1. Definiti conceptul de proiectare a unei masini electrice A proiecta o masina electrica inseamna a determina prin calcul sau a alege pe baza

unei anumite experiente anterioare toate elementele care concura la definirea structurii constructiv-functionale a masinii avand in vedere posibilitatile tehnice si tehnologice de fabricare a fiecarei parti componente si a ansamblului masinii,plecand de la anumite date initiale, cerinte de exploatare si alte informatii formulate in tema de proiectare.

2. Argumentati utilizarea materialelor feromagnetice in constructia masinii electriceDaca se foloseste miez magnetic se obtine aceeasi inductie magnetica pentru un curent mult mai mic prin bobina (pierderi Joule mai mari, randament mai bun)

3. Tipuri de materiale utilizate in constructia masinilor electriceMaterialele utilizate in constructia masinilor electrice sunt de mai multe tipuri:Electroconductoare (cupru, aluminiu,alama,aliaje)Magnetice (tole din otel magnetic, otel, ferite)Electroizolante (fibre textile, mica, polietilena)Altele (otel si fonta pentru consolidarea mecanica)

4. Tipuri de protectie la masinile electriceTipurile normale de protectie ale masinilor electrice sunt standardizate si se simbolizeaza prin caracterele IP urmate de doua cifre:prima cifra semnifica tipul de protectie contra atingerilor si contra patrunderii corpurilor solide strainea doua cifra se refera la protectia contra patrunderii apei

5. Explicati semnificatia simbolurilor: IP 55 , IP W 23IP 55 primul 5 – protejat partial contra patrunderii prafuluial doilea 5 – protejat contra jeturilor de apa sub presiuneIP W 23 W- in conditii meteo speciale2 – protejat impotriva patrunderii corpurilor solide straine mai amri decat 12mm 3 – protejat impotriva picaturilor de apa cazute sub un unghi de maxim 15 grade fata de verticala

6. Racirea masinilor electriceEvacuarea corespunzatoare a caldurii in exces din masina electrica este foarte importanta in exploatarea optima a acesteia.Caldura in exces se evacueazaa prin mecanisme specifice de transfer termic prin conductie,convectie si radiatie.Supraincalzirea duce la imbatranirea accelerata a sistemului sau de izolatie.

7. Tipuri de ventilatie utilizate la masinile electriceVentilatie naturalaVentilatie fortata (autoventilatie sau ventilatie independenta)

8. Definiti coeficientul de constructie al unei masini electrice KG = M/Ma

Ma = masa partilor active = Mfe + Mcu (masa miezului feromagnetic si masa conductoarelor din cupru) M = masa totala a masinii

9. Definiti dimensiunile ideale sau de calcul ale masinii electrice (D , Li , δ’ )Dimensiunile ideale sau de calcul ale unei masini electrice sunt dimensiunile unei masini echivalente dpdv al solicitarilor si fenomenelor care au loc in masina reala care este caracterizata de camp magnetic uniform in intrefier.D – diametrul masinii este diametrul interior al miezului feromagnetic statoricLi – lungimea ideala este lungimea axiala a miezului feromagnetic al unei masiniδ’ – intrefierul echivalent este definit ca fiind lungimea intrefierului unei masini

10. Definiti pasul polar functie de diametrul D al masiniiPasul polar al masinii se defineste ca fiind lungimea arcului de cerc de diametru D corespunzator unui polτ = πD/(2p)

11. Care sunt solicitarile electrice ale masinilor electrice?Principalele solicitari electrice sunt reprezentate de patura de curent notata cu A si de densitatea de curent din conductoarele infasurarilor masinii notata cu J

12. Care sunt solicitarile magnetice ale masinilor electrice?Principalele solicitari magnetice sunt inductia magnetica in intrefier si inductiile magnetice in diferitele portiuni ale circuitului magnetic

13. Dependenta dintre puterea electromagnetica, dimensiunile masinii si solicitarile electromagnetice. Interpretare. Pentru o putere electromagnetica data Se si o turatie data n volumul de material activ D2*Li este cu atat mai mic cu cat solicitarile electromagnetice A*B δ sunt mai mari. Un volum de material activ D2*Li dat poate conduce la o masina cu diametru mare D si lungime mica Li sau un diametru mic D si lungime mare Li

14. Factorul de formaFactorul de forma reprezinta raportul dintre lungimea Li a masinii si pasul polar τλ = Li / τ

15. Coeficientul de utilizareCoeficientul de utilizare reprezinta puterea electromagnetica obtinuta pe unitatea de volum a materialelor active si pe unitatea de turatie.

