓWNANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO I JEDNOFAZOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI. BADANIA EKSPERYMENTALNE

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 78/

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Marcin SZCZYGIEŁ * Katedra Mechatroniki, Wydział Elektryczny, Politechnika l ska, Gliwice.

Badanie układów sterowania napdem elektrycznym - rozruch silników indukcyjnych

ZASTOSOWANIE ANALIZY CZSTOTLIWOCIOWEJ PRDU DO WYKRYWANIA USZKODZE WIRNIKÓW SILNIKÓW INDUKCYJNYCH ZASILANYCH Z PRZEMIENNIKA CZSTOTLIWOCI

Wymierne korzyci wynikajce z analizy procesów

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

Elektryczne silniki energooszczędne aspekty ekonomiczne stosowania

Laboratorium elektryczne. Falowniki i przekształtniki - I (E 14)

DWA PRZYKŁADY WŁAŚCIWEGO DOBORU SILNIKÓW DUŻEJ MOCY DO CZĘSTO POWTARZANYCH LUB DŁUGO TRWAJĄCYCH ROZRUCHÓW

Prdnica prdu zmiennego.

TECHNOLOGICZNE I EKSPLOATACYJNE SKUTKI ZMIAN KSZTAŁTU PRĘTA KLATKI SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY

TŁOCZNO BLACH O PODWYSZONEJ WYTRZYMAŁOCI

OBLICZENIOWE BADANIE ZJAWISK WYWOŁANYCH USZKODZENIEM KLATKI WIRNIKA

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

SILNIKI ASYNCHRONICZNE INDUKCYJNE

BEVELMASTERTM TM 203C - PRZENONA OBRABIARKA DO RUR W EKRANACH BEVELMASTER TM 204B - PRZENONA OBRABIARKA DO RUR I KOŁNIERZY

OKREŚLENIE OBSZARÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH W PRACY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

PROPOZYCJE NOWYCH METOD WYZNACZANIA SPRAWNOŚCI SILNIKÓW INDUKCYJNYCH KLATKOWYCH

Maszyna indukcyjna jest prądnicą, jeżeli prędkość wirnika jest większa od prędkości synchronicznej, czyli n > n 1 (s < 0).

OGNIWO PALIWOWE W UKŁADACH ZASILANIA POTRZEB WŁASNYCH

BADANIA SILNIKA SZEREGOWEGO BEZKOMUTATOROWEGO

W Y B R A N E P R O B L E M Y I N Y N I E R S K I E ALGORYTM STEROWANIA ADAPTACYJNEGO HYBRYDOWEGO POJAZU KOŁOWEGO

Energooszczędne silniki elektryczne prądu przemiennego

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

Napd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne

Katalog techniczny. Softstarty. Typu PSR. Katalog 1SFC C0201_PL

Argumenty na poparcie idei wydzielenia OSD w formie tzw. małego OSD bez majtku.

KONKURENCJA DOSKONA!A

BADANIE MASZYN PRDU STAŁEGO

APLIKACJA NAPISANA W ŚRODOWISKU LABVIEW SŁUŻĄCA DO WYZNACZANIA WSPÓŁCZYNNIKA UZWOJENIA MASZYNY INDUKCYJNEJ

DIAGNOSTYKA SILNIKA INDUKCYJNEGO Z ZASTOSOWANIEM SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU CZĘŚĆ 2 ZASILANIE NIESYMETRYCZNE

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

SILNIKI KLATKOWE DUŻEJ MOCY DO CZĘSTO POWTARZANYCH LUB DŁUGO TRWAJĄCYCH ROZRUCHÓW

Kod CPV WENTYLACJA

DWUKIERUNKOWY JEDNOFAZOWY SILNIK SYNCHRONICZNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

WYKORZYSTANIE EFEKTU WYPIERANIA PRĄDU W ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM MASZYN WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Planowanie adresacji IP dla przedsibiorstwa.

