CONȚINUTUL proiectului de diplomă/lucrării de disertație Piese scrise Piese desenate Anexe LOCUL DOCUMENTĂRII: ………………………………………………… CONDUCĂTOR… [310566]

[anonimizat]:

………………………………………………………..

CONȚINUTUL proiectului de diplomă/lucrării de disertație

Piese scrise

Piese desenate

Anexe

LOCUL DOCUMENTĂRII: …………………………………………………

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC: ………………………………………………

Data emiterii temei: ………………………………………………

Termen de predare: ……………………………………………….

[anonimizat],

([anonimizat], Breban Ștefan) Filimon Bogdan

(semnătura) (semnătura)

Declarație-angajament: Deoarece acest proiect de diplomă/lucrare de disertație nu ar fi putut fi finalizat(ă) fără ajutorul membrilor departamentului ……………………….… și a [anonimizat].

Data: ………… Semnătura

Declarație: Subsemnatul …………………….……………… declar că am întocmit prezentul proiect de diplomă/[anonimizat], sub îndrumarea conducătorului științific și pe baza bibliografiei indicate de acesta.

Data: ………… Semnătura

Cuprins

1.

Introducere

Un motor electric de curent continuu este un dispozitiv electromecanic ce transformă energia electrică (continuă) în energie mecanică. [anonimizat], dar în situatii diferite. [1]

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a [anonimizat]. Din acestea el a concluzionat că generatorul cu care a [anonimizat].[2]

Motorul asincron este folosit în aproximativ 95% [anonimizat]. [anonimizat] a progreselor realizate în domeniul mutatoarelor cu comutație naturală și forțată. [3]

Motorul de curent continuu are pe stator bobinele polare concentrate sau polii magnetici care creează câmpul magnetic de excitație. [anonimizat], produce rotirea axului și în același timp schimbarea sensului curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.[2]

Înfășurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenți. [anonimizat]. [anonimizat] a polilor magnetici. [anonimizat]riabil. [2]

Turația se reglează prin tensiunea aplicată înfășurării rotorice fiind direct proporționale, dar invers proporțională cu câmpul magnetic de excitație. Turația se poate regla prin ridicarea tensiunii aplicată motorului până la valoarea maximă, adică tensiunea nominală. Turații mai mari se pot obține prin slăbirea câmpului de excitație. Aceste două metode sunt bazate pe o tensiune variabilă ce se poate obține folosind un generator de curent continuu (grup Ward-Leonard), cu ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate, choppere) sau prin înserierea unor rezistoare în circuit .[2]

1.1 Clasificarea motoarelor de curent continuu după modul de realizare a alimentării excitației:

Motor cu excitație independentă – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt conectate la două surse separate de tensiune:

Schema de conexiune a acestui motor este prezentată în figura 1.1

Fig. 1.1 Motorul de c.c. cu excitația alimentată de la o sursă separată (independentă)

Fig. 1.2 Caracteristica mecanică naturală a motorului de curent continuu cu excitație independentă: 1 – caracteristica compensată ; 2 – caracteristica insuficient compensată .

Din schema echivalentă a motorului rezultă:

V = kΦΩ + RaI

unde constanta electrică k este :

în care:

p-este numărul de perechi de poli ; Ω- viteza rotorică

N – numărul total de conductoare pe periferia mașinii

a – numărul de căi de curent ; Ra- rezistența

Φ – fluxul considerat constant la curentul de excițatie Ie constant

I – curentul rotoric

Motor cu excitație serie – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în serie:

Schema de conexiune a acestui motor este prezentată in figura 2.1

Fig. 2.1 Motorul de c.c. cu excitația alimentată de la propria înfășurare rotorică cu excitație serie

Sunt folosite în tracțiunea electrică, la acționarea tramvaielor, troleibuzelor, electrocarelor, la demararea motoarelor autovehiculelor și la unele macarale. Ele au caracteristică mecanică moale (viteza scade mult la creșterea cuplului de sarcină), au cuplu mare la pornire, suportă mai bine suprasarcinile și nu sunt sensibile la căderile mari de tensiune.

Ca urmare a fenomenului de saturare magnetică, nu este posibil studiul analitic al caracteristicilor mecanice. Aceste caracteristici sunt prezentate în cataloage pentru fiecare serie de motoare sub formă de caracteristici raportate care indică dependența dintre viteza de rotație, puterea și randamentul mașinii în funcție de cuplul de sarcină sau de curentul absorbit de la rețea.

Formal, caracteristica mecanică este identică cu cea a motorului de curent continuu derivație, cu observația că mărimea K = k Φ nu mai este o constantă.

O proprietate esențială a motorului serie constă în aceea că funcționează la putere constantă, astfel că nu există posibilitatea de supraîncărcare, motorul serie fiind autoreglator.

