Studiu pe Stand al Motorului de Pornire

STUDIU PE STAND AL MOTORULUI DE PORNIRE

Cuprins

Introducere

Cap. 1 Mașini electrice de curent continuu

Elemente constructive ale mașinii de curent continuu

Principiul de funcționare al mașinii de curent continuu

Tensiunea electromotoare indusă și cuplul electromagnetic

Cuplul electromagnetic al mașinii de curent continuu

Funcționarea mașinii de curent continuu ca motor

Bilanțul puterilor al mașinilor de curent continuu

Cap. 2 Motoare electrice de pornire

2.1 Construcția sistemului de pornire electric

2.2 Construcția sistemului de pornire electric

2.3 Particularitățile motorului electric de pornire

2.4 Sisteme de cuplare sau dispozitive de cuplare

2.5 Încercarea motoarelor electrice de pornire

Cap. 3 Testarea unui motor electric de pornire

Bibliografie

Anexe

CAP. 1 MAȘINI ELECTRICE DE CURENT CONTINUU

Introducere

Evoluția dezvoltării mașinii de curent continuu

Între primele aplicații ale fenomenului inducției electromagnetice, descoperit în 1831 de Faraday, se află mașina de curent continuu,inclusiv dispozitivul de conversie electromecanică a energiei care functioneza pe principiul electromagnetic.

Generatorul de curent electric a fost construit de Ritchie în 1833, si puncteaza inventarea într-o prima forma a colectorului. Se succed apoi dezvoltări legate și de numele unor inventatori cum ar fi:

Hjorth – anul 1851- construirea generatorului cu autoexcitație;

Siemens – anul 1856- construirea indusului în dublu T

Hefner-Alteneck – anul 1872, construirea indusului în tambur cu înfășurare într-un singur strat;

Weston –anul 1882, înfășurarea în două straturi;

Mordey – anul 1883, utilizarea legăturilor echipotențiale;

Mengos – anul 1884, înfășurarea pentru compensarea câmpului reacție a indusului.

Utilizarea polilor de comutație datează din anul 1885, perioadă care încheie practic configurarea mașinii de curent continuu în structura în care aceasta se realizează și astăzi. Dezvoltările din ultima vreme sunt legate de perfecționarea funcționării în regimuri dinamice și în condițiile alimentării prin convertoare statice, a căror tensiune de ieșire nu este perfect continuă.

Regimul de motor este folosit în utilizarea mașinilor de curent continuu.

1.1 Elemente constructive ale mașinii de curent continuu

În construcția actuală, mașina de curent continuu este alcatuita dintr-un inductor care formează statorul, capabil să genereze în întrefier un câmp magnetic indus, care constituie rotorul mașinii. În figură pot fi evidențiate în detaliu elemente constructive specifice.

Mașina electrică de curent continuu este alcatuita din două părți de bază constructive:

statorul – este partea imobilă a mașinii de curent continuu alcătuită din urmatorele elemente constructive:

~carcasa numită și jugul statoric;

~polii de excitație;

~polii de comutație numiti și polii auxiliari;

~scuturile numite și capacele;

~cutia de borne.

rotorul – este partea mobilă a mașinii, el fiind constituit din următorele elemente:

~miezul numit și pachetul rotoric

~colectorul

~ventilatorul

Carcasa reprezintă acea parte mobilă în care se fixează polii de excitație. Mașina este fixată în fundație prin intermediul unei tălpi de prindere și buloane.

,,Mașina de curent continuu se compune în principal dintr-un inductor care în construcția clasică formează statorul, capabil să genereze în întrefier un câmp magnetic heteropolar și un indus, care constituie rotorul mașinii. Statorul mașinii din figură are 2p = 4 poli, numiti  poli principali sau poli inductori.” (Constantin Ghiță, 2005).

 Miezul magnetic al polilor este din tole de 0,5pana la 2 mm grosime. A doua variantă este mai ușor de executat și asigură reducerea pierderilor datorate eventualului caracter pulsatoriu al câmpului magnetic. 

Bobinele aparțin circuitului de excitație al mașinii, ele sunt pozitionate în jurul acestor miezuri iar modul lor de conectare este astfel încât sensul câmpului magnetic să alterneze de la un pol la altul în lungul periferiei statorului. Câmpul magnetic creat de polii principali se închide prin jugul magnetic statoric.Acesta poate îndeplini rolul de carcasă a mașinii, cazul din figura 1.1, prin întrefierul dintre stator și rotor și apoi prin miezul magnetic al rotorului.

La mașinile de puteri medii dar și mari între polii principali inductori unde se plasează polii de comutatie, ale căror bobine sunt conectate astfel încât câmpul magnetic al acestora să alterneze de la un pol la altul;  se foloseste și denumirea de poli auxiliari pentru acesti poli. Mașinile de puteri medii și mari, precum și cele destinate să funcționeze în regimuri cu variație rapidă si sunt echipate cu o înfășurare de compensare a câmpului de reacție al indusului, plasată în piesele polare ale polilor inductori. Această înfășurare se conectează în serie cu înfășurarea indusului, axa magnetică a acesteia fiind axa polilor principali.

[http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/MASINI-DE-CURENT-CONTINUU85317.php]

Fig.1.1 Elementele constructive ale mașinii de curent continuu

1-carcasă 12-colector

2-3-scuturi 13-capac exterior

4-pol principal 14-15-rulmenți

5-pol de comutație 16-cutie de bobone

6-miezul rotorului 17-bulon

7-bandaj 18-bobina polului de comutație

8-infășurarea rotorului 19-bobina polului de excitație

9-ax 20-inel de ridicare

10-suport port perie 21-ventilator

11-perie 22 perie colectoare

23-colier port-perie

Statorul este construit în părțile frontale cu scuturi portlagăre, pentru susținerea rotorului. Sistemul de perii colectoare se gaseste fixat pe unul din aceste scuturi, astfel încât periile să poată fi decalate în direcție azimutală.

 Indusul sau rotorul mașinii de curent continuu este miez magnetic realizat din tole de oțel electrotehnic, cu grosimea de 0,5 mm. Partea dinspre întrefier a acestui miez are in componenta crestături repartizate uniform, unde se plasează înfășurarea indusului.

 Înfășurarea indusului este repartizată în crestături, în două straturi, închisă, cu multiple prize fixate la lamelele colectorului.

 Colectorul este situat la una din extremitățile frontale ale rotorului si este constituit din lamele din cupru în directie azimutală, care sunt izolate față de restul rotorului; lamelele asigură legătura electrică dintre periile colectoare si infasurarea indusului.