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 5. Analiza pracy oraz zasada działania silników asynchronicznych

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

ELMAST BIAŁYSTOK PRZEKANIK ELEKTRONICZNY DO ZABEZPIECZE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH TRÓJFAZOWYCH NISKIEGO NAPICIA

ZASTOSOWANIE SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU STOJANA W DIAGNOSTYCE SILNIKA INDUKCYJNEGO PODCZAS ROZRUCHU

Napd i sterowanie hydrauliczne i pneumatyczne

Tłumienie pól elektromagnetycznych przez ekrany warstwowe hybrydowe ze szkieł metalicznych na osnowie elaza i kobaltu

PROJEKTOWANIE OPTYMALNYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH TRÓJFAZOWYCH

Softstarty 3RW40 dostpne do mocy 250 KW

ANALIZA PRACY SILNIKA INDUKCYJNEGO W WARUNKACH ZAPADU NAPICIA

POBÓR MOCY MASZYN I URZDZE ODLEWNICZYCH

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

Trójfazowe silniki klatkowe niskiego napięcia - seria 12AA/13AA w obudowie aluminiowej - seria 12BA/13BA w obudowie żeliwnej (Wydanie I 2013)

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO ORAZ SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM - BADANIA EKSPERYMENTALNE

DOSTOSOWANIE KRAJOWEJ PRODUKCJI SILNIKÓW INDUKCYJNYCH DO NOWYCH WYMAGAŃ IEC I UNII EUROPEJSKIEJ

MASZYNY ELEKTRYCZNE CELMA SA

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

ANALIZA PORÓWNAWCZA RÓŻNYCH KONSTRUKCJI MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

BADANIA UKŁADU NAPDOWEGO Z SILNIKIEM BEZSZCZOTKOWYM (PMSM) O MOCY 20 kw

Banki spółdzielcze na tle systemu finansowego w Polsce

WYBRANE ASPEKTY WSPÓŁCZESNEJ SYTUACJI ŚWIATOWEJ W ZAKRESIE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

MODERNIZACJA I POPRAWA PARAMETRÓW SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH DUŻEJ MOCY PODCZAS REMONTU

PROGRAMY OCHRONY POWIETRZA W WOJEWÓDZTWIE MAZOWIECKIM

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Eugeniusz ZIÓŁKOWSKI 1 Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków

Energooszczędne układy napędowe dwubiegowe

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

AKADEMIA TECHNICZNO - ROLNICZA WYDZIAŁ MECHANICZNY OSPRZT ELEKTRYCZNY POJAZDÓW MECHANICZNYCH

CYKL POWIETRZNY W BILANSIE PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO

Rys 4. Układ klimatyzacyjny z recyrkulacyjnymi szafami klimatyzacyjnymi firmy Weiss Klimatechnik [2]

DZIENNIK USTAW. 3. Przeprowadzajc wewntrzn kontrol produkcji, producent sporzdza dokumentacj techniczn umoliwiajc dokonanie oceny zgodnoci.

Ustawa z dnia... o zmianie ustawy o urzdach i izbach skarbowych

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

HAMOWNICE PRĄDU STAŁEGO I PRZEMIENNEGO ZE ZWROTEM ENERGII DO SIECI

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

TEMATY PRAC DYPLOMOWYCH do wyboru w wiosna 2017 r.

PORÓWNANIE PARAMETRÓW SILNIKA DWUFAZOWEGO I TRÓJFAZOWEGO ZASILANYCH Z PRZEKSZTAŁTNIKÓW

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki

Analiza polityki WOW NFZ w Poznaniu wobec mieszkaców regionu koniskiego

Zarzdzanie i inynieria produkcji Studia II stopnia o profilu: A x P

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

REGULAMIN PROMOCJI BIZNES KLASA BEZPŁATNA PITKA

stopie szaro ci piksela ( x, y)

MP69 ZETTLER EXPERT. Osłona przeciwwietrzna MP69 Nr kat Osłona przeciwwietrzna stalowa SMP69 Nr kat

Materiały metalowe. Wpływ składu chemicznego na struktur i własnoci stali. Wpływ składu chemicznego na struktur stali niestopowych i niskostopowych

Bazy danych. Plan wykładu. Zalenoci funkcyjne. Wykład 4: Relacyjny model danych - zalenoci funkcyjne. SQL - podzapytania A B

Analiza parametrów krystalizacji eliwa chromowego w odlewach o rónych modułach krzepnicia