Pornirea motorului de curent continuu serie se realizează utilizând trepte de rezistențe conectate în serie cu circuitul rotoric, ca și la motorul derivație. Acest motor este utilizat cu precădere în acționările electromecanice din tracțiunea minieră, urbană și feroviară.

Motor cu excitație paralelă – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în paralel la aceași sursă de tensiune:

Schema de conexiune a acestui motor este prezentată in figura 3.1

Fig. 3.1 Motorul de c.c. cu excitația alimentată de la propria înfășurare rotorică cu excitație derivație

Sunt folosite la acționarea mașinilor unelte grele, alimentarea acestora făcându-se de la o sursă de tensiune constantă sau având numai înfășurarea de excitație la tensiune constantă, iar indusul alimentat de la o sursă de tensiune variabilă (motoare cu excitația alimentată separat).

4. Motor cu excitație mixtă – unde înfășurarea statorică este divizată în două înfășurări, una conectată în paralel și una conectată în serie:

Schema de conexiune a acestui motor este prezentată in figura 4.1

Fig. 4.1 Motorul de c.c. cu excitația alimentată de la propria înfășurare rotorică cu excitație mixtă

Se utilizează la acționările mecanismelor cu regim variabil, cu număr mare de conectări și frânare dinamică la oprire. Caracteristicile lor sunt intermediare în raport cu cele ale motoarelor derivație și serie.

Cea mai utilizată mașină în acționările electrice reglabile și poziționări este mașina de curent continuu clasică, cu infășurare de excitație și colector. Această mașină a fost utilizată din cauza posibilității obținerii unui domeniu mare de variație a vitezei, domeniu cerut de multe procese tehnologice. [4]

1.2 Mașini de curent continuu cu magneți permanenți:

Un alt tip de mașină de curent continuu este aceea cu magneți permanenți. Nu este mult diferită față de cea cu înfăsurare de excitație, singura diferență fiind înlocuirea înfășurărilor cu magneți permanenți.

Motoarele de curent continuu cu magneți permanenți se utilizează în prezent pe scară largă deoarece în ultimul timp s-au îmbunătațit performanțele si procedeele de fabricație ale acestor magneți.

Ca avantaje ale acestor mașini avem:

construcția simplă

pierderi reduse=> randament mai mare

dimensiuni de gabarit mai mici

greutate redusă

Un mare dezavantaj este dat de prețul ridicat al magneților iar în consecință acesta influențează direct mașinile cu magneți permanenți, prețul acestora fiind mai mare. Pe lângă acest dezavantaj își pot modifica caracteristicile în timp, atât prin îmbatrânirea magneților cât și prin influența câmpurilor magnetice puternice cu acțiune demagnetizantă.

Pentru realizarea magneților permanenți se folosesc diverse materiale, cele mai utilizate sunt:

alnico, obținut prin turnare din fier, aluminiu, nichel, cobalt. Prin răcire în câmp magnetic rezultă o structură anizotropă aluminiu

aliaje Mn-Al-C, obținute din pulberi prin turnare și răcire în camp magnetic

compuși din pământuri rare, de două tipuri: pe bază de samarium-cobalt (Sm-Co) în diverse procente, și pe bază de niodium-fier-bor (Nd-Fe-B). În fig. 5.2 sunt indicate curbele de demagnetizare ale principalelor MP

materiale ceramice (ferite), obținute din oxid de fier în amestec cu carbonatul de bariu, sau oxidul de stronțiu prin sinterizare prin presare (izotrop) în câmp magnetic puternic (anizotrop)

Cea mai importantă carcacteristică a magneților permanenți este curba de magnetizare. Magnetizarea magnetului permanent se face prin străbaterea unor bobine de un curent continuu sau de impulsuri puternice care saturează materialul. Se poate magnetiza separat sau cu magnetul înglobat în circuitul magnetic al mașinii. În timpul funcționării se utilizează un matarial cu foarte mare permeabilitate magnetică pe talpa polară pentru dirijarea liniilor de câmp în afara magnetului cu scopul de a evita demagnetizarea.

Fig. 5.2 Curbele de magnetizare ale unor magneți permanenți.

Caracteristicile de magnetizare ale MP variază cu temperatura. Prin încălzire crește agitația termică, și se produce o scădere a magnetizării. La atingerea punctului Curie magnetul permanent își pierde proprietățile magnetice, devenind paramagnetic. La creșteri mici de temperatură se produce o scădere reversibilă a proprietăților magnetice. Acest regim este caracterizat prin coeficientul de temperatură KT [%/oC].

Pierderi ireversibile ale proprietăților magnetice apar atunci când magnetul permanent este încălzit, pentru scurt timp la temperaturi mai mari decât cele normale de funcționare. În urma acestui fenomen curba de demagnetizare va reprezenta porțiunea unui ciclu de histerezis oarecare.