 Alimentare înfășurării de excitație se diferențiază prin:

–         mașini cu excitație separată, sau independentă ,  la care înfășurarea de excitație este alimentată de la o sursă separată, exterioară mașinii;

–         mașini cu autoexcitatie, categorie din care fac parte:

a.  mașinile derivație, la care înfașurarea de excitație este conectată în paralel cu înfășurarea indusului,

b. mașinile serie, unde înfășurarea de excitație este conectată în serie cu înfășurarea indusului

c.  mașinile compund, având două înfășurări de excitație, una este conectată în serie cu indusul acesteia iar cealaltă este conectata în paralel,

– mașini cu excitație mixtă, care combina variantele anterioare, in cel putin una dintre înfășurările de excitație este alimentată la o sursă separată.

Simbolizarea diverselor circuite electrice ale mașinilor de curent continuu este aceea din figura 1.2, marcarea bornelor fiind după cum urmează:

[http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/MASINI-DE-CURENT-CONTINUU85317.php]

Fig. 1.2 Simbolizări ale circuitelor electrice ale mașinilor de curent continuu

înfășurarea indusuluieste notata cu liera A;

înfășurarea polilor auxiliari se noteaza cu liera B;

înfășurarea de compensare este notata cu litera C;

excitația serie se noteaza cu liera D;

excitația derivatie se noteaza E;

excitația separată este notata cu litera F

Tehnologia acestor motoare este bine pusă la punct. Ele – și în mod deosebit motorul serie – au fost, până relativ recent, principalele motoare folosite în tracțiunea electrică.

Indiferent de tipul excitației utilizate, schema echivalentă a unui motor de curent continuu este, în esență, cea din figura următoare:

Fig 1.3 Schema electrică a unui motor de curent continuu

Ecuația corespunzătoare acestei scheme, în regim permanent, este:

U = E + RI;

unde R,U sunt rezistența și respectiv inductanța circuitului indusului, iar E tensiunea electromotoare indusă în acest circuit.

Principiul de funcționare al mașinii de curent continuu

[http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/MASINI-DE-CURENT-CONTINUU85317.php

]

Fig. 1.4 Schema principiului de funcționare al mașinii de curent continuu

Fie o spiră dreptunghiulară, fig. 1.4.a, este plasată simetric pe un miez magnetic cilindric, unde se află în câmpul magnetic inductor creat de polii N si S.

 Prin antrenarea rotorului, supus cuplului de antrenare Ma  al unei mașini motoare, spira se rotește cu viteza unghiulară W, laturile spirei în lungul miezului magnetic având viteza tangențială  perpendiculară pe vectorul inducție magnetică din întrefier. Variația acestei inducții în raport cu coordonata a, este reprezentată în figura 1.4.b și reprezintă la alta scară variația în timp a tensiunii electromotoare indusă în spiră, si este notata ue = 2Bdlv ,unde l este lungimea axială a spirei. Tensiunea la bornele A1, A2 ale structurii simple din figura 1.4.a este una alternativă. Dacă în loc de a fi conectate la două inele distincte, cele două capete ale spirei se conectează la două semi-inele, pe care calcă periile plasate corespunzător, tensiunea la bornele A1 si A2, trebuie sa aive variația în timp caracterizată de o componentă continuă Ub  importantă.

Sistemul de lamele și perii care asigură redresarea tensiunii alternative indusă în spiră, este cea mai simplă structură de colector. Pulsațiile tensiunii la borne se reduc pe masură ce numărul de spire, respectiv de lamele ale colectorului crește.

Daca se conecteaza un rezistor la bornele A1, A2, spira indusă va fi parcursa de un curent electric si are sensul tensiunii induse , fig. 1.4.b. Interacțiunea dintre acest curent și câmpul magnetic inductor determină forța electromagnetică , cu orientarea inversă în raport cu vectorul viteză ; cuplul electromagnetic are modulul  darde FeD,  unde D este diametrul rotorului.

Raționând raportul de curentul continuu debitat I, corespunzător tensiunii continue la borne Ub  și tensiunii electromotoare asociate Ue = 2Bdlv, cuplul electromagnetic are expresia:

Me = Fe D = Bδ I l D

Rotația indusului cu viteza v sau W constante reprezinta egalitatea dintre cuplul de antrenare Ma și cuplul electromagnetic Me:

Ma = Me = Bδ I l D

Puterea mecanică asigurată de mașina motoare :

Aceasta arată că dispozitivul convertește puterea mecanică P1 în P2 ,care este transmisă rezistenței in sarcină. Neglijarea rezistenței indusului și a rezistenței contactelor perie-colector.Cele două puteri sunt egale si respectiv conversia este integrală. Dispozitivul analizat este așadar un generator de curent continuu.

În caz că se aplică la periile A1, A2  o sursa exterioară de tensiune continuă Ub, spira, în calitate de receptor va fi parcursă de curentul I, de sens contrar în raport cu sensul anterior.

Prin urmare, sensul forței electromagnetice Fe va fi opus celui reprezentat în figura 4 și de asemenea și sensul cuplului electromagnetic corespondent Me. Rotorul va fi antrenat în sensul reprezentat în figura 1.4.a, cu viteza unghiulară W constantă, daca axul va fi supus cuplului rezistent al instalației acționate Mr egal și de sens opus cuplului electromagnetic.

Tensiunea indusă :

Viteza tangențială v este proporțională cu turația n a rotorului, inducția Bd este proporțională cu fluxul F al polilor inductori, tensiunea electromotoare este exprimata:

Ue = ke n Ф

constanta ke – dependentă de elemente constructive ale înfășurării indusului.

` Cuplul electromagnetic se exprimă în mod uzual sub forma:

Me = km ФI

În cazul în care R este rezistența înfășurării indusului, atunci dependența dintre tensiunea la borne, tensiunea electromotoare și curentul prin indus este:

Ub = Ue – RI     

Schemele electrice echivalente acestor două regimuri de funcționare sunt reprezentate în figura 1.5.

1.3 Tensiunea electromotoare indusă și cuplul electromagnetic

[http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/MASINI-DE-CURENT-CONTINUU85317.php]

Fig. 1.6 Linii ale câmpului magnetic inductor. Variația inducției magnetice

În figura 1.6.a sunt reprezentate linii ale câmpului magnetic inductor într-o mașină de curent continuu cu 2 poli. Variația inducției magnetice Bd0 în întrefier, fig.1.6.b, se caracterizează printr-o valoare practic constantă pe o bună distanță în raport cu pasul polar t, dacă se neglijează efectul crestăturii miezului magnetic rotoric. Inducția câmpului magnetic inductor are valoare nulă în axa neutră a polilor inductori, unde schimbă de semn.