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 1 Ryszard Zapanik Instytut Elektrotechniki, Warszawa SILNIKI INDUKCYJNE Z MIEDZIAN ODLEWAN KLATK WIRNIKA INDUCTION MOTORS WITH DIE CASTING COOPER ROTORS Abstract: Die-cast copper rotor motors as the new kind of the squirrel cage induction motors. Main performance of the motors where copper has been substituted for aluminum in the rotor squirrel cage. Today s wordwide situation in the field of the production of the die-cast copper rotor induction motors. Perspectives of the industrial expansion of this kind of motors as the profitable alternative to ordinary motors with aluminum squirrel cage. 1. Wstp Przeszło stuletnia historia produkcji, aplikacji i eksploatacji silników indukcyjnych klatkowych powoduje, e jest to obecnie tzw. produkt technicznie dojrzały co skutkuje równie tym, e jest on odporny na rónego rodzaju nazbyt radykalne pomysły innowacyjne. Od kilku dziesitków lat w budowie silników indukcyjnych klatkowych nie zaszły istotniejsze zmiany w konstrukcji, technologii i rodzajach stosowanych materiałów. Ujednoliciły si w skali wiatowej i ustabilizowały podstawowe procesy technologiczne silników zwojenie, wykrawanie blach, impregnacja, odlewanie eliwa i aluminium, obróbka mechaniczna. Mona tu mówi o szczególnym rodzaju globalizacji wynikajcym z faktu opanowania wiatowego rynku urzdze technologicznych przez okrelon liczb wyspecjalizowanych firm dostarczajcych pod klucz takie urzdzenia producentom silników. Nie ulegały zmianie rodzaje podstawowych materiałów czynnych: blacha elektrotechniczna (zimnowalcowana niskokrzemowa), przewody nawojowe (miedziane), aluminium do odlewania klatek wirnika oraz rodzaje materiałów izolacyjnych. Poza innymi przyczynami, nie bez wpływu na stabilizacj konstrukcyjn silników ma ukształtowana w duym stopniu w minionych latach i konserwatywna z zasady midzynarodowa i krajowa normalizacja dotyczca maszyn elektrycznych w ogólnoci i silników indukcyjnych w szczególnoci. W ostatnim czasie pojawiły si przesłanki zapowiadajce moliwo zmiany tej sytuacji. Chodzi tu o materiał z którego s odlewane uzwojenia klatkowe wirników. Obecnie materiałem uywanym powszechnie do odlewania uzwoje klatkowych jest aluminium. Z podstawowych zasad działania silnika wiadomo, e zastpienie w klatce wirnika aluminium miedzi tj. materiałem o konduktywnoci prawie dwukrotnie wikszej stwarza w silniku znaczco lepsze warunki dla przemiany energii elektrycznej w mechaniczn, co moe by w róny sposób, zalenie od wyboru zdyskontowane na korzy silnika: podwyszenie sprawnoci, obnienie masy, zmniejszenie gabarytów. Dotychczas wprowadzenie przemysłowego odlewania klatek wirnika z miedzi uniemoliwiały przeszkody natury technologicznej. Wysoka, ponad 1000 0 C temperatura topnienia miedzi, prawie dwukrotnie wysza ni dla aluminium wymaga uycia specjalnych form odlewniczych (kokili). Poza spełnieniem okrelonych wymaga technicznych kokile takie ze wzgldu na konieczno zapewnienia akceptowalnego kosztu przemysłowej operacji odlewniczej musz mie odpowiednio du trwało liczon liczb moliwych do wykonania wtrysków (shots) w jednej kokili, w literaturze np. [1] wymienia si liczb 20 000. Moliwoci rozwizania tego problemu pojawiły si stosunkowo niedawno na przełomie minionego i obecnego stulecia.. W literaturze pochodzcej z tego okresu przedstawiono rezultaty zrealizowanego w USA programu badawczego, który doprowadził do opracowania specjalnej kokili na bazie stopu niklu, wolframu i molibdenu przeznaczonej do odlewania miedzianych klatek wirnika. Jednocze- nie zmodyfikowano sam proces odlewniczy przez wprowadzenie wstpnego podgrzewania