În tab. 5.3 sunt indicate permeabilitatea relativă de revenire μr, coeficienți de temperatură reversibil pentru inducția remanentă KTB și câmp coercitiv KTH, și energiile maxime Wm înmagazinate în principalele tipuri de magneți permanenți.

Tab. 5.3 Caracteristicile principalelor tipuri de magneți permanenți

Exemplu de mașină de curent continuu cu magneți permanenți:

Un astfel de model de mașină de curent continuu cu magneți permanenți, prezentată mai jos, este foarte asemănătoare cu cea din proiectul meu. Este o secțiune transversală văzută din față a unei mașini cu 6 magneți permanenți așezați radial pe stator si cu rotorul bobinat. La aceste mașini sunt înlocuite înfășurările de excitație cu magneți permanenți.

Fig. 5.1 Motor de curent continuu cu magneți permanenți

1-carcasă de aluminiu

2-magnet permanent;

3-polul mașinii;

4-secție de comutație;

5-rotor;

6-tălpi de prindere;

7-ax

Pentru a îmbunătați performanțele se folosesc multiple sisteme constructive în funcție de calitățile magnetului. În varianta din figura 5.1 se realizează o construcție compactă și o consolidare corespunzătoare cu menținerea performanțelor tehnice. Prin tălpile polare se închide câmpul magnetic de reacție iar magneții se află în afara acestui câmp. La varianta aceasta tehnologia de realizare are un preț mai mare.

1.3 Elementele constructive ale masinii de curent continuu cu magneți permanenți:

Fig 6.1 Părți componente MCC cu MP

Perie- face legătura între inelul comutatorului și cablu

Arc perie- menține apăsat capătul periei pe inelul comutatorului

Înfășurări- creează câmpul magnetic prin armătură

Câmp magnetic- creează o forță de atracție față de magnet și astfel se învârte rotorul

Carcasa exterioară- susține și protejează toate componentele

Ax- pe acesta este construit rotorul

Suport magnet- ajută la fixarea magneților

Armătura- direcționează câmpul magnetic spre magneți

Magneți- produce un câmp magnetic care interacționează cu câmpul magnetic produs de înfășurări din care rezultă cuplu

Clopot- face legatura între carcasă și rulment

Cablu- prin el se face alimentarea

Comutator- schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor

Rulment- asigură suportul axului și rotirea acestuia cu ușurință

2. Construcția mașinii

Prin această lucrare de diplomă vreau să explic funcționarea mașinii de curent continuu cu magneți permanenți atât teoretic cât și practic. Pentru a arăta cum funcționează mașina este nevoie de un motor de curent continuu, dar din cauza rotațiilor destul de mari este greu de explicat. Din această cauză m-am decis să construiesc o mașină didactică, care să facă toți pașii până la o rotație completă, fiecare pas manevrându-se independent de la butoane.

Fig 7.1 Motor de cc cu 3 poli

Pentru a înțelege mai bine pașii care sunt făcuți până rotorul are o rotație completă am luat un exemplu:

Pasul 1- se alimentează comutatorul cu tensiune continuă, apoi, curentul care trece prin bobina 1 si 2 o să genereze câmp magnetic care o să le atragă de magnetul N, iar curentul care trece prin bobina 3 o să genereze câmp magnetic care o să atragă polul spre magnetul S.

Pasul 2- după ce pasul 1 se face complet și axul se rotește împreună cu comutatorul sensul curenților prin bobinele 1 si 3 se schimbă, 2 rămânând la fel. Polul 1 o să fie atras de S iar polii 3 și 2 de N

Pasul 3- după ce pasul 1 se face complet și axul se rotește împreună cu comutatorul, sensul curenților prin bobina 2 se schimbă, 1 și 3 rămânând la fel. Polul 3 o să fie atras de N iar polii 1 și 2 de S.

După toți acești pași axul rotorului face o rotație de 360 de grade revenind la poziția inițială și începe iar primul pas. Rapiditatea succesiunii pașilor este dată de tensiunea de alimentare, ceea ce ne demonstrează că viteza de rotație a mașinilor de curent continuu este proporțională cu tensiunea de alimentare.

Inițial am vrut să proiectez de la zero o astfel de mașină pentru a putea să o construiesc exact pentru aplicația din această lucrare, dar din considerente economice și din lipsa utilajelor necesare, împreună cu îndrumatorul meu de proiect am ajuns la concluzia că este mai bine să modific o mașină deja existentă și să o fac una didactică.

Fig 8.1 Motor de cc fabricat de motor power model ROK 311M

Am achiziționat motorul din fig 8.1 defect, fără să fie aflată cauza defectului, doar mirosind a ars. Mi-a fost dat gratuit, dar cu condiția să aflu cauza stricării frecvente a acestuia, defectându-se la aproximativ 3-4 luni.