Expresia tensiunii electromotoare indusă

O secție a înfășurării cu ws numite spire, care are deschiderea, si pasul de ducere y1. Deducerea tensiunii – evaluarea fluxului magnetic ce străbate această secție:

unde li este lungimea ideală a mașinii, respectiv o distanță echivalentă în direcție axială, pe care se consideră inducția a avea valoarea  . Tensiunea electromotoare indusă în secție este:

x = x0 + vt,

y1 = t ,  => Bd0(x + y1) = Bd0(x + t) = – Bd0(x), rezultă:

v -viteza tangențială a secției.

Tensiunea electromotoare indusă într-o cale de curent – tensiunea la bornele indusului în gol:

K – numărul de secții ale căii de curent, fig. 1.7. k- secții ale căii de curent acoperă un pas polar t:

unde Bδmed este valoarea medie a inducției pe un pas polar. Tensiunea electromotoare indusă într-o cale de curent :

Ue0 = 2 li ws v Bδmed k

[http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/MASINI-DE-CURENT-CONTINUU85317.php]

Fig. 1.7 Tesiunea electromotoare indusă

  Dacă 2a este numărul de căi de curent, înfășurarea are 2ak secții, 2akws spire, N= 4akws conductoare, de unde rezultă .

Cum viteza are expresia  , n fiind turația rotorului, tensiunea la borne în gol are expresia:

Notația  ,  care reprezintă fluxul magnetic inductor, se obține:

1.4 Cuplul electromagnetic al mașinii de curent continuu

,,Cuplul electromagnetic se datorează forțelor electromagnetice care se produc prin interacțiunea dintre curenții electrici din înfășurarea indusului și câmpul magnetic inductor. Sub un pol, curenții prin toate conductoarele au același sens. În consecință cuplul corespunzător unui pol este suma cuplurilor care acționează asupra tuturor conductoarelor de sub polul respectiv. Cuplul electromagnetic total M, exercitat asupra indusului va fi suma cuplurilor, m, exercitate sub fiecare pol”.( Bishop, R. 2002).

M= m p2

Curentul în indus este IA, – o cale de curent este parcursă de curentul:          

 Ia = IA/2.

Energia câmpului magnetic al unei secții străbătută de fluxul Fs :

Ws = Фs Ia

iar cuplul electromagnetic asupra acesteia se evaluează:

unde s-a folosit relația x = aD/2, D fiind diametrul rotorului.

Rezultă:

dacă înfășurarea are pas diametral, y1 = t.

Cuplul asupra celor k sectii ale căii de curent este:

Cuplul electromagnetic :

IA = 2aIa este:

are expresia:

Cum 2aIa = IA, pD = 2pt  si  N = 4a k ws ,  

=>

Expresia tensiunii electromotoare:

1.5 Funcționarea mașinii de curent continuu ca motor

,,Mașinile de curent continuu au în regim permanent tensiunile la borne și curentul în circuitul exterior staționare. După principiul de funcționare deosebim: mașini de curent continuu cu colector și mașini de curent continuu fără colector (unipolare) .

Mașinile de curent continuu cu colector au fost din punct de vedere istoric primele generatoare de energie electromagnetică. Avantajele curentului alternativ sinusoidal însă în transportul și distribuția energiei electrice au restrâns mult domeniu de folosire a mașinilor de curent alternativ ca și generatoare.’’(Ciascai, I.2007).

Motoare de curent continuu sunt utilizate pe scară tot mai largă, odată cu dezvoltarea convertoarelor din electronica de putere, deoarece posibilitățile simple de reglare.

Motoarele de curent continuu se folosesc în tracțiuni electrice trenuri electrice, electrocare în acționările care necesită limite largi de reglaj al turației și în unele automatizări, ca elemente de execuție.

Mașinile unipolare sunt mai putin utilizate, în aplicațiile cu generatoare de tensiuni joase .

Mașina de curent continuu se compune din 2 componente: stator (inductor) și un rotor (indus).

[http://biblioteca.regielive.ro/proiecte/mecanica/instalatia-de-pornire-99585.html]

Fig. 1.8 Mașina de curent continuu

,,Statorul este format dintr-o carcasă de fontă sau de oțel în miezul căreia sunt fixați polii cu bobinajele respective sau fără bobinaje în cazul magneților permanenți. În părțile laterale ale carcasei sunt situate cele două scuturi ce poartă lagărele”.( MATIES , V., MÂNDRU, O., TATAR, O, MATIES , M.2000).

„Rotorul este confecționat din tole de oțel electrotehnic, fixate pe arbore, având crestături periferice în care se află laturile active ale bobinelor indusului. Rotorul posedă un colector cilindric din lamele de cupru, izolate cu micanită, montate în coadă de rândunică pe un butuc al arborelui. Capetele bobinelor rotorului sunt conectate la lamelele colectorului care fac contact, în timpul rotației, succesiv cu periile situate în portperii ce sunt fixate cu material izolant de stator. Periile, din cărbune, cupru sau bronz grafitat sunt conectate prin legături flexibile din cupru, la bornele mașinii. Ele sunt fixate în „axa neutră” , ceea ce duce la îmbunătățirea comutației.”( . Balan , R.2002).

Motoare de curent continuu

Atat mașinile de curent continuu cat și masinile de curent alternativ sunt reversibile, si pot funcționa ca motoare sau generatoare după cum sunt antrenate.

La motoare si generatoare după modul de excitație distingem: derivație, serie,mixta, mașini cu excitație.

Motoarele cu excitație mixtă -utilizate la acționările mecanismelor cu regim variabil, cu număr mare de conectări și frânare dinamică la oprire. Caracteristicile sunt intermediare în raport cu cele ale motoarelor derivație și serie.

Motoarele cu excitație derivație -alimentate de la o sursă de tensiune sau având numai înfășurarea de excitație la tensiune sunt folosite la acționarea mașinilor unelte grele,spre deosebire de motoarele asincrone , ele permit reglarea turației în limite largi și în mod continuu. Regimurile tranzitorii de pornire, frânare și inversare a sensului de rotație au durată relativ scurtă, iar caracteristica de viteză este dură .

Motoarele cu excitație serie- se folosesc la tracțiunea electrică, la acționarea , troleibuzelor ,tramvaielor, electrocarelor, la demararea motoarelor autovehiculelor și la unele macarale. Ele au caracteristică mecanică moale, au cuplu mare la pornire, suportă mai bine suprasarcinile și nu sunt sensibile la căderile mari de tensiune.

