Masina de Curent Continuu

• Masina de curent continuu

MASINA DE CURENT CONTINUU

• Elemente constructive de bază • Maşina de curent continuu se compune dintr-un

inductor şi un indus, între care există un spaţiu de aer numit întrefier . Întotdeauna la maşina de curent continuu armătura inductoare este fixă, constituind statorul maşinii, iar armătura indusă este mobilă, constituind rotorul. Există două categorii principale de maşini de curent continuu :

• Maşini heteropolare la care sistemul inductor este format dintr-o succesiune alternată de poli nord şi sud

La aceste maşini variaţia fluxului inductor prin spirele indusului rotitor are loc după o lege periodică şi fluxul induce în aceste spire, conform legii inducţiei electromagnetice, tensiuni electromotoare alternative, care sunt redresate cu ajutorul unui redresor mecanic numit colector. Marea majoritate a maşinilor de curent continuu se construiesc în acest mod, realizând conversia energiei prin procedeul electromagnetic.

• Maşini homopolare a căror funcţionare se bazează pe procedeul inducţiei

unipolare de conversie electromecanică a energiei .

Între două perii a şi b fixate pe periferia barei cilindrice (sau una pe periferia discului şi alta pe arbore în cazul maşinilor unipolare cu rotor format din unul sau mai multe discuri metalice

- de tipul discului lui Faraday se culege o t.e.m. constantă, de valoare redusă, făcând

inutil colectorul.

1 – carcasa

2 – polii principali

3 – polii auxiliari

4 – miezul rotativ indus

5 – ax butuc

6 – înfăşurare indusă

7 – colector

8 – perii

9 – portperii

10 – cruce port perii

• Pe miezul polar (1) se montează bobinele de excitaţie (3) care se sprijină pe piesele polare (2) (coarnele miezului polar). După montarea bobinelor de excitaţie (3) izolate prin casetele (4), întregul pol se strânge în interiorul carcasei (5) cu ajutorul unor şuruburi (6) al căror cap hexagonal este îngropat în bosaje practicate în exteriorul carcasei (operaţia se numeşte ampolare).

• Bobinele de excitaţie se confecţionează din conductoare de cupru izolate, rotunde la maşini de putere mică, sau dreptunghiulare la maşini de puteri medii şi mari. Bobinele se execută peşabloane având forma polilor sau direct în carcase izolante

Legarea între ele a

bobinelor de excitaţie

de pe polii maşinii poate

fi făcută în serie sau în

paralel, respectând regula

ca fluxul magnetic să fie

dirijat la un pol dinspre

inductor spre rotor (pol nord),

iar la polul următor în sens invers (pol sud).

Polii auxiliari sunt constituiţi

dintr-un miez de fier masiv (1) (uneori

şi din tole) şi au, de regulă, o formă

paralelipipedică. Bobina polului (2)

Este executată din bară de cupru

îndoită pe cant. Cum în general

miezul polar nu are piese (coarne)

polare pentru sprijinirea bobinei, se sudează sau se prind cu şuruburi în partea inferioară (spre întrefier) două sau mai multe bride. Polii auxiliari se strâng pe carcasă cu buloane, poziţionându-se absolut la mijlocul distanţei dintre polii principali (în axa neutră). Conexiunile bobinelor polilor auxiliari sunt astfel încât polaritatea acestora să alterneze.

• Indusul maşinii este sediul propriu-zis al procesului de conversie a energiei, fiind compus din:

• miezul feromagnetic

• ax

• înfăşurarea indusă

• Colector

• Miezul feromagnetic al rotorului indus (4) se realizează din tole de oţel electrotehnic cu grosime de 0,5 mm, izolate între ele, în scopul micşorării pierderilor prin curenţi turbionari. În ultimul timp se utilizează tot mai frecvent tole din tablă laminată la rece izolată cu oxizi ceramici. Tolele se împachetează direct pe ax (5) sau pe butuc. Cu excepţia maşinilor foarte mici, la care se practică crestături semiînchise, indusul prezintă crestături deschise, pentru a permite introducerea bobinelor preizolate

• Înfăşurarea indusă (6) se execută din sârmă rotundă sau – cel mai adesea – din bare de cupru. În ambele cazuri înfăşurarea constă din secţiuni, care se confecţionează pe şablon, se izolează cu microbandă, se micanizează la cald şi apoi se introduc în crestăturile indusului, capetele secţiunilor legându-se la lamele colectorului.