Mașina era alimentată de la un controller care regla automat turația din variația tensiunii de alimentare în funcție de temperatura dintr-un cuptor de coacere. Acesta acționa o bandă transportoare prin intermediu unui reductor cu raportul de transformare 1:24, fig 9.1 și fig 9.2.

Fig 9.1 Reductor fabricat de motor power Fig 9.2 Reductor tip P1.K14

Înainte să încep dezasamblarea motorului am căutat datele lui tehnice pentru a vedea exact cu ce fel de motor mă confrunt și pentru a determina și cauza frecventă a defectării acestuia.

2.1 Caracteristici generale:

Tab. 10.1 Caracteristici generale

Din tabelul 10.1 extragem datele specifice acestei mașini:

Tensiune de alimentare: 24V

Curent nominal: 3.65A

Puterea: 70W

Viteza: 3000 rot/min

Cuplu: 0.22 Nm

Rezistența armăturii: 0.85 Ohm

Tab. 10.2 Tabel date mecanice Tab. 10.3 Tabel date electrice

În tabelurile 10.2 si 10.3 sunt prezentate datele mecanice, respectiv electrice, ale acestui tip de motor cum ar fi: greutatea, lubrifierea, clasa izolației, temperatura ambientală, gradul de protecție etc.

Fig. 11.1 Dimensiuni motor tip ROK 311M.

Dimensiunile motorului se pot extrage din figura 11.1.

2.2 Rezolvarea defectării frecvente a mașinii:

După ce am studiat toate datele motorului, l-am desfăcut și am constatat că înfășurările rotorului erau arse și comutatorul puțin deteriorat ( 2 lamele nu erau izolate bine între ele) (fig.12.1)

Fig. 12.1 Comutator MCC

A fost comandat alt motor dar cauza tot nu s-a rezolvat. După ce l-am montat, am măsurat tensiunea de alimentare timp îndelungat și am constatat că uneori era mult peste cea nominală, aproximativ 50-60V, iar temperatura ambientală ajungea si la 60-70 0C (în date fiind precizate 400 C), el aflându-se în apropierea cuptorului.

După alte măsurători am observat că defectul provenea de la un senzor de temperatură defect care încălzea prea tare cuptorul și controllerul creștea tensiunea de alimentare a mașinii pentru a mări turația.

Problema s-a rezolvat prin înlocuirea acelui senzor, setarea temperaturii maxime și izolarea termică față de cuptor. La 6 luni de la remediere nu a mai apărut acel defect.

2.3 Dezasamblarea completă și curățarea mașinii:

În prima fază a proiectului am demontat toate părțile mașinii pentru a o putea curăța de mizeria produsă în urma defectării și pentru a o reface în o mașină didactică, fiind necesare unele schimbări majore. Înfășurarile fiind arse trebuiau schimbate, mi-am propus să ii montez 11 inele colectoare pentru a avea acces la fiecare înfășurare în parte și aveam nevoie de un suport pentru noua mașină.

Fig 13.1 Demontare reductor

Fig 13.2 Demontare înfășurări

Am dat jos reductorul, deoarece nu făcea parte din proiectul meu (fig 13.1), apoi am scos cărbunii afară și am desfăcut capacul motorului. Am luat rotorul și am desfăcut înfășurarile cu grijă, notând în același timp cum au fost bobinate (fig 13.2). Bobinajul a fost în serie, pe 2 straturi, ficare înfășurare trecând peste 5 crestături (1-6, 2-7, 3-8, 4-9, 5-10, 6-11, 7-1, 8-2, 9-3, 10-4, 11-5), iar firul de cupru avea o grosime de 0.5 mm.

Fig 14.1 Stator cu magneți permanenți

Fig 14.2 Distribuirea magneților în stator

În următoarea etapă am curățat statorul de impurități (fig. 14.1) și am determinat, cu ajutorul altor magneți, cum sunt polarizați magneții din statorul meu. Magnetizarea este radială iar cei 4 magneți sunt așezați în linie câte 2 formând un N (polul nord) si un S (polul sud) (fig. 14.2). Sunt fixați cu 2 cleme și lipiți de carcasă cu un adeziv special (fig. 14.1)

2.4 Prelucrarea axului:

Pentru a avea loc să fixez inelele colectoare a trebuit să scot melcul din capătul axului și capacul motorului împreună cu rulmentul din acesta. Melcul a fost scos cu ajutorul unei prese hidraulice, iar capacul prin scoaterea siguranței.

Fig 15.1 Rotor după scoaterea melcului și a capacului

Din figura 15.1 se observă că axul nu are aceeași grosime pe toată lungimea lui (între 8 si 10 mm) și capătul nu este perfect rotund pentru a susține un rulment.