.

Pornirea motoarelor de curent continuu

Problemele generale privind limitarea curenților se pune în cazul motoarelor de curent continuu. Se menționeaza trei preocedee de pornire: prin conectare directă, cu reostat de pornire și prin reducerea tensiunii de alimentare.

Pornirea prin conectare directă

,,Folosita numai la motoare de mică putere, proiectate în mod special datorita curentului de pornire care trebuie să nu depășească valori de ordinul Ip = 5In. Motoarele de curent continuu uzuale, mai ales cele de mare putere, au rezistența internă foarte mică. Astfel pentru un motor de 100 kW rezistența internă este de ordinul 5% Un/In”.( Mikos, L.,2001)

La pornire se conectează indusul direct la rezultă un curent de pornire de până la , care solicită periile, bobinajul și arborele, la încălzire, la forțe și cupluri electrodinamice inadmisibil de mari; la colector poate apărea „focul circular”, iar rețeaua de alimentare este și ea afectată de un șoc ce poate fi dăunător, în lipsa unei protecții adecvate.

Pornirea cu reostat

Este metoda cea mai des intalnita. Reostatul de pornire metalic, răcit în aer sau ulei, este conectat în serie pentru a minimiza curentul de pornire la valori de ordinul . El este impartit în trepte care sunt comutate automat sau manual pe măsură ce scade curentul , ca urmare a apariției și a creșterii tensiunii contraelectromotoare de rotație .

În figura 1.9 sunt reprezentate caracteristicile artificiale la pornirea cu reostat în două trepte, și , pentru care s-a ales Ipmax = 2In , iar Ipmin = .

Fig. 1.9 Pornirea prin reducerea tensiunii de alimentare

Se folosește la unele instalații de mare putere, mai ales în cazurile când sunt necesare porniri dese și când reostatul de pornire este voluminos și produce pierderi de energie însemnate. Pentru reducerea tensiunii de alimentare a indusului (nu și a inductorului) se folosesc: mașini „subvoltoare-supravoltoare” conectate în serie, divizarea tensiunii de la baterii de acumularoare sau grup special motor generator.

La motoarele serie folosite în tracțiunea electrică pe lângă reostatul de pornire se practică reducerea la jumătate a tensiunii aplicate motoarelor prin conectarea lor, câte două în serie, manevra efectuîndu-se manual sau automat.

1.6 Bilanțul puterilor al mașinilor de curent continuu

Se examineaza bilanțul puterilor in modalitatile de transformare a energiei în mașina de curent continuu, în primul rand regimul de generator cu excitație independentă, antrenat cu turație constantă. Figura 1.10  prezintă schema electrică a unui asemenea generator, iar figura 1.11 reprezinta o ilustrare a fluxului de transformare a puterii în mașină.

Puterea mecanică Pcare este furnizată generatorului trebuie să acopere pierderile mecanice Pem .O  parte acoperă toate pierderile din înfășurările:

, (1)

∆Ub -căderea de tensiune de contact.

) (2)

Împărțind ecuația (2) cu Ia, se obține pentru tensiunea electromotoare relația:

(3)

– rezistența totală a înfășurării rotorice și a contactelor din colector.

Ecuația (3) arată că la funcționarea la turație constantă, tensiunea electromotoare are două componente: tensiunea la bornele generatorului și căderea de tensiune pe rotor. Examinarea bilanțului puterilor în regim motor cu excitația derivație, la turație constantă, vom considera de această dată că puterea  

(4)

O parte din această putere acoperă pierderile din circuitul de excitație, iar o altă parte pierderile din circuitul rotoric (înfășurări + contact la colector):

(5)

Restul este puterea electromagnetică transferată părții mecanice a motorului. Din aceasta o parte reprezintă pierderile în fierul rotoric iar alta pierderile mecanice.

(6)

Daca Împărțim ecuația (5) cu Ia, se obținem tensiunea electromotoare relația:

(7)

– rezistența totală a înfășurării rotorice și a contactelor din colector.

Ecuația (7) arată că la funcționarea la turație constantă, tensiunea electromotoare are două componente: tensiunea la bornele motorului și căderea de tensiune pe rotor.Figura 1.12 prezintă schema electrică a unui motor de curent continuu cu excitația derivație, iar figura 1.13 diagrama transferului de putere într-un asemenea motor.

Fig. 1.10 Schema electrică a unui generator cu excitație independentă

Fig. 1.11 Bilanțul puterilor pentru un generator cu excitație independentă

Fig. 1.12 Schema electrică a unui motor cu excitație derivație

Fig. 1.13 Bilanțul puterilor pentru un motor cu excitație derivație

Caracteristicile generatoarelor de curent continuu cu excitația independentă

Figura 1.12. prezintă schema electrică a unei mașini de curent continuu cu excitația independentă. În situația în care mașina primeste energie mecanică din exterior și cedează circuitului electric cuplat la borele rotorului energie mecanică, ea fucționează ca generator electric. Proprietățile generatoarelor sunt analizate cu ajutorul unor caracteristici care stabilesc relațiile între principalele mărimi care determină funcționarea acestora, și anume: tensiunea la bornele rotorice Ua,, curentul în circuitul exterior  I , curentul de excitație (statoric) Iex, curentul rotoric Ia,, turația de rotație n. Deoarece generatoarele funcționează în general la turație constantă, principalele caracteristici sunt ridicate presupunând acest parametru de valoare constantă (n=const. ).

Caracteristica de mers în gol este dependența:

la .

Aliura caracteristicii de mers în gol este ilustrată de figura 1.14:

Fig. 1.14 Caracteristica de mers în gol a generatorului de curent continuu cu excitația independentă

Determinarea experimentală a acestei caracteristici se începe de la o valoare pozitivă a curentului de excitație și se micșorează curentul până la 0, după care se inversează sensul său și se crește din nou până la valoarea de la care s-a început determinarea. Astfel se obține ramura coborâtoare a caracteristicii.Apoi se repetă procesul în sens invers și se obține ramura ascendentă.

Caracteristica de funcționare în sarcină reprezintă dependența la . Aliura caracteristicii este ilustrată în figura 1.15:

Fig. 1.15 Caracteristica de sarcină a generatorului de curent continuu cu excitația independentă

Caracteristica externă reprezintă dependența:

la

Aliura caracteristicii este ilustrată în figura 1.16. Caracteristica externă a unui generator electric exprimă capacitatea sa de a menține constantă tensiunea de la bornele sale atunci când sarcina variază.