C = Se / (D2*Li*n) [J/dm3]16. Tipuri de pierderi in masinile electrice

Principalele tipuri de pierderi in masinile electrice sunt:pierderile Joule in infasuraripierdeile in fierpierderile mecanice prin frecare si ventilatiepierderile suplimentare

17. Explicati simbolurile: ASRO, CEI(IEC), ISO, EN, STAS, SR EN, SR CEI, SR ISOASRO – Asociatia de Standardizare din RomaniaCEI – Comisia Electrotehnica InternationalaISO – Organizatia Internationala de StandardizareEN – Euro Norm STAS – Standard de StatSR EN – Standard Roman identic cu standard europeanSR CEI – Standard Roman identic cu standard international elaborat de CEISR ISO – standard roman identic cu standard international elaborat de ISO

18. Modele utilizate in proiectarea masinilor electriceModele analitice – plecand de la unele relatii stabilite, de la teoria masinii sau de la observatii empirico-experimentaleModele numerice – pentru determinarea unor marimi sau parametri de interes pentru masinaCombinatie medoele analicite/modele numerice.

19. Definiti problema de analiza si etapele eiProblema de analiza inseamna determinarea performantelor unei masini date asi are urmatoarele etape:

- analiza si prelucrarea datelor norminale si a altor date de catalog ale masinii studiate- analiza principalelor elemente constructive- determinarea prin calcule a performantelor tehnice si economice pe baza unor

modele adecvate ale masinii20. Definiti problema de sinteza si etapele ei

Problema de sinteza consta in proiectarea masinii la performante impuse si are urmatoarele etape:

- formularea temei de proiectare- calculu dimensiunilor principale ale masinii si evaluarea solicitarilor electromagnetice - dimensionarea in detaliu - calculul performantelor tehnice si economice- corectarea solutiei constructive21. Etapele principale ale dimensionarii analitice a masinilor electrice- Formularea temei de proiectare, stabilirea datelor nominale si a altor date

functionale si constructive- Determinarea marimilor de calcul- Calculul dimensiunilor principale- Determinarea lungimii intrefierului- Calculul infasurarilor statorice si rotorice- Calculul circuitului magnetic si a curentului de magnetizare- Determinarea parametrilor infasurarilor- Calculul pierderilor si a randamentului- Determinarea caracteristicilor masinii- Calculul elementelor auxiliare

22. Etape principale in analiza si proiectarea masinilor electrice utilizand MEF- Descrierea geometriei domeniului de calcul 2D/3D- Definirea retelei de discretizare tinand cont de aspectele fizice ale problemei- Definirea regimului de camp caracteristic studiului efectuat- Definirea proprietatilor de material care intervin in problema de analiza numerica- Definirea regiunilor domeniului de calcul si a surselor de camp- Definirea circuitului electric asociat daca e cazul- Asocierea proprietatilor de material si a componentelor de circuit regiunilor

domeniului de calcul- Definirea conditiilor la limita- Asamblarea matricelor si rezolvarea sistemului de ecuatii algebrice- Analiza rezultatelor numerice23. Criterii tehnico-economice de calcul optimal al masinilor electrice- Minimizarea costurilor materialelor componente si costurilor cu manopera de

fabricatie- Minimizarea cheltuielilor totale de fabricatie si de exploatare- Minimizarea costurilor de fabricatie si maximizarea factorului de putere24. Constrangeri in proiectarea optimala a masinilor electrice

Constrangerile se pot referi la:- Dimensiunile geometrice ale masinii- Caracteristici de functionare- Clasa termica- Materiale utilizate- Tehnologia de fabricatie- Conditii speciale de lucru- Aspecte tehnico-economice

25. Formularea unei probleme de optimizareO problema de optimizare consta in cautarea minimului unei marimi scalare E care depinde de n parametrii, x1, x2, x3,...., xn.Daca marimea E depinde de acesti parametrii prin intermediul unei functii f:Ω->R, atunci putem defini problema de optimizare dupa cum urmeaza:Minimizarea E=f(x1,x2,x3,...,xn)Care semnifica faptul ca trebuie gasit setul de variabile independente (x1,x2,x3,...,xn) = argmin f, care apartin domeniului de definitie al functiei f, pentru care f ia valoarea cea mai mica, valoare care la randul sau trebuie deasemenea calculata.Functia f ce trebuie minimizata se numeste Functia Obiectiv (FO). Setul de n parametri va fi reprezentat ca un vector coloana avand componente reale:X=[x1,x2,x3,...,xn]T Rn

Vom nota cu Xmin punctul X Ω , pentru care f ia valoarea cea mai mica, notata cu: Emin = min {f(X) : X Ω}.Daca Emin este valoarea cea mai mica a lui E pentru orice vector X care apartine domeniului de calcul Ω, atunci punctul Xmin se numeste punct de minim global.Daca acest punct reprezinta un punct de minim doar intr-un subdomeniu al lui Ω, acesta se numeste punct de minim local.