Pe porțiunea dintre tolele rotorului și capătul din stânga am decis să montez inelele colectoare (în număr de 11) plus rulmentul din capăt, apoi am calculat lungimea care îmi mai rămâne liberă din ax:

Ll=Lt-(I*li)+lr L1-lungime liberă li-lungime inel+1mm izolație

Ll=80-(11*5)+4 Lt-lungime totală lr-lungime rulment

Ll=21 mm I-număr inele

Din calcule mi-a ieșit o lungime de 21 mm liberă pe ax, suficient cât să pot monta inele și să intre înfășurările.

Fig 15.2 Axul cu 11 adâncituri modelat 3D

Pentru a putea pune inelele colectoare pe sub care să treacă firele de la bobinele rotorului am hotărât să fac 11 canale pe lungimea axului, care să fie de 1×0.96 mm pentru ca firele să poată intra. Pentru a înțelege mai ușor am modelat în SOLIDWORKS axul cu cele 11 canale (fig. 15.2).

Fig15.3 Fișă intrare pentru prelucrarea axului

Din cauza lipsei utilajelor și a cunoștinețelor necesare am trimis axul la o firmă de specialitate care să îmi prelucreze următoarele:

Strunjirea axului la diametrul de 7.5 mm pe toată lungimea, până la tole

Îndreptarea capătului ciobit unde urmează sa fie montat rulmentul

Efectuarea canalelor longitudinale

Fig. 15.3 Dimensionarea unghiurilor

Pentru a ușura munca și din cauză că aparatul care mi-a efectuat canalele se putea deplasa doar minim 10 am realizat un desen (fig. 15.3) cu unghiurile la care să fie rotit axul pentru fiecare adâncitură. Împărțite egal trebuia fiecare canal la 32.720 , dar le-am pus pe primele 10 la 330 și ultimului i-au mai rămas 300 , nefiind semnificativă diferența între ele.

Fig. 15.4 Axul după prelucrare

În figura 15.4 este axul după ce a fost adus de la firma care l-a prelucrat și a rezolvat toate cele 3 probleme. Pe capătul axului s-a fixat deja și rulmentul.

2.5 Suportul mașinii:

În prima parte a acestei etape am proiectat în SOLIDWORKS suportul mașinii cu tot cu panoul de comandă și suportul pentru periile colectoare (fig. 16.1) .

Fig. 16.1 Suportul mașinii

Am centrat axul rotorului față de stator prin încastrarea rulmentului în mijlocul laturii din interior, iar celălat rulment rămânând în carcasa mașinii, gata centrat.

Fig 16.2 Plexiglass Fig. 16.3 Latură realizată din plexiglass

Pentru realizarea integrală a suportului am folosit plexiglass de diferite grosimi, 3 respectiv 6 mm. Cu ajutorul uneltelor speciale am început prin tăierea bazei și a laturilor (fig 16.3). Apoi pentru realizarea găurilor statorului si rulmenților am însemnat mijlocul laturii, apoi cu un compas am trasat cercul, iar cu un burghiu am făcut gaura completă (fig. 16.5)

Fig. 16.4 Rulment înglobat în latură Fig. 16.5 Latură după trasare și tăiere

După acești pași am fixat rulmentul în latură prin presare (fig. 16.4), apoi am făcut același lucru și cu statorul (fig. 16.7). Lipirea laturilor de baza suportului am realizat-o cu un adeziv pe baza de cianoacrilat (fig. 16.6).

Fig. 16.6 Lipirea laturilor Fig. 16.7 Fixarea statorului în laturi

Pentru restul suportului pașii au fost similari cu cei prezentați mai sus, dar s-au efectuat pe tot parcursul proiectului pentru a avea acces la toate componentele necesare.

2.6 Realizarea înfășurărilor rotorului:

Pentru a putea realiza înfășurările am avut nevoie de documentație în acest sens, așa că m-am documentat de pe internet de ce am nevoie și cum se execută această parte. După ce am învățat, am achiziționat carton electroizolant și sârmă de cupru pentru bobinaj de același diametru ca cel care a fost pe mașină.

Bobinajul am decis să îl fac în serie, ca cel original, dar concentrat pe un singur pol al rotorului pentru a evidenția mai bine atracția spre magnet și fiecare pas în parte.

Fig. 17.1 Schemă de bobinaj

În figura 17.1 am realizat o schiță a modului în care am bobinat rotorul. Am luat un exemplu unde am alimentat cu curent continuu două inele consecutive. Curentul trece prin bobina în care este înfășurat polul și îl polarizează, atrăgâdu-se spre magnet.

După acest model am început să realizez bobinajul pe rotor. În prima parte am tăiat cartonul electroizolant și l-am pus în crestături în felul în care se vede în figurile 17.2 și 17.3.