Fig. 1.16 Caracteristica externă a generatorului de curent continuu cu excitația independentă

Caracteristica de scurtcircuit  reprezintă dependența la

Aliura caracteristicii este ilustrată în figura 1.17:

Fig. 1.17 Caracteristica de scurtcircuit a generatorului de curent continuu cu excitația independentă

Caracteristica de reglaj reprezintă dependența la

Aliura caracteristicii este ilustrată în figura 1.18.

Caracteristica de reglaj arată în ce sens și cum trebuie variat curetul de excitație pentru ca la o sarcina variabilă să se mențină tensiunea la bornele generatorului constantă.

Fig. 1.18 Caracteristica de reglaj a generatorului de curent continuu cu excitația independentă

CAP. 2 MOTOARE ELECTRICE DE PORNIRE

2.1 Pornirea electrică a motoarelor termice

Clasificarea sistemelor de pornire

Sistemele- de pornire electrică- se pot clasifica în două grupe: sisteme de pornire normale utilizate la motoarele cu combustie internă uzuale și sisteme de pornire speciale, utilizate pentru acționarea motoarelor de putere mare și condiții de pornire mai grele. sistemele de acționare cu două demaroare, care funcționează în paralel; Se clasifica:

sistemele de alimentare a demarorului cu două baterii care are 12 V fiecare,

demaroare pendulare care rotesc coroana volantului succesiv în ambele

sensuri, acumulând energia cinetică până când se realizează pornirea;

demaroare cu inerție, la care pinionul este cuplat cu coroana dințată a

volantului motorului după ce volantul demarorului a acumulat energie cinetică.

Sistemele de pornire normală se pot clasifica în două grupe și anume: sisteme de alimentare directă și sisteme de alimentare indirectă.

La sistemele de alimentare directă alimentarea demarorului se face de la baterie, prin întrerupătorul de pornire. Datorită lungimii mari a conductoarelor de legătură, a contactului imperfect al întrerupătorului la curenți mari de pornire, apar căderi de tensiune, care duce la micșorarea puterii disponibile a demarorului.

La sistemele de alimentare indirectă folosesc rețele auxiliare de pornire sau comanda RA, montate în apropierea sau în interiorul demarorului, comanda releului făcându-se cu curenți mici, fapt care elimină dezavantajul amintit.

Conditii si metode de pornire

Pornirea motorului termic se face prin asigurarea turației minime a arborelui datorita ajutorului sursei exterioare de energie.

Turația minimă tine cont de tipul motorului și este determinată de necesitatea asigurării unei depresiuni suficiente pentru formarea și umplerea cilindrilor cu amestec carburant MAC.

La MAS-datorită volatilizării mai ușoare a benzinei și dispozitivelor de îmbogățire a amestecului de către carburator, precum și a scânteii electrice, turația minimă <50-70 rot/min.

La MAC- compresia este mai mare, preîncalzirea aerului mai grea, dar și formarea mai dificilă a amestecului carburant din cauza volatilizării reduse a motorinei,acestia impun o turație minimă ridicată pentru asigurarea condițiilor de autoaprindere.

Limitele variaza: 100-180 rot/min, 150 rot/min la MAC cu camere separate de turbionare și 100 rot/min la motoarele cu injecție directă.

Aceasta depinde și de avansul la injecție la pornire si trebuie să fie mai mic pentru realizarea amestecului.

Pornirea este influențată de un sir de factori:

temperatura mediului ambient.pornirea pe vremea rece este mai dificilă din cauza formării mai greoaie a amestecului carburant conditionată de vaporizarea combustibilului dar și de atingerea temperaturii de aprindere;

natura combustibilului. Motoarele cu aprindere prin scânteie pornesc mai

ușor din cauza vaporizarii mai ușoare a combustibilului, formării mai rapide a amestecului carburant dar și atingerii temperaturii de aprindere în timp mai scurt față de motoarele cu aprindere prin compresie;

tipul instalației de răcire. Motoarele răcite cu aer pornesc mai ușor ca motoarele cu răcire prin lichid.

Metoda de pornire este:

-pornire manuală, unde turația minima necesară este asigurată de către

conducătorul auto prin manivelă. La capătul anterior, arborele cotit are un organ special, racul, cu care cuplează manivela pentru antrenare. Turația mică se utilizează la MAS cu valori până la 73 kW ( 100CP ) și la MAC cu valori până la 22 kW ( 30CP );

pornire cu demaror electric antrenează arborele cotit, printr-un

angrenaj format din pinionul de pe axul său și coroana dințată de pe volant.

Timpul de antrenare este intre 5-10 s . Demarorul are puterea intre 1-2% din puterea nominală a MAS și puterea intre 5-10% pentru MAC. Datorită avantajelor acest sistem este utilizat la toate autovehiculele.

Turația de pornire`

Turația de antrenare a arborelui cotit este faqctorul de bază de care depinde reușita pornirii motorului.

Turația minimă se numește turație de pornire.

Turația de pornire se regaseste suficient de mare, pentru a asigura depresiunea necesară formării amestecului carburant

La MAS pornirea este ușurată datorită volatilității ridicate a benzinei, îmbogățirii amestecului cu dispozitivele de pornire ale carburatorului și declanșăarii scânteii. Prin urmare, turația de pornire de aproximativ 50 – 70 rot/min.

În cazul MAC turația de pornire este ridicată, datorita gradului de comprimare a aerului scade sensibil la turații joase, întrucât cresc pierderile de caldură datorită timpului mai îndelungat de contact al incărcăturii proaspete cu pereții și temperaturii scăzute a acestora la pornirea motorului rece, precum și datorită imperfecțiunii etanșeității cilindrului. Vaporizarea combustibilului este afectată în plus de înrăutățirea pulverizării din cauza vitezei reduse a pistonului pompei de injecție, precum și de vâscozitatea mare a combustibilului. Prin urmare, turația de pornire la MAC este, la 00C între 100 și 200 rot/min.

Influența unor factori asupra pornirii

Factorii care au o influență importantă asupra pornirii sunt: natura combustibilului, tipul camerei de ardere, avansul la injecție tipul instalației de răcire, etc.

Tipul instalației de racier reprezinta motoarele răcite cu aer pornesc mai ușor, deoarece în cursa de comprimare pierderile de căldură scad din intensitate și se atinge mai repede temperatura de regim. Experimental, s-a constatat că la motoarele răcite cu aer, timpul de pornire este de trei ori mai redus decât la motoarele răcite cu lichid.

Natura combustibilului.reprezinta pornirea motorului, mai ales pe timp rece, este influențată de prezența fracțiunilor ușoare din combustibil.