2 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 kokili celem zmniejszenia szoku termicznego działajcego na kokil w momencie wtrysku roztopionej miedzi. Wg. autorów tej publikacji kokila taka w połczeniu z operacj jej wstpnego podgrzania wytrzymuje liczon w tysicach ilo wtrysków, co zapewnia fabryczn opłacalno procesu odlewania miedzianych klatek wirnika. 2. Podstawowe efekty uzyskiwane w silniku w wyniku zastosowania uzwoje klatkowych wirnika odlewanych z miedzi Podstawowym efektem zastosowania miedzi w miejsce aluminium jako materiału, z którego odlewane jest uzwojenie klatkowe wirnika w silnikach indukcyjnych jest znaczce zmniejszenie strat w silniku co przekłada si na liczcy si technicznie i handlowo wzrost sprawnoci silnika. W ostatnim czasie w literaturze wiatowej ukazało si sporo publikacji na ten temat opartych m.in na eksperymentalnych badaniach porównawczych strat w silnikach z miedzian i aluminiow klatk wirnika - np. [1, 3-7]. Determinujce sprawno silnika jego straty całkowite równe rónicy mocy pobieranej z sieci i oddawanej na wale s sum piciu składników: a) w uzwojeniu stojana; b) w rdzeniu stojana; c) w uzwojeniu (klatce) wirnika; d) mechaniczne (wentylacja i tarcie); e) dodatkowe. Ogólnie rzecz biorc zastosowanie miedzi w miejsce aluminium do odlewania klatek wirników w sposób bezporedni (wiksza konduktywno) zmniejsza składnik c) strat oraz w sposób poredni składnik d) (przy mniejszych stratach w klatce wirnika silnik mniej si nagrzewa i wystarcza mniej intensywna wentylacja). W niektórych wzmiankowanych wyej publikacjach odnotowano równie eksperymentalnie stwierdzony fakt, e w silnikach z klatk miedzian mniejszy jest równie w porównaniu z klatk aluminiow składnik e) straty dodatkowe, nie wyjaniajc do koca tego przyczyny. W literaturze wymienia si równie inne zalety silników z uzwojeniem klatkowym wirnika odlewanym z miedzi w porównaniu z silnikami z klatk aluminiow: nisze nagrzewanie si silnika podczas pracy co zwiksza jego trwało; łatwiejsze wywaanie wirnika a nawet zbyteczno takiej operacji technologicznej, moliwo zmniejszenia gabarytów silnika. 3. Róne zasady stosowania w silnikach klatek wirnika odlewanych z miedzi w miejsce klatek odlewanych z aluminium Zastosowanie w silnikach indukcyjnych uzwoje klatkowych wirnika odlewanych z miedzi w miejsce uzwoje klatkowych odlewanych z aluminium, ogólnie rzecz biorc, moe by dokonane na rónych zasadach: a) z pozostawieniem bez zmian pozostałych czci obwodu elektromagnetycznego silnika ( kształt i wymiary łobków wirnika, długo rdzenia, jego rednice wewntrzn i zewntrzn, uzwojenie stojana) b) ze zmianami obwodu elektromagnetycznego silnika dostosowujcymi rozwizanie konstrukcyjne silnika do wymaga i właciwoci klatki miedzianej ( w literaturze czsto takie rozwizanie jest nazywane zoptymalizowanym) Sposób a) jest najprostszy, dla producenta najtaszy, i z punktu widzenia zmniejszenia strat w silniku (podwyszenia sprawnoci) efektywny. Jednake ten najprostszy sposób ma swoje wady wpływajce negatywnie na inne właciwoci silnika. Uzwojenie miedziane odlane w takich samych łobkach wirnika jak uzwojenie aluminiowe bdzie mie rezystancj o kilkadziesit procentów mniejsz od rezystancji uzwojenia aluminiowego. Z zasady działania silnika indukcyjnego wiadomo, e zmniejszenie rezystancji uzwojenia wirnika pogarsza obydwa podstawowe parametry rozruchowe silnika - powiksza prd rozruchowy i jednoczenie znaczco zmniejsza moment rozruchowy. W konsekwencji, przy zastosowaniu rozwizania a) istnieje niebezpieczestwo znaczcego pogorszenia si właciwoci rozruchowych silnika, nawet w takim stopniu e silnik nie bdzie spełnia stawianych przez normy wymaga odnonie wła- ciwoci rozruchowych. Wiadomo jest równie, e zmniejszenie rezystancji uzwojenia wirnika powoduje zmniejszenie si wartoci znamionowego polizgu silnika czyli wzrost znamionowej prdkoci obrotowej silnika. Taki wzrost prdkoci obrotowej silnika jest z reguły zjawiskiem niezamierzonym i niepodanym gdy przy momencie obciajcym stałym w funkcji prdkoci obrotowej lub pro-