Fig. 17.2 Rotor văzut din față

Fig. 17.3 Rotor văzut din lateral

Am dezizolat un capăt al sârmei, l-am lipit pe o lamelă de pe comutator, apoi am înfășurat de 22 de ori, după cum era bobinajul inițial, apoi am revenit pe următoarea lamelă (fig.17.4)

Fig. 17.4 Prinderea bobinajului de comutator

Am continuat la fel pentru toți cei 11 poli, verificând la fiecare rezistența și continuitatea sârmei, existând posibilitatea să facă contact cu axul sau tolele (fig. 17.5)

Fig. 17.5 Bobinajul făcut pe toți polii

În continuare am legat la fiecare lamelă de la comutator câte o sârmă (fig. 17.6) și le-am trecut prin crestături pentru a avea acces la fiecare înfășurare de pe noile inele colectoare (fig.17.7).

Fig 17.6 Conectare sârmă la comutator Fig. 17.7 Trecerea sârmei prin crestături

Am tăiat capetele cartonului electroizolant la nivelul potrivit, apoi le-am băgat în crestături iar unde a fost nevoie am mai pus o fâșie de carton pentru a nu ieși în exterior frecând pe stator (fig. 17.8).

Fig. 17.8 Așezarea cartonului electroizolant

Prin toți acești pași am realizat înfășurările, iar la șfârșit am testat toate bobinele prin măsurarea rezistenței cu ajutorul unui multimetru, rezultatele fiind la fel dându-mi acordul să trec la următoarea etapă a proiectului.

2.7 Realizarea și montarea ineleleor colectoare:

În prima fază am pus pe post de inele colectoare rulmenți, cu partea interioară mobilă, fiind pe ax, iar cea exterioară fixă fiind legat firul de legătură pe ea. După montarea a 2 rulmenți și testarea acestora am ajuns la concluzia că aceștia nu permit tot timpul trecerea curentului având scurte momente în care se întrerupe. Prin urmare nu am putut folosi rulmenții pe post de inele colectoare așa că am confecționat eu inelele prin pașii prezentați mai jos.

Fig. 18.1 Izolarea axului Fig.18.2 Așezarea sârmei în șanțuri

Am început prin izolarea electrică a axului cu tub termocontractibil pe care l-am așezat și l-am încălzit pentru a se fixa (fig. 18.1). Apoi am așezat firele în canale și am pus încă un izolant pe ele pentru a nu se mișca (fig. 18.2).

Fig. 18.3 Vopsirea canalelor

Pentru a izola electric mai bine firele față de ax l-am vopsit, apoi am curățat vopseaua de pe exterior astfel încât să rămână doar în canale și să fie destul loc pentru izolarea inelelor față de ax.

Fig. 18.4 Țeavă de cupru Fig. 18.5 Inel tăiat din țeavă

Inelele le-am confecționat dintr-o țeavă de cupru cu diametrul exterior de 10 mm iar cel interior de 8 mm, rămânând 0.5 mm pentru izolant, axul fiind strunjit la diametrul de 7.5 mm (fig. 18.4). Le-am tăiat la o lungime de 3 mm și le-am șlefuit pe fiecare pentru un contact mai bun cu firele (fig. 18.5).

Fig 18.6 Pregătire montare inel

Primul pas pentru a monta inelele colectoare este tăierea tubului termocontractibil la lungimea de 4 mm. După fixarea lui pe ax am dezizolat sârma corespunzătoare la capăt (aproximatv 3 mm) și am pus-o peste izolație (fig. 18.6).

Fig. 18.7 Montarea primului inel

Am fixat inelul colector astfel încât să facă contact cu sârma de bobinaj, apoi am pus încă un izolant de 1 mm (diferența provenind din 4 mm lungimea izolantului și 3 mm cea a inelului colector) care asigură izolarea între inele (fig. 18.7).

Fig. 18.8 Montarea inelelor colectoare

Am continuat la fel pentru toate cele 11 inele colectoare. După montare am verificat cu un multimetru dacă toate inelele fac contact cu firele corespunzătoare și dacă nu există contact între ele sau cu axul.

2.8 Confecționarea suportului periilor :

În prima parte a acestei etape am tăiat și am lipit plexiglas-ul după cotele date de suportul mașinii (fig. 19.1), apoi am însemnat unde vin găurile pentru fiecare perie colectoare (fig. 19.2).

Fig. 19.1 Suport perii colectoare

Fig. 19.2 Însemnarea găurilor

Mai departe am dat gaură cu un burghiu de 2 mm (fig. 19.3), apoi am făcut filet cu un tarod de 2,5 mm (fig.19.4) pentru a putea prinde periile de suport cât mai fix.

Fig. 19.3 Găurirea suportului Fig. 19.4 Efectuarea filetului cu tarod

Am prins cu șuruburi periile de suport și am pus niște distanțiere izolante pentru a nu se putea atinge periile între ele (fig 19.5).

