Masina de Curent Continuu

CAPITOLUL 3.

Mașina de curent continuu

3.1 Noțiuni generale

Mașinile de curent continuu se caracterizează prin faptul că prin circuitul exterior trece curent continuu, iar tensiunile electromotoare se induc numai prin mișcare, principiul ei de funcționare bazându-se ca și în celelalte mașini electrice, pe legea inducției electromagnetice. [ 22, 23]

Principala utilizare a mașinii de curent continuu este cea de motor electric datorită comenzii rapide folosind un singur comutator pentru comanda de tracțiune și un al doilea comutator pentru comanda de frână. Astfel, motoarele de curent continuu se utilizează în tacțiunea electrică, în industria metalurgică și siderurgică pentru acționarea unor mecanisme și în general în acționările care necesită reglajul turației în limite largi. [22]

Mașina de curent continuu are două părți constructive: statorul, format din carcasă ( rol de jug statoric și compus din oțel masiv), polii auxiliari ( din oțel masiv, fiind specifici numai mașinilor cu puteri peste 1 kW), polii principlai, înfășurările de excitație și ale polilor auxiliari, scuturile laterale, sistemul de perii, lagărele și bornele; rotorul format din miezul feromagnetic, înfășurarea rotorică, colectorul, ventilatorul, rulmenții și arborele. [23]

Fig. 3.1. Secțiune transversală prin mașina de curent continuu[24]

3.1.1. Notarea bornelor

Conform STAS 3539/71 notarea bornelor se face astfel:

D1; D2 – înfășurarea de excitație serie

E1; E2 – înfășurarea de excitație derivație

F1; F2 – înfășurarea de excitație separată

A1; A2 – înfășurarea indusului

B1; B2 – înfășurarea polilor auxiliari

C1; C2 – înfășurarea de compensare

3.1.2. Tipuri de mașini de curent continuu

După modul de conectare al înfășurării de excitație și al înfășurării indusului avem:

Excitație separată Excitație derivație

Excitație serie Excitație compound

Excitație mixtă

3.1.3. Mărimi nominale

Mărimile nominale ale unei mașini de curent continuu sunt cele corespunzătoare regimului nominal de funcționare pentru care se dimensionează mașina și sunt trecute pe plăcuța ei indicatoare. Pentru mașinile de curent continuu sunt următoarele mărimi:

Puterea nominală – Pn [W], [kW] este puterea utilă a mașinii și reprezintă puterea maximă pe care o poate dezvolta mașina fără ca diferitele părți componente să depășească temperatura maximă admisibilă, (pentru motor este putere mecanică la ax; pentru generator este putere electrică).

Tensiunea nominală Un [V], [kV] este tensiunea la bornele indusului și corespunde regimului nominal pentru care a fost proiectată mașina.

Curentul nominal – In [A], [kA] reprezintă valoarea curentului care parcurge înfășurarea indusă când debitează puterea nominală, iar tensiunea la borne are valoarea nominală.

Turația nominală – nn [rot/min] este turația pe care o are o mașină atunci când este regimul nominala de funcționare.

Cuplul nominal – Mn [Nm] reprezintă cuplul electromagnetic dezvoltat de mașină atunci când aceasta este alimentată la tensiunea nominală și debiteză putere nominală în regim de motor.

3.2 Regimurile și principiile de funcționare

3.2.1. Regimul de generator

Generatorul de curent continuu primește energie mecanică de la mașina de antrenare și are înfășurarea de excitație parcusă de curent, deci are asigurat fluxul de excitație în circuitul său magnetic. Este produsă energie electrică la bornele înfășurării indusului și ea poate fi furnizată unui circuit de sarcină. [25]

Se consideră că spira formată din conductoarele active ab și cd, este rotită de către o forță exterioară în sensul indicat în figură. În timpul rotirii conductoarele ab și cd, spira intersecteză liniile câmpului magnetic, realizându-se astfel o variație de flux magnetic. [22]

Capetele spirei sunt contectate la două semiinele care se deplasează odată cu spira. Pe cele două semiinele freacă două perii fixe față de stator, așezate în axa neutră a mașinii, deoarece cele două perii scurtcircuitează spira în momentul când laturile spirei se găsesc în zona de câmp magnetic nul. [17,22]

Când un conductor de lungime l se deplasează într-un câmp magnetic de inducție constană B, cu o viteză v, iar deplasarea conductorului se face sub un unghi oarecare α față de vectorul inducție magnetică, tensiunea electromotoare indusă în conductor are expresia:

Ue = (3.1)

În figura 3.2.1. se prezintă o schemă explicativă de funcționare a generatorului de curent continuu.

Fig. 3.2.1. Principiul de funcționare a generatorului de curent continuu

Tensiunea obținută la bornele generatorului de c.c. este proporțională cu fluxul magnetic produs de curentul de excitație (Фex) și cu viteza de rotație a rotorului generatorului (n) este:

Ue = Фex (3.2)

K – factor de proporționalitate care depinde de construcția generatorului de curent continuu si are expresia: K = (3.3)

p – numărul perechilor de poli

2a – numărul căilor de curent

N- numărul total de conductoare din care este formată înfășurarea rotorică

În cazul în care la bornele generatorului de c.c este conectată o sarcină Rs, tensiunea la perii va fi mai mică datorită căderilor de tensiune pe rezistența echivalentă a înfășurării rotorice și pe rezistențele de contact perii – lamele colectoare. [22]

Așadar, puterea mecanică primită de la generator pe la arbore este transformată prin intermediul câmpului magnetic de excitație în putere electrică debitată de generator la borne, spre sarcină. În regim de generator, curentul prin indus are semnul tensiunii electromotoare induse, iar cuplul electromagnetic este rezistent. [17]

3.2.2 Regimul de motor

Motorul de c.c. transformă energia electrică în energie mecanică ca urmare a apariției unei forțe electromagnetice care acționează asupra unui conductor parcurs de curent și situat în câmp magnetic. Cât timp mașina electrică este alimentată cu tensiune continuă înfășurarea de excitație cât și înfășurarea rotorică, ea va funcționa întotdeauna în regim de motor. [22]

În figura 3.2.2 va fi explicat funcționarea motorului de curent econtinuu.

Fig. 3.2.2 Principiul de funcționare al motorului de curent continuu

Înfășurarea de excitație este conectată la o sursă de tensiune continuă și parcursă de curentul continuu Ie care produce un câmp magnetic de excitație reprezentat prin vectorul inducție magnetică . Înfășurarea rotorică este alimentată prin intermediul sisitemului perii-colector, de la sursa de tensiune coninuă U și parcursă de curentul continuu Ia .

Conductoarele înfășurării rotorice sunt parcurse de curentul continuu Ia și se află în câmpul magnetic de inducție creat de curentul Ie . Ca urmare a acestui fapt, asupra conductoarelor ce formează înfășurarea rotorică vor acționa cate o forță electromagnetică dată de relația:

(3.4)

unde i reprezintă curentul prin spira rotorică, l este lungimea laturii spirei dintre crestături, iar b este B este inducția magnetică în zona în care se află laturile spirei. [22,23]

Forțele electromagnetice produc un cuplu Mc , numit cuplu electromagnetic care acționează asupra rotorului. Dacă acest cuplu este mai mare d,ecât momentul rezistent al rotorului, acesta va căpăta o mișcare de rotație în sensul indicat în figură, cu o anumită tuație n. [22]

3.3 Motorul de curent continuu cu magneți permanenți