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 3 porcjonalnym do kwadratu tej prdkoci wzrasta moc pobierana przez silnik z sieci a ponadto taki wzrost mocy pobieranej przez silnik fałszuje ocen efektu energooszczdnociowego uzyskiwanego w wyniku zastosowania silnika z miedzian klatk wirnika. Przytoczone w artykule [3] wyniki bada amerykaskich wykazuj, e w wyniku zastosowania w silnikach o mocy 15 HP (11,2 kw) klatki miedzianej w rozwizaniu a) uzyskano zmniejszenie strat w uzwojeniu wirnika o 40%. (Autorzy artykułu zwracaj uwag, e jest to tylko 80 % teoretycznej wartoci wynikajcej z rónicy konduktywnoci miedzi i aluminium). Jak pisz autorzy tego artykułu, wbrew pozorom zastosowanie klatki miedzianej powoduje równie zmniejszenie składnika strat mechanicznych, gdy mniejsze w porównaniu z klatk aluminiow straty w klatce miedzianej i wiksza przewodno cieplna miedzi powoduje, e w wirnikach z klatk miedzian piercienie zwierajce klatk s gładkie, bez skrzydełek radiatorowych powodujcych dodatkowy składnik strat wentylacyjnych. Na potwierdzenie tego autorzy przytaczaj wyniki pomiarów: straty wentylacyjne silnika z wirnikiem aluminiowym i skrzydełkami na piercieniach wynosiły115 W; straty wentylacyjne tego samego silnika z wirnikiem miedzianym bez skrzydełek wynosiły 72 W, czyli były zmniejszone o 37 %. Odnonie strat dodatkowych autorzy uwaaj, e na ich warto ma wpływ porowato i niemetaliczne zanieczyszczenia w strukturze prtów klatki. Poniewa przy odlewaniu klatki miedzianej łatwiej jest uzyska wysz pod tym wzgldem jako odlewu, istniej potencjalne moliwoci zmniejszenia równie w silnikach z klatk miedzian składnika strat dodatkowych. Na poparcie tej tezy autorzy przytaczaj wyniki odpowiednich bada przeprowadzonych na kilku silnikach, które wykazały, e w silnikach z miedzian klatk wirnika uzyskano w porównaniu z silnikami z klatk aluminiow zmniejszenie strat dodatkowych z 137 W do 105 W czyli o 23 %. Łcznie w silnikach tych w wyniku zastpienia wirników z klatk aluminiow wirnikami z klatk miedzian uzyskano zmniejszenie strat całkowitych o 179 W, czyli 14 %, co si przekłada na wzrost sprawnoci znamionowej silnika o 1,2 punktu procentowego. Taki wynik uzyskanego wzrostu sprawnoci silnika autorzy artykułu skomentowali w ten sposób: w okresie ostatnich 20 lat wykorzystano ju wszystkie łatwe sposoby zmniejszenia strat w silniku i obecnie dalszy postp jest moliwy praktycznie tylko przez zastpowanie w silnikach klatek wirnika aluminiowych klatkami miedzianymi nie biorc pod uwag tak egzotycznych jeszcze i bardzo drogich alternatyw jak blachy amorficzne na rdzenie silników i nadprzewodnictwo. Wg. bada [3] przeprowadzonych z czteroma innymi wirnikami zastpienie w tych samych silnikach wirników z klatk aluminiow wirnikami z klatk miedzian spowodowało obnienie si strat w wirniku o 40 % i strat całkowitych o 17, 6 %. Podobne badania przeprowadzone dla jeszcze innych silników - o mocy 4 HP (3 kw) - wykazały e straty całkowite zmniejszyły si o 21 %. Podsumowujc przedstawione w swoim artykule wyniki bada, odnoszce si do szerokiego zakresu mocy silników ( 3 kw 200 kw) autorzy [3] stwierdzaj, e przez zastpienie aluminiowej klatki wirnika klatk miedzian uzyskuje si zmniejszenie strat w wirniku o ok. 40%, przy czym dla silników mniejszych mocy nawet wicej i zmniejszenie strat całkowitych rednio o 14,7 %. W publikacji [4] zwrócono uwag, e sposób a) zastosowania klatki miedzianej moe by wykorzystany do łatwego zmodyfikowania silnika standardowego z aluminiow klatk wirnika i posiadajcego europejsk najnisz klas energetyczn Eff3 w silnik o wyszej klasie energetycznej Eff2. W publikacji pochodzcej z ubiegłego roku [8] przedstawiono wyniki bada przeprowadzonych w Indiach. Badania te dotyczyły produkowanych w kilku firmach silników uywanych do napdu pomp wody w gospodarce wiejskiej. W silnikach tych zastosowano klatki miedziane w miejsce klatek aluminiowych wg. sposobu a), t.zn. bez adnych zmian kształtu i wymiarów klatki. Jak pisz autorzy wirniki z klatk miedzian były odlane w małych odlewniach indyjskich. Badania porównawcze przeprowadzone na kilku silnikach o mocach 1,5 3,7 kw i liczbie biegunów 2p = 2 i 4 wykazały, e w wyniku zastpienia klatki aluminiowej klatk miedzian uzyskano: wzrost sprawnoci poszczególnych silników od 1,4 do 3,1 punktu procentowego, przy jednoczesnym wzrocie prdkoci obrotowej silników od 0,8 % do 2,8 %. Podobne badania porównawcze (klatka miedziana odlana wg. sposobu a) były przeprowadzone [8] przez niemieck firm SEW Eurod-