26. Algoritmi de optimizare. ExempleAlgoritmii de optimizare numerica se impart in doua mari clase, si anume algoritmi deterministi si algoritmi stochastici.Algoritmii deterministi conduc la aceeasi solutie pentru diferite executii ale programului de calcul,daca algoritmul pleaca din aceleasi conditii initiale si are aceiasi parametri.Algoritmii stochastici au un caracter aleatoriu si nu conduc obligatoriu la aceeasi solutie, chiar daca algoritmul pleaca din aceleasi conditii initiale si are aceiasi parametri.Exemple de algoritmi deterministi: Simplex Downhill, Powell, Metoda ReteleiExemple de algoritmi stochastici: Random Search, Genetic Algorithms, Particle Swarm Optimization.

27. Rezolvarea problemelor inverseAlgoritmii de optimizare se folosesc deseori la rezolvarea problemelor inverse (probleme de sinteza).Rezolvarea unei probleme inverse presupune in general rezolvarea unui numarimportant de probleme directe pana cand criteriul de precizie este indeplinit.Numarul de probleme directe ce trebuie rezolvat este dependent de mai multe criterii precum:

- Numarul de parametrii ai FO- Forma reliefului FO- Gradul de precizie dorit

Rezolvarea problemei necesita redimensionarea masinii de un anumit numar de ori pana cand performantele masinii obtinute sunt suficient de apropiate de cele impuse.

28. Regimul magnetodinamic. Formularea in potential magnetic vector in aplicatii 2DAcest regim al campului electromagnetic permite studiul regimurilor permanente ale echipamentelor electrice caracterizate de tensiuni si curenti sinusoidali. Ecuatia diferentiala caracteristica in aplicatii 2D se scrie:

rot [(1/μ) rot A] = JS- j*ω*σ*Aunde:

JS este densitatea curentilor sursa

σ este conductivitatea electrica

ω = 2πf, este pulsatia campului electromagnetic

29. Continutul temei de proiectare la masina asincronaTema de proiectare a unei masini asincrone contine de regula urmatoarele date:Date nominale:

- Puterea nominala Pn a motorului in kW- Tensiunea nominala de alimentare in V (valoarea de linie)- Frecventa tensiunii de alimentare f1 in HZ- Turatia de sincronism n1 in rot/min- Numarul de faze m (uzual m=3)

Alte date constructiv-functionale:

- Tipul motorului: cu rotor bobinat sau in scurtcircuit- Caracteristicile de functionare Mm/Mn si de pornire Mp/Mn si Ip/In (pentru

rotor in scurtcircuit)- Gradul de protectie- Conditii privind mediul, altitudinea, serviciul de functionare- Forma constructiva si modul de montaj

30. Marimi ce intervin in expresia t.e.m. si a fluxului magnetic la masina asincronaE1=√2π f 1w1 kw 1φ1

φ1=( 2π)τ LiBδ 1

unde: τ= πD/(2p) este pasul polar, Li lungimea ideala a masinii, Bδ1 inductia magnetica in intrefier, f1 frecventa tensiunii de alimentare, w1 numarul de spire, φ1 fluxul magnetic pe pol.

31. Marimi ce intervin in dimensionarea intrefierului masinii asincrone

Lungimea intrefierului trebuie sa fie cat mai mica pentru a obtine curent de magnetizare mic si un facor de putere mare.Siguranta in exploatarea si limitarile tehnologice de constructie ale masinii impun evitarea valorilor prea mici ale intrefierului care pot conduce la frecarea rotorului de stator.Lungimea intrefierului se poate adopta pe baza relatiei urmatoare:

δ=0,12+0,0021√D LgLungimea intrefierului se rotunjeste din 0,05 mm in 0,05 mm.Marimile D si Lg se introduc in [mm]

D=diametrul masinii

Lg=lungimea geometrica totala a masinii

Lg=Li+nv*bv’32. Solicitarile electrice la masina asincrona

Patura de curent A se adopta pentru o anumita clasa termica din anumite grafice pe baza pasului polar τ si a numarului de perechi de poli p.Densitatea de curent JIn infasurarea statorica ea depinde de clasa termica a masinii,de tensiunea nominala si de tipul ventilatiei. Valorile J1 mici se aleg pentru masini cu turatii mici.Pentru infasurarea rotorica se aleg valori mai mari ale densitatii de curent J2 deoarece infasurarea este racita mai bine prin rotatie.Valorile J2 mici se aleg pentru masini cu turatii mici.Pentru masinile inchise valorile J1 si J2 sse aleg mai mici cu 10-15%.