• Colectorul (7) este un redresor rotativ, solidar cu indusul format dintr-un număr de lamele cu profil trapezoidal executate din cupru tare tras la rece, eventual cupru cu argint. Lamelele (1) sunt izolate între ele cât şi faţă de butucul colectorului (2) cu micanită (3) şi (4). Există două tipuri principale colectoare, după forma lamelei:

• în coadă de rândunică• în formă de H

• In coada de randunica In forma de H

Mărimi nominaleConform STAS 1893-87 – regimul maşinilor electrice rotative constă din ansamblu valorilor numerice ale mărimilor electrice şi mecanice care caracterizează funcţionarea maşinii.Regimurile nominale care intră în componenţa serviciului nominal tip sunt determinate printr-un grup de mărimi nominale care caracterizează comportarea maşinii electrice considerate.Mărimile nominale sunt de două categorii:- mărimi nominale impuse (tensiunea la borne U, puterea utilă P, turaţia n);- mărimi nominale derivate (curentul nominal I, cuplul nominal M).Tensiunile nominale ale maşinilor de curent continuu au fost indicate într-un tabel anterior. Puterile şi turaţiile nominale sunt fixate prin norme interne şi caiete de sarcini, prin înţelegere între producător şi beneficiar. La maşinile de curent continuu nu există, în general, o tipizare şi normalizare internă şi internaţională ca în cazul motoarelor asincrone.

• Domeniul de aplicareMaşinile de curent continuu sunt utilizate în cele mai diferite domenii ale tehnicii:

• în tracţiunea electrică, urbană şi feroviară, ca motoare de tracţiunea pentru tramvaie, troleibuze, locomotive Diesel-electrice şi electrice;

• la maşinile de ridicat şi transportat;• în metalurgie pentru acţionarea transportoarelor şi a altor

mecanisme, precum şi în grupurile principale de acţionare a laminoarelor;

• în acţionările principale şi auxiliare (avansuri) ale maşinilor unelte;

• în diverse acţionări tehnologice la care se cere reglaj larg şi continuu de viteză;

• ca maşinile speciale (generatoare de sudare, maşini amplificatoare).

• Maşinile de curent continuu se construiesc în unităţi de la câţiva zeci de watt, până la mii de kW.

Principiul de funcţionare al maşinii de

curent continuu. Rolul colectorului • Să considerăm cazul celui mai simplu

generator de curent alternativ monofazat

Principiul de funcţionare al maşinii de curent continuu

• În spira care se învârte într-un câmp magnetic omogen, în jurul unui ax perpendicular pe direcţia câmpului, cu o viteză unghiulară constantă Ω, se induce o t.e.m. variabilă în timp, care schimbă sensul de două ori la o rotaţie completă a indusului. Dacă presupunem că în timpul rotirii spirei, fluxul care o străbate variază sinusoidal, atunci şi t.e.m. indusă va descrie o sinusoidă completă, în timpul unei rotaţii complete.

Principiul de funcţionare al maşinii de curent continuu

• Legând capetele spirei la două inele fixe pe axul de rotaţie şi izolate de acesta, şi plasând pe cele două inele periile a şi b, fixe în spaţiu, conectate la un circuit exterior, maşina va debita în acel circuit un curent alternativ .

• Daca cele două capete ale spirei sunt legate la două segmente de inel, fixate pe axul rotorului şi izolate atât între ele cât şi faţă de ax, aceste segmente constituie cel mai simplu colector, cu două lamele atunci:

• În conductorul MP, când trece prin dreptul polului nord, se induce o t.e.m. dirijată de la M către P, pentru sensul câmpului şi al vitezei de rotaţie ales iar când acelaşi conductor trece prin dreptul polului sud, t.e.m. indusă este dirijată în sens invers, de la P

la M.

ce se întâmplă la periile a şi b ale maşinii

• Peria se găseşte mereu în contact cu lamela colectorului la care este legat conductorul care se află în dreptul polului nord. Peria b freacă tot timpul pe lamele colectorului la care este legat conductorul care se află în dreptul polului sud. Presupunem că închidem circuitul exterior periilor pe o rezistenţă. Curentul va circula în interiorul spirei în direcţia MPQ0, iar în exterior de la peria b la peria a. Când conductorul MP a ajuns în partea inferioară, în dreptul polului sud, iar conductorul 0Q în partea superioară, sub polul nord, curentul va circula în spiră în sensul 0QPM (invers faţă de situaţia precedentă), dar în exterior curentul va circula tot de la peria b către a, fiindcă de data aceasta peria b calcă pe lamela la care este legat conductorul MP .

• variaţia curentului încircuitul exterior va fi

• se observă că pulsaţia negativă a curentului din spiră a fost redresată.