4 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 rive dla silnika 1,1 kw 2p=4. W silniku tym przez zastpienie klatki aluminiowej klatk miedzian uzyskano wzrost sprawnoci silnika z 75,7 % do 82,8 % t.j. o 7,1 pkt. procentowego. Poza korzyciami energetycznymi - zmniejszenie strat, podwyszenie sprawnoci- zastosowanie w wirniku klatek odlewanych z miedzi wpływa korzystnie równie na inne właciwo- ci silnika zarówno eksploatacyjne jak i produkcyjne: - obnia znaczco temperatur pracy silnika ( wg. przykładowych bada [3] uzwojenia stojana o 32 0 C i klatki wirnika o 29 0 C ) przez co zwiksza si trwało silnika - upraszcza wywaanie wirnika a nawet umoliwia całkowit rezygnacj z takiej operacji technologicznej. Stosowanie w silnikach uzwoje klatkowych wirnika odlewanych z miedzi wg. sposobu a) wpływa jednak równie negatywnie na niektóre właciwoci i parametry silnika. W pewnym stosunkowo niewielkim stopniu ok. 3 % [3] - zmniejsza si warto znamionowego współczynnika mocy. Zmniejsza si polizg znamionowy czyli wzrasta znamionowa prdko obrotowa silnika co z reguły nie jest rzecz podan. Najpowaniejszym mankamentem takiego bezporedniego zastpienia klatki aluminiowej klatk miedzian z pozostawieniem bez zmian wymiarów klatki - jest obnienie si momentu rozruchowego silnika przy jednoczesnym wzro- cie prdu rozruchowego. Ta sprawa jest poruszana w wielu publikacjach. Sposób b) bardziej kosztowny dla producenta, pozwala na optymalne przy okrelonych zało- eniach i uwarunkowaniach wykorzystanie w silniku zalet jakie daje zastosowanie do odlewania uzwoje klatkowych wirnika, miedzi - materiału elektrycznie i cieplnie doskonalszego ni aluminium nie powodujc jednoczenie pogorszenia parametrów rozruchowych silnika. Sposób ten moe by realizowany, z rónym stopniem zmian wprowadzanych w silniku. Autorzy artykułu [4] zmiany te stopniuj w nastpujcy sposób: S1 - miedziana klatka wirnika + zmieniona długo pakietu i zmienione uzwojenie stojana S2 - S1 + zmiana wykroju blach S3 - S2 + zmiana wszystkich wymiarów silnika i zmiana rednic stojana W pierwszym przypadku (S1) wymiary łobków stojana i wirnika oraz rednice wewntrzne i zewntrzne stojana i wirnika pozostaj bez zmiany. Koszt oprzyrzdowania pozostaje praktycznie bez zmiany gdy zbyteczne s kosztowne nowe narzdzia wykrawajce. W drugim przypadku (S2) ma miejsce zmiana wymiarów łobków w stojanie i wirniku, co powoduje konieczno zmiany narzdzi wykrawajcych nawet jeeli zmianie nie ulegaj rednice wewntrzna i zewntrzna stojana. Trzecie i najdrosze rozwizanie (S3) wymaga zmiany wszystkich wymiarów łcznie ze rednicami wewntrzn i zewntrzn stojana. W kracowym przypadku powikszeniu moe ulec gabaryt silnika łcznie z modyfikacj jego obudowy. Ogólnie rzecz biorc, efekt uzyskiwany z zastosowania poszczególnych rozwiza jest róny zaleny m.in. od mocy silnika. Tak np. w wyniku zastosowanie w silniku o mocy 1,5 kw rozwizania (S1) jak i (S2) uzyskano tylko europejsk klas sprawnoci Eff2, a klas Eff1 uzyskano dopiero przy rozwizaniu ( S3 ) [4]. Obecnie wiatowym liderem w przemysłowym stosowaniu w silnikach wirników z uzwojeniem klatkowym odlewanym z miedzi jest niemiecka firma SEW Eurodrive. Firma ta produkuje tego rodzaju silniki do mocy 37 kw. W silnikach tych wykroje blach i uzwojenie stojana zostały dostosowane do miedzianej klatki wirnika. Przy takim rozwizaniu dla silnika 5,5 kw 2p = 4 uzyskano wzrost sprawnoci o 3,3 pkt. procentowego przy jednoczesnym zachowaniu odpowiednich wartoci momentów silnika. 4. Sytuacja wiatowa odnonie produkcji silników z odlewan miedzian klatk wirnika Silniki z odlewan miedzian klatk wirnika, jako wyrób rynkowy, pojawiły si na wiecie po raz pierwszy w kwietniu 2003 roku na Targach Przemysłowych w Hanowerze w ofercie niemieckiej firmy SEW- Eurodrive z Bruchsalu. Obecnie firma ta produkuje silniki z miedzian klatk wirnika mocach do 37 kw przy liczbie biegunów 2p = 4. Firma SEW-Eurodrive charakteryzujc swoje nowe silniki jako energooszczdne stwierdza, e przez zastpienie klatki aluminiowej klatk miedzian uzyskano nie tylko znaczce zmniejszenie strat w wirniku ale równie zmniejszenie strat dodatkowych. W silnikach tych s zachowane takie same rednice stojana i wirnika jak