33. Solicitarile magnetice la masina asincrona

Inductia magnetica in intrefier Bδ se adopta in functie de pasul polar τ si de numarul de perechi de poli 2p.Inductiile magnetice in alte portiuni ale circuitului magnetic. Miezurile magnetice sunt uzual construite din tabla silicioasa laminata la rece, cu cristale neorientate, grosime 0,5 mm si izolata cu lacuri sau oxizi.Valorile recomandate ale inductiilor magnetice sunt:

- in jugul statoric: Bj1 = 1,35-1,55 T- in jugul rotoric: Bj2 = 1,2-1,6 T

34. Marimi ce intervin in dimensionarea arborelui masinii asincroneDiametrul d0 minim al arborelui la capat de ax se calculeaza cu relatia:

d0=3√ k M n10

2

0.2 τ τ

unde:

ττ – rezistenta admisibila la torsiune a materialului din care este realizat arborele exprimata in daN/cm2

k = 2 pentru masini normale de curent alternativ si curent continuuk = 2,5 pentru motoare de curent alternativ utilizate la laminareDiametrele arborelui in zonele de fixare a rulmentilor si a miezului magnetic se calculeaza cu relatia:d=1.1 d0 : dm=(1.2-1.3)*ks*dunde d- diametrul in zona rulmentului ales de standarde, valoarea imediat superioaradm – diametrul arborelui pe portiunea pe care se fixeaza miezul magnetic rotoricks – coeficientul de siguranta care tine de solicitarile la cuplu maxim, la cuplu de pornire, normalizari,etc.

35. Etapele elaborarii modelului numeric de camp al masinii asincrone

- Se definesc parametrii asociati crestaturilor statorice si rotorice si se initializeaza cu valori in limitele recomandate sau care tin cont de SDV-urile existente

- Se descriu geometriile 2D ale miezurilor stator si rotor corespunzatoare unei sectiuni transversale prin masina studiata tinand cont de eventuale simetrii

- Se defineste tipul problemei de cam electromagnetic- Se definesc proprietatile de material ce intervin in studiu- Se definesc regiunile de tip suprafata ale domeniului de calcul cu proprietati

fizice distincte- Se defineste circuitul asociat problemei de camp- Se realizeaza asocierea fetelor domeniului de calcul cu regiunile de tip

suprafata- Se realizeaza asocierea regiunilor de tip suprafata cu elementele de circuit- Se definesc parametrii elementelor de circuit- Se definesc regiunile lineice si conditiile pe frontierele domeniului de calcul- Se construieste reteaua de discretizare in elemente finite- Se salveaza aplicatia pe calculator - Se rezolva problema de camp- Se exploateazarezultatele numerice si se verifica solicitarile electromagnetice- Se reia studiul daca este cazul pana cand rezultatele numerice se incadreaza

in limitele recomandate36. Influenta parametrilor coliviei rotorice asupra performantelor masinii asincrone

Functionarea masinii asincrone poate fi influentata semnificativ de caracteristicile coliviei rotorice precum:

- Proprietatile materialului din care este turnata colivia- Geometria barelor rotorice- Geometria inelelor de scurtcircuitare

Modificarea caracteristicilor coliviei rotoriceafecteaza atat rezistenta cat si reactanta echivalenta a circuitului rotoric, care la randul lor influenteaza marimi precum: curentul absorbit, cuplul mecanic, cuplul si curentul de pornire, alunecarea critica, randamentul masinii, etc.

37. Masuri specifice ce permit cresterea randamentului masinii asincrone- Inlocuirea coliviilor turnate din aluminiu cu unele din cupru- Reproiectarea geometriei barelor rotorice si ale inelelor de scurtcircuit ale

masinii- Utilizarea unor materiale magnetice cu proprietati superioare- Reconsiderarea lungimii pachetului de tole si a structurii infasurarii statorice