Fig. 19.5 Prinderea periilor de suport

Apoi am pus tot ansamblul pe suportul principat și l-am lipit. Le-am pus puțin tensionate pentru ca periile să facă contact în permanență cu inelele (fig. 19.7).

Fig. 19.6 Fixarea periilor Fig 19.7 Tensionarea periilor

Fixarea am făcut-o aprofimativ la mijlocul inelelor nefiind perfect simetrice. Am ales să pun 5 perii jos și 6 sus deoarece sunt prea late și se atingeau (fig. 19.8). Contactele (periile) le-am luat de la niște relee defecte.

Fig. 19.8 Inelele și periile colectoare

2.9 Fixarea butoanelor și efectuarea conexiunilor:

Am cumpărat 11 butoane reversibile, normal deschise, cu un singur contact care suportă un curent de 20 A. Apoi am făcut găurile în suporul butoanelor și le-am fixat cu adeziv, la fel am făcut și pentru cele 2 mufe de intrare.

Fig. 20.1 Efectuarea găurilor pentru butoane

Am legat un fir de cupru la câte un capăt de la contactele butoanelor, apoi l-am legat la una dintre mufele de intrare (fig.20.2).

Fig. 20.2 Realizarea legăturilor și fixarea butoanelor

Capătul rămas liber de la fiecare contact al butoanelor a fost legat printr-un fir de diametru 0.75 mm la fiecare perie corespondentă a inelelor colectoare.

Fig. 20.3 Efectuarea conexiunilor

Fig. 20.4 Schema conexiunilor

În fig. 20.4 am realizat o schemă a conexiunilor pentru a se înțelege mai bine cum au fost făcute. La sfârșit au fost verificate cu un multimetru toate legăturile efectuate.

2.10 Testarea mașinii:

După montarea tuturor elementelor mașina a fost gata de testare. A fost alimentată cu 24 V de la o sursă de curent continuu reglabilă și cu un curent limitat la 5 A. Din păcate mașina nu a mers conform planurilor, adică pașii nu erau succesivi cum teoretic trebuiau să fie, ci haotici.

Din acest motiv am început cercetarea și aflarea cauzei nefuncționării corecte a mașinii. Am verificat toate înfășurările, am verificat toate inelele colectoare și toate legăturile. Toate acestea fiind în regulă am luat chema de bobinaj și am încercat să găsesc acolo o problemă.

Fig. 21.1 Schema bobinajului

Am ajuns la concluzia că problema vine din bobinajul în serie pe care l-am făcut mașinii. Curentul nu circula doar prin bobina dintre inelele alimentate, ci și prin celelalte, formând niște electromagneți inverși față de cel alimentat direct, curentul circulând în sens contrar (fig. 21.1). Deși polul alimentat era atras de magnetul S, era reținut de ceilalți poli deoarece aceștia erau în echilibru.

În schema de mai sus am prezentat doar un caz, acestea fiind multiple. Rotorul putea să fie în altă poziție și când era elimentat să miște haotic până intra în echilibru.

2.11 Rezolvarea problemei apărute și retestarea:

După constatarea problemelor apărute în nefuncționarea corespunzătoare a mașinii a urmat soluționarea acestora. Am constatat 2 posibile cauze:

Bobinajul concentrat pe un singur pol

Bobinajul legat în serie

După ce m-am sfătuit cu îndrumătorul meu de proiect am ajuns la concluzia că cel mai bine este să elimin ambele posibile cauze. Asa că am demontat din nou toată mașina și am refăcut bobinajul.

Fig. 22.1 Schemă de bobinaj în stea

Pentru a elimina ambele probleme bobinajul nu mai trebiua concentrat pe un singur pol, ci ca inițial, trecut peste 5 crestături și înfășurările făcut din serie în stea. Am luat ca exemplu 3 înfășurări consecutive din cele 11, fiecare având altă culoare.

Bobinajul l-am făcut în felul următor:

1 (albastru)

2 (portocaliu)

3 (galben)

4

5

6

7

8

9

10

11

Polarizarea am pus-o doar pe înfășurarea galbenă toate celelalte fiind la fel. Curentul străbate bobina polarizând o parte S și o parte N. Pe figura 21.1 se poate observa și sensul de atracție al polilor dar și modul de distribuție a polarizării.

După toate aceste studii teoretice am trecut și la rebobinarea practică a mașinii. Am desfăcut toate înfășurările, dar am lăsat inelele colectoare în aceeași pozitie.

Fig. 21.2 Scoaterea înfășurărilor

Am înlocuit cartonul electroizolant și am început să bobinez după noua schemă de bobinaj cu sârmă de cupru de diametru 0,9 mm. În felul acesta am putut să fac doar câte 10 treceri la fiecare înfășurare.