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 5 w silnikach standardowych (z aluminiow klatk wirnika). Ze wzgldu na wikszy ciar właciwy miedzi w porównaniu z aluminium a take dłuszy pakiet blach, silniki z miedzian klatk wirnika s cisze i wirniki maj wikszy moment bezwładnoci w porównaniu z silnikami z klatk aluminiow. To oznacza jak pisz autorzy w firmowej publikacji [6[, e sensowne zastosowanie tych energooszczdnych silników jest ograniczone do pracy cigłej z obcieniem 75 % - 100 % znamionowego i niewielka liczb włcze w cigu godziny. Silniki tej firmy z miedzian klatk wirnika pod wzgldem poziomu sprawnoci spełniaj wymagania europejskiej klasy Eff1 i wymagania amerykaskie EPact. Silniki energooszczdne z miedzian klatk wirnika firmy SEW Eurodrive maj takie same znamionowe moce i prdkoci obrotowe oraz gabaryty zewntrzne jak silniki standardowe przez co istnieje pełna wymienialno midzy tymi dwoma rodzajami silników. W ostatnim czasie produkcj silników o mocach kilku kilowatów z klatk wirnika odlan z miedzi podjto równie w Indiach, uruchamiajc to przedsiwzicie w niewielkich firmach produkujcych silniki elektryczne i w kooperacji z małymi odlewniami [8]. W silnikach tych zastosowano sposób a) odlania miedzianej klatki t.zn. bez wprowadzenia zmian wymiarów klatki w stosunku do wirników standardowych z klatk aluminiow. Silniki te s przeznaczone przede wszystkim do napdu pomp wody uywanych w indyjskiej gospodarce wiejskiej. Zainteresowanie w Indiach silnikami energooszczdnymi wynika z faktu stosunkowo wysokiej ceny energii elektrycznej w tym kraju (0,109 $ za 1 kwh) [8]. Dane liczbowe podane w artykule [8] wykazuj, e przy takiej cenie energii i wyszej tylko o 10,35 % cenie silnika z klatk miedzian w porównaniu z cen silnika z klatk aluminiow dla konkretnego przypadku eksploatacji silnika okres zwrotu wyszej ceny silnika z klatk miedzian zwróci si ju po 22 dniach. Naley doda, e indyjski program produkcji silników z miedzian klatk wirnika był zainicjowany i wspierany przez organizacje midzynarodowe i krajowe promujce mied ( International Copper Promotion Council India i International Copper Association Ltd) oraz przez instytucje finansujce rozwój sektora małych przedsibiorstw ( Small Scale Industries Development Bank of India). 