Tipul camerei de ardere.reprezinta camerele de ardere care au suprafețe mai mari de răcire fac ca pornirea să fie greoaie.

MAC la circa 200 rot/min, cele cu camera separată de turbulenta la circa 150 rot/min, iar cele cu camere unitare la circa 125 rot/min.

Avansul la injecție. La o valoare prea mare a avansului, injecția combustibilului se face într-un mediu de presiune și temperaturi scăzute. Dacă avansul este prea mic, motorina nu are timp să se vaporizeze până la PMI. De aceea există valoarea optimă a avansului unde pornirea se realizează cel mai usor, ceea ce inseamna ca necesitatea reglării corespunzătoare a sistemului de injecție.

2.2 Construcția sistemului de pornire electrică

Sistemele de pornire au rolul de a antrena motoarele cu combustie internă cu o anumită turație și cuplu din starea de repaus pană în momentul aprinderii amestecului carburant, respectiv punerii în funcțiune a acestuia.

Există diferite sisteme:

pornirea cu ajutorul motoarelor de pornire cu benzină;

pornirea electrică

pornirea cu dispozitive cu aer comprimat;

Pornirea electrică este cea mai des intalnita.

Condițiile pe care trebuie să le îndeplinească pornirea electrică sunt:

asigurarea turației și cuplului necesar pentru condițiile cele mai grele de

pornire;

funcționarea sigură între anumite limite de temperatură

de la – 20 0 C la + 60 0 C;

decuplarea automată a demarorului după pornirea motorului cu ardere internă;

mașinile și aparatele ce fac parte din instalația de pornire trebuie să prezinte

dimensiuni reduse, greutate mică, preț de cost redus și o întreținere simplă și ușoară în exploatare.

Instalația de pornire electrică la automobilele de construcție este formată din:

motorul electric de curent continuu sau pe scurt demarorul, prevăzut cu un

electromagnet cu un dispozitiv pentru cuplarea elastică și decuplarea automată a pinionului demarorului cu coroana dințată a volantului motorului;

bateria de acumulatoare;

întreruptorul de pornire;

conductoarele de legătură.

[http://www.preferatele.com/tehnica/Motorul-electric-de-pornire-De622.php]

Fig.2.1 Părțile componente ale sistemului de pornire

Motorul electric de pornire (demarorul)

Demarorul este un motor de curent continuu care este alimentat de la o bateria. Principiul său de funcționare se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice.

În fig.2.2.a se reprezintă schem principiul demarorului. Părțile componente sunt urmatoarele: statorul, rotorul, colectorul, periile și carcasa (Fig.2.2.b)

Statorul care reprezintă inductorul demarorului, se compune din carcasa 10 patru piese polare 2 bobinajele 8 ale infășurării de excitație cu un număr redus de spire de cupru .

Rotorul este format din axul 11 pe care se găseste fixat prin presare miezul 9 din tole de oțel. În crestăturile miezului se găsește înfășurarea rotorului, executată din bare de cupru de secțiune dreptunghiulară. La capătul exterior al axului rotorului se află montat mecanismul de cuplare, care, în cazul de față, este format din mufa 5 cu dispozitiv tip roată liberă, pinionul 12 și furca 3.

Colectorul 13 este confecționat din plăci de cupru, isolate între ele și fixate rigid pe axul 11 . De plăcile lui se leagă capetele secțiunilor înfășurării rotorului.

Carcasa 10, din oțel moale, este închisă cu scuturile 1 si 4 ce se fixează cu ajutorul terminatilor 7.

Periile 6 sunt fixate în suporturile portperii din scutul 1. Periile pozitive sunt leagate la masă, iar periile negative sunt legate la suporturile portperii izolate de masă. Periile se confecționează din cupru grafitat cu un conținut mare de cupru pentru a avea o rezistență electrică cât mai mică.

[http://www.preferatele.com/tehnica/Motorul-electric-de-pornire-De622.php]

Fig.2.2 Schema de principiu și părțile componente ale demarorului

a – schema de principiu;

b – parțile componente.

Construcția instalatiei de pornire cu demaror

,,Instalația de pornire este formată din demarorul 1, contactul cu cheie 2 pentru pornire, conductoarele de legătură dintre baterie și demaror 3 și conductorul de legătură cu contactul de pornire 4; pentru controlul curentului debitat de bateria 5 se montează în paralel voltmetrul V”.(. Mikos, L.,2005).

Funcționarea instalatiei. La trecerea contactului cu cheie 2, în poziția b, bateria de acumulatoare alimentează borna instalației de aprindere a și demarorul, prin electromagnetul E al unui miez m se deplasează axial și armatura K, cupleaza cu bornele b, pentru a se transmite curentul de la baterie la infășurările statorului, iar prin peria pozitivă (+) la rotor închizând circuitul la masă prin peria negativa (-). Creează astfel cuplul electromagnetic din interacțiunea celor două câmpuri magnetice ale statorului și rotorului, imprimăndu-i acestuia o mișcare de rotație.

Pârghia cu furca f, trasă de miezul m, face să cupleze pinionul p, cu coroana dințată c, a volantului motorului termic, transmițându-i cuplul motor și rotirea arborelui cotit pentru pornire.

Dupa pornirea motorului, cheia contactului revine automat în poziția inițială și electromagnetul demarorului nu mai trage armătura k, întrerupând alimentarea cu curent de la baterie, iar furca retrage pinionul de cuplare cu coroana datorită arcului ei. Descrierea părților componente ale instalației de pornire se prezintă în continuare.

Cablurile de legătură 3 dintre bateria de acumulatoare și demaror au o secțiune mare în funcție de intensitatea curentului ce trebuie să fie transmis.

[http://www.preferatele.com/tehnica/Motorul-electric-de-pornire-De622.php]

Fig.2.3 Schema instalației de pornire cu motor electric (demaror)

Cablul este din sârmă de cupru multifilar cu izolație din material plastic. La capete este prevăzut cu piese terminale adaptate pentru prindere la bornele bateriei și respectiv la borna demarorului și la masa automobilului.

Cablul de alimentare 4 al contactului este tot din sârmă de cupru multifilară, dar de secțiune mică 5-6 mm², cu piese terminale adaptate.

Contactul cu cheia 2 este un ansamblu de piese, prevăzut cu mai multe borne care permite primirea curentului de la baterie și distribuirea la consumatori. Are trei poziții distincte:

0 – atunci când nu se alimentează vreun consumator;

1 – atunci cand pentru conectarea cu ajutorul cheii a instalației de aprindere, pentru MAS și alți consumatori;

2 – pentru alimentarea demarorului la pornire.