Fig. 21.3 Realizarea legăturilor

Legăturile între inele și înfășurări au fost făcute în partea dinspre comutator. Comutatorul a fost transformat într-un inel colector fiindu-i conectate toate lamelele între ele, deoarece pentru bobinajul stea aveam nevoie de un inel comun. Acest inel comun este alimentat prin intermediul unui cărbune. Mai departe pașii pentru bobinare sunt similari cu cei prezentați la punctul 2.6.

După rezolvarea problemelor mașina a fost gata pentru a fi testată din nou. Din fericire testarea a fost un adevărat succes și toti cei 11 pași se execută vizibil. La mașină s-au mai adus îmbunătățiri estetice și de ghidare a utilizatorului precum:

Numerotarea butoanelor (fig. 21.4)

Numerotarea înfășurărilor (fig. 21.6)

Etichetarea alimentării (fig. 21.5)

Vopsirea magneților (fig. 21.6)

Fig. 21.4 Buton Fig. 21.5 Alimentare Fig. 21.6 Numerotare

2.12 Funcționarea mașinii:

Mașina didactică finalizată este prezentată în figurile 21.7 și 21.8. Se alimentează cu curent continuu, o tensiune de 12 V și are nevoie de 8 A pentru a funcționa normal.

Fig. 21.7 Mașină curent continuu didactică

Fig. 21.8 Mașină curent continuu didactică, vedere de sus

Mașina de curent continuu cu magneți permanenți pentru uz didactic funcționează astfel:

Când butonul 1 de pe panoul de comandă este apăsat (fig.22.1) înfășurarea notată cu 1 se atrage spre magnetul albastru (fig. 22.2)

Cand butonul 2 este apăsat (fig.22.3) înfășurarea următoare, care este notată cu 2, se atrage spre același magnet (fig.22.4)

În această succesiune se apasă toate butoanele, iar când se ajunge din nou la butnoul 1 axul revine la poziția inițială, adică a făcut o rotație de 3600 și a executat toți pașii pe care ii face o mașină de curent continuu normală.

Fig. 22.1 Apăsare bunoul 1 Fig.22.2 Atragere înfășurare 1

Fig. 22.3 Apăsare buton 2 Fig. 22.4 Atragere înfășurare 2

3. Concluzii

Acest proiect poate fi utilizat cu succes în cadrul:

Laboratoarelor pentru explicarea în detaliu a funcționării mașinii de curent continuu

Altor proiecte practice pentru mișcări mici sau modificări de unghiuri

Cu ajutorul unui controller folosit ca motor normal, dar comandat mult mai precis

În diverse aplicații practice

3.1 Rezumatul lucrării:

Mașina din acest proiect este de fapt o transformare a unei mașini normale de curent continuu într-o mașină didactică, cu care se poate explica mult mai ușor funcționarea motorului de curent continuu. Această transformare a presupus câțiva pași esențiali în modificarea construcției mașinii:

Demontarea componentelor: inclusiv bobinajul defect si toate parțile necesare îndeplinirii proiectului

Prelucrarea axului: strunjirea și realizarea canalelor pe axul rotorului

Suportul mașinii: realizarea unui suport pentru mașină, perii si panoul de comandă, care să fie unite într-un suport central

Bobinarea rotorului: efectuarea bobinajului corespunzător pentru rotor și a conexiunilor aferente

Montarea inelelor colectoare: confecționarea inelelor și montarea acestora, împreună cu conectarea lor la înfășurările rotorice.

Periile: fixarea periilor pe inele intr-o succesiune clară

Prinderea butoanelor: montarea butoanelor în suport și realizarea conectării lor cu periile.

Testarea mașinii: testarea si validarea funcționării mașinii în conformitate cu proiectul

Funcționarea mașinii: prezentarea mașinii în forma finală și explicarea funcționării acesteia

3.2 Perspective de dezvoltare:

Fiind o mașină didactică am considerat că este destul stadiul de machetă în care am modificat motorul. Cu toate acestea am cercetat și perspective de dezvoltare. Una dintre aceste perspective este dezvoltarea cu o placă Arduino.

Fig. 23.1 Conexiunea între placa Arduino si relee

Mașina poate să fie controlată prin înlocuirea butoanelor cu relee. Aceste relee pot fi controlate cu ajutorul unui Arduino, iar viteza de rotație se poate controla prin succesiunea conectării releelor. Cu cât este mai rapidă succesiunea cu atât viteza de rotație este mai mare.

În figura 23.1 se prezintă conexiunile necesare între placa Arduino și relee. Pentru modelul din proiectul acesta avem nevoie de 12 relee, una pentru comun (-) iar celelalte 11 pentru înlocuirea butoanelor.

4. Bibliografie