5. Zakoczenie Trudno jest w tej chwili prognozowa realne perspektywy rozwojowe tego rodzaju silników. Silniki z miedzian odlewan klatk wirnika naley obecnie traktowa jako swojego rodzaju nowink techniczn i rynkow ze zrozumiałych wzgldów nagłanian przez wytwórców takich silników, przy silnym wsparciu potnego wiatowego lobby miedziowego zainteresowanego zwikszeniem popytu na ten surowiec. To czy silniki indukcyjne z miedzian odlewan klatk wirnika stan si realn przemysłow alternatyw dla silników z klatk aluminiow zaley przede wszystkim od wyników wieloaspektowej analizy techniczno-ekonomicznej opartej na wiarygodnym i obiektywnym materiale porównawczym. Nie mona jednak wyklucza i takiego scenariusza: w sytuacji cigłego zaostrzania si wiatowych wymaga odnonie poziomu sprawnoci silników, przy jednoczesnym koczeniu si moliwoci uzyskiwania dalszego wzrostu sprawnoci silników z aluminiow klatk wirnika, jedynym sposobem spełnienia takich (by moe obligatoryjnych) wymaga bd silniki z miedzian klatk wirnika. Naley doda, e od kwietnia ubiegłego roku w Instytucie Elektrotechniki w Warszawie s prowadzone prace badawcze dotyczce tego rodzaju silników realizowane w ramach projektu badawczego finansowanego przez KBN. 6. Literatura [1]. Peters D.T, Cowie J. G, Brush E. F,: Die Casting Copper Motor Rotors: Mold Materials and Processing for Cost-Effective Manufacturing. Energy Efficiency Improvements in Electric Motors and Drives. Springer Verlag, 2000. [2]. Peters D. T, Cowie J. G, Brush E. F, Midson S. P, : Die-Cast Copper Rotors: Die Materials and Process Considerations for Economical Cooper Rotor Production. Energy Efficiency in Motor Driven Systems. Springer Verlag, 2003. [3]. Brush E. F, Cowie J. G, Peters D. T, Vanson D. J.: Die-Cast Copper Motor Rotors: Motor Test Results, Copper Compared to Aluminium. Ibid. [4]. Parasiliti F, Villani M, : Design of High Efficiency Induction Motors with Die-Casting Copper Rotors. Ibid. [5]. Paris CH, Walti O, : Stray-Load Losses Analysis in Copper Squirrel Cage Induction Machine. Ibid. [6]. Neue Energiesparmotoren Reihen DTE und DVE. http://presse.sew.de/1280.htm

6 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 [7]. Energiesparmotoren von SEW-EURODRIVE: EFF1, EFF2 und andere. SEW- EURODRIVE 0918 0001/0303 [8]. Brush E.F, Peters D.T, Cowie J.G, Doppelbauer M, Klimich R,: Recent Advances in Development of the Die-cast Copper Rotor Motor. 16 th International Conference on Electrical Machines ICEM 2004 5-8 Semptember 2004, Cracow Poland. Conference Proceeding CD no. 589. [9]. Doppelbauer M,: Kompaktere Energiesparmotoren dank Kupfertechnologie, www.pua24.net [10]. Zapanik R, : Silniki z odlewan miedzian klatk wirnika. Nowa Elektrotechnika 1. 2004