După pornire, cheia lăsată liberă revine automat în poziția 1 datorită arcurilor contactului, alimentând numai consumatorii conectați. El este montat la bord, în partea dreaptă pentru a facilita comenzile.

2.3 Particularitățle motorului electric de pornire

            Regimul de funcționare este de scurtă durată astfel că în general dimensionarea motorului electric este foarte strânsă admițându-se densități foarte mari de curent prin circuitele electrice și de flux prin circuitele magnetice fără a exista pericolul supraîncălzirii. Prin urmare chiar motoarele electrice de putere mare sunt dimensionate strâns și au dimensiuni relativ mici.

            Circuitul electric și magnetic al motorului electric de pornire este asemănător motoarelor serie de curent continuu obișnuite și nu se deosebeste cu nimic de ele.

            Înfășurarea indusului este confecționată din bare de secțiune dreptunghiulară din cupru și uneori din aluminiu. Cănd se folosesc conductoare de secțiune cilindrică se pun mai multe în paralel. Tipul uzual al înfășurării este ondulat.

            Înfășurarea inductoare este în general formată din patru poli uneori chiar hexapolară( niciodată numai doi poli), corespunzător mașinilor cu puteri mari de circa 100 W, de turații mari și tensiuni mici.

            Conductoarele înfășurării sunt de secțiune mare, dreptunghiulare, uneori chiar în paralel. Numărul de spire este foarte mic.

            Construcția mecanică incepe să fie solidă, mult mai tare și mai rezistentă ca la generatoare, întrucât trebuie să dezvolte un cuplu de pornire foarte puternic.

            Colectorul are insa o construcție obișnuită, lamelele sunt însă mai late din cauza densităților de curenți foarte mari care trec prin ele. Uneori pentru a se ușura construcția perfect cilindrică a colectorului care în general  are un număr mic de lamele se pot dispune câte două lamele în paralel care au grosimile pe jumătate. Izolația între lamele nu se frezează la colectoarele motorului electric de pornire, pentru ca praful format prin uzura periilor să nu scurtcircuiteze lamelele prin depunere. Astfel, înalțimea izolației este egală cu cea a lamelelor de cupru.

            Lagărele sunt în mod normal cu alunecare, uneori cu rulmenți cu role și nu sunt prevăzute cu dispozitive speciale de ungere întrucât funcționarea este de scurtă durată.

De cele mai multe ori se au un canal de legatură de la palnie la arbore, în care se introduce în mod obișnuit un fitil de ungere îmbibat cu ulei. Se folosesc cuzineți de bronz cu grafit având compoziție 85% Cu, 9% Sn, 2%Zn  și 4% grafit. Acești cuzineți se îmbibă cu ulei având capacitatea de absorbție de 10-30% în raport cu volumul total, fapt care face ca ungerea să se facă automat, grafitul înlesnind acest lucru. Alte dispozitive de ungere nu se mai regasesc , ungerea lor fiind asigurată până la reparația generala.

            Scuturile nu sunt prevăzute cu dispozitive speciale de protecție a înfășurărilor contra uleiului și scurgerilor de reziduri, întrucât acestea aproape că nici nu există, ca urmare a ungerii foarte reduse pentru funcționarea de scurtă durată.

2.4 Sisteme de cuplare sau dispozitive de cuplare

Mecanismul de cuplare al demarorului servește la cuplarea pinionului de pe axul rotorului cu coroana dințată fixată pe volantul motorului. Cuplarea se realizeaza numai în momentul pornirii, iar decuplarea se face in mod automat, dupa pornire. Demarorul primeste curentul direct de la bateria de acumulatoare, sau indirect prin intermediul unui releu.

Mecanismul de cuplare a demaroarelor se actioneaza: mecanic, prin inerție și electromagnetic.

Mecanismul de cuplare cu parghie acționată mecanic

La demaroarele cu cuplare mecanică, deplasarea axială a pinionului spre coroană este realizata prin mișcarea unui levier/pârghie cu furcă, care este acționat mecanic prin sistem de pârghii de la o pedală sau o manetă. Odată cu deplasarea levierului, se închide și circuitul de alimentare a demarorului. Pentru aceasta, demaroarele cu acționare mecanică cu pedală sunt prevăzute cu un întrerupător simplu sau un întrerupător dublu care poate produce scurtcircuitarea rezistenței adiționale a bobinei de inducție.

[http://www.preferatele.com/tehnica/Motorul-electric-de-pornire-De622.php]

Fig.2.4 Mecanismul de cuplare cu pârghie acționată mechanic

În mod normal pinionul 5 (Fig.2.4.a) nu angrenează cu coroana 6 a volantului, iar circuitul electric între bornele 2 si 3 ale contactorului 4 este întrerupt. La deplasarea capatului superior al parghiei 7, ea va oscila în jurul axului 1 iar furca 8 va deplasa spre stânga mufa 13. Mufa va împinge arcul 9, care, la rândul său deplasează mansonul 10 și mufa 11, cuplând parțial pinionul 5 cu coroana 6.

Prin deplasarea parghiei pinionul se cuplează complet, iarla capătul ei se va apăsa cu șurubul 12 tija contactorului 4, realizând, în felul acesta, legătura între bornele 2 și 3 (Fig.2.4.b) și punând motorul electric de pornire în funcțiune.

Cănd acționarea pârghiei 7 încetează, circuitul electric al motorului de pornire se întrerupe și arcul 9 readuce dispozitivul în poziția inițială.

Mecanismul cu roată liberă (Fig.2.5) are rolul de a permite cuplarea sau decuplarea automată a pinionului (partea condusă) de arborele demarorului (partea conducătoare) în funcție de sensul de transmitere a cuplurilor, care se schimbă după pornirea motorului.

[http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Pornirea-motoarelor-Influenta-83344.php]

Fig.2.5 Mufa de cuplare cu dispozitiv tip roată liberă

Dispozitivul este compus din inelul exterior- 2, pinionul- 1, mansonul canelat- 6, discul interior- 3,știfturile- 5 si rolele de cuplare- 4 .Mișcarea se transmite de la axul rotorului mansonului- 6, care este solidar cu discul- 3, în ale cărui locașuri conice se găsesc rolele- 4. Știfturile- 5 sunt apăsate pe rolele- 4 de către arcurile -8 . La pornire, discul -3 se rotește în sensul indicat în fig.2.5.b iar rolele- 4 sunt blocate între partea îngustă a locașurilor din disc și inelul exterior- 2, antrenănd, în felul acesta și pinionul- 1.