Caracteristicile generatorului de curent

continuu cu excitaţie separată • Caracteristica de mers în gol E0 = f (Ie) pentru n =

const. = nn şi IA = 0 arată cum variază tensiunea la borne, la variaţia curentului de excitaţie, generatorul

nefiind cuplat la reţeaua de sarcină

Caracteristicile generatorului de curent continuu cu excitaţie separată

• Caracteristica în sarcină UA = f (Ie) pentru n=const. = nn şi IA = const. arată cum variază tensiunea la borne când se modifică Ie, la o anumită sarcină păstrată


• Caracteristica externă UA = f (IA) ridicată pentru n = const. = nn şi Ie = const. evidenţiază capacitatea generatorului de a-şi menţine tensiunea la borne, în anumite limite admisibile pentru receptoare, atunci când sarcina variază, fără a interveni în excitaţia

maşinii


• Caracteristica de reglaj Ie = f (IA) ridicată pentru n = const. = nn şi UA = const. = Un, arată cum trebuie variat curentul de excitaţie pentru ca în condiţiile variaţiei curentului de sarcină IA, tensiunea la

borne să nu se modifice.


continuu cu excitaţie derivaţie

Caracteristicile generatorului de curent continuu cu excitaţie derivaţie

• Caracteristica de mers în gol. O caracteristică E0 = f (Ie) pentru n = const. şi IA = 0 nu e compatibilă cu funcţionarea generatorului derivaţie fără sarcină la borne, fiind IA = 0 ar însemna Ie = 0. O asemenea caracteristică poate fi ridicată la platforma de încercări, dar numai alimentând separat înfăşurarea de excitaţie.


• Caracteristica externă se defineşte prin funcţia UA = f (I) pentru n = const. = nn şi Rc = const. întrucât, aşa cum s-a arătat, Ic este dictat de tensiunea la borne şi numai poate fi menţinut constant dacă se păstrează neschimbată rezistenţa reostatului de câmp


• Caracteristica de reglaj IE = f (I), ridicată pentru UA = const. = UAn şi n = const. = nn nu se deosebeşte calitativ de caracteristica omogenă a generatorului cu excitaţie separată, dar sporul de excitaţie pentru a menţine pe UA constant este mai mare, la aceeaşi sarcină, fiindcă şi căderea de tensiune, în sarcină, este mai mare.


continuu cu excitaţie serie

Caracteristicile generatorului de curent continuu cu excitaţie serie

• Caracteristica de mers în gol, practic nu are sens, pentru că şi tensiunea generatorului este egală cu

Erem.• Caracteristica externă. UA = f (I) ridicată la n = const. =

nn, dar la Ie = In, variabil, este la început crescătoare, dar la curenţi mai mari de 1,5. In prezintă o scădere a

tensiunii

Pornirea motoarelor de curent continuu

Pornirea motoarelor de curent continuu se efectuează prin următoarele metode:– conectarea directă la reţea;– cu reostat de pornire înseriat în circuitul

indusului;– alimentarea cu tensiune variabilă, utilizând

grupuri de maşini sau instalaţii speciale (mutatoare comandate).


• Pornirea prin conectare directă la reţea se aplică numai motoarele de puteri mici (sub 5 kW) şi de tensiuni ridicate, în general cu excitaţie serie (de exemplu la motoarele pentru compresor la tracţiunea urbană). Fenomenele care apar sunt cele arătate mai sus, curentul de pornire atingând valori Ip = (6-8) In după un timp de aproximativ 0,02 s, timpul total de pornire fiind cuprins între 0,3-0,5 s.


• Pornirea cu reostat de pornire este cea mai răspândită metodă fiind utilizată la motoare de puteri şi mari. Metoda se aplică la toate tipurile de motoare de curent continuu, sub aspectul excitaţiei şi constă în înserierea unui reostat de pornire în circuitul indusului, reostat care se scoate treptat din circuit, pe măsură ce maşina intră în turaţie. Reostatul poate avea o rezistenţă continuu variabilă sau, cel mai adesea, în trepte. În figura este reprezentată o schemă de pornire a unui motor derivaţie cu ajutorul unui reostat de pornire cu comandă manuală, cu 4 trepte de rezistenţă.



• Pornirea cu grupuri speciale de alimentare este utilizată în instalaţii de mare putere, de obicei, precum şi în unele acţionări speciale să asigure pornirea fără reostat, cu valori acceptabile pentru curenţii absorbiţi din reţea prin variaţia tensiunii de alimentare motoarelor. Metoda se aplică în instalaţiile care necesită şi un larg reglaj de turaţie.

• In tracţiunea electrică se practică sistemul conectării în serie, la pornire, a două sau mai multe motoare, prin aceasta aplicându-se la bornele fiecărui motor o tensiune redusă; după intrarea în turaţie toate motoarele sunt comutate pe tensiunea plină a reţelei

Documents

Masina de Curent Continuu