Dupa pornirea motorului coroana volantului va căuta să rotească pinionul 1 cu o turație mai mare decât rotorul, iar rolele 4 vor fi antrenate de inelul exterior 2 în partea largă a locașurilor și astfel se întrerupe legătura dintre inelul exterior și discul 3.

Un alt dispozitiv mecanic de cuplare pentru demaror, este cel cu cuplaj cu limitator de forță (Fig.2.6) care transmite momentul de torsiune și protejează demarorul

în cazul solicitării acestuia la suprasarcini. Lamelele exterioare angrenează cu arborele rotorului, iar cele interioare cu arborele pinionului de cuplare.

[http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Pornirea-motoarelor-Influenta-83344.php]

Fig.2.6 Cuplaj cu limitator de forță

a – cuplajul cu lamelele neasamblate;

b – cuplajul cu lamelele asamblate;

1 – lamelă exterioară; 2 – lamelă interioară; 3 – setul de lamele de cuplaj;

4 – arcuri eliptice de presare; 5 – flanșă de antrenare; 6 – lamele de cuplare strânse; 7 – rotorul.

Mecanismul de cuplare prin inerție

Demaroarele cu cuplare prin inerție, cunoscute și sub denumirea de demaroare Bendix,. Demaroarele cu cuplare prin inerție pot fi cu acționare directă de la întrerupatorul de pornire sau cu acționare indirectă, prin releu auxiliar RA. Principalele părți componente ale dispozitivului de cuplare prin inerție sunt: arborele rotorului, arcul spiral 3 de preluare a șocurilor la pornire, fixat la o extremitate pe arbore printr-o bucșă fixă 2, iar la cealaltă extremitate în legătură cu bucșa filetată 4, pe care se poate deplasa liber pinionul 5.

Bucșa filetatș se poate roti pe arbore, iar la exterior are un filet dreptunghiular. La rândul său, pinionul este prevăzut în interior cu filet, ceea ce ii permite deplasarea prin inșurubare.

Pinionul are o contragreutate care ii mărește momentul de inerție și un știft cu arc, care il ține depărtat de volant în timpul când nu se face pornirea.

Funcționarea dispozitivului de cuplare prin inerție este următoarea: la conectarea demarorului, pinionul, datorită inerției sale la rotire față de bucșa filetată, se deplasează axial spre coroana volantului cu care se angrenează (prin insurubare), iar mișcarea de rotație se transmite de la arbore, prin arcul elicoidal.

http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Pornirea-motoarelor-Influenta-83344.php

Fig.2.7 Mecanisme de cuplare prin inerție

După pornirea motorului, coroana volantului depășeste turația corespunzătoare turației demarorului, transmițând totodată un cuplu invers spre pinion, producând deplasarea axială a pinionului în sens invers față de cuplare, respectiv decuplarea.

Dupa direcția în care se face deplasarea pinionului, demaroarele cu cuplare prin inerție se împart în demaroare cu deplasare spre interior (Fig.2.7.a) și demaroare cu deplasare spre exterior (Fig2.7.b).

Mai există dispozitive de cuplare la care arcul spiral nu mai servește la transmiterea cuplului de pornire și nu mai lucrează la intindere, ci la compresiune, avănd rolul de tampon (Fig.2.7.c). La acest mecanism, arborele are caneluri de-a lungul cărora se poate deplasa bucșa filetată.

Există și demaroare cu cuplare prin inerție cu funcționare în două trepte. În prima treaptă alimentarea demarorului se face cu ajutorul unui releu, printr-o rezistență care permite trecerea unui curent redus, iar in a doua treaptă de funcționare se face alimentarea directă cu un curent normal, ceea ce permite dezvoltarea cuplului puternic, necesar pentru pornire.

Dispozitivele de cuplare prin inerție se folosesc, în general, pentru demaroare de putere mică, sub 1,5 CP. Ele prezintă avantajul ca sunt foarte simple, nu necesită mecanismul cuplă cu roată liberă si au o angrenare ușoară, datorită mișcării elicoidale a pinionului. Ca dezavantaje se menționează faptul ca nu pot transmite cupluri mari, produc uzura dinților pinionului, caz în care cuplarea nu se mai face bine și, în plus, produc zgomot.

Mecanismul de cuplare cu parghie acționată electromagnetic

La mecanismele de cuplare cu parghie acționată electromagnetic, levierul furcii este acționat de către tija unui electromagnet montat pe carcasa electromotorului (Fig.2.8.a). În afara pieselor arătate la mecanismul de cuplare cu pârghie acționată mecanic, mecanismul de cuplare cu părghie acționată electromagnetic mai cuprinde: tija miezului -11, piesa de reglare- 12, arcul tijei -13, arcul miezului- 14, miezul electromagnetului- 15, carcasa- 16, infășurăriile electromagnetului -17, contactul mobil- 18 și 19- contactele fixe cu borne.

Alimentarea electromotorului de la bateria de acumulatoare se poate face direct prin întrerupătorul de pornire, sau prin intermediul unui releu auxiliar RA.

Exceptând acționarea electromagnetică, funcționarea dispozitivului de cuplare principal este asemănătoare cu cea cu acționare mecanică, în sensul că mai întâi se realizează cuplarea pinioanelor, după care se realizează conectarea (alimentarea) electromotorului.

[http://biblioteca.regielive.ro/proiecte/mecanica/instalatia-de-pornire-99585.html]

Fig.2.8 Mecanismul de cuplare cu pârghie acționată electromagnetic

Arcul miezului este destinat pentru readucerea furcii, după ce motorul a pornit și s-a întrerupt contactul electric. Pinionul se decuplează ca urmare a efectului arcului miezului și a canelurilor elicoidale. Arcul miezului se alege mai puternic decât arcul tijei.

În ceea ce priveste alimentarea electromagnetului, există construcții (Fig.2.9.b) cu o singură înfășurare, sau cu două înfășurări.

În ultimul caz (Fig.2.9.a), infășurarea serie Wi, numită și înășsurarea de atracție, este conectată în paralel cu contactele principale și, deci, în serie cu infășurările demarorului, iar înfășurarea derivație Wu, numită și înfășurare de menținere, este conectată între borna ”50” de alimentare a electromagnetului și masă. La pornire, înfășurarea de excitație și rotorul demarorului sunt alimentate prin intermediul înfășurării serie sau de atracție Wi a electromagnetului. Aceasta face ca rotorul demarorului să se rotească lent și, în același timp, să fie atras lent miezul electromagnetului contribuind prin aceasta la o mai bună angrenare a pinioanelor. După închiderea contactelor electromagnetului, înfășurarea de atracție este scurtcircuitată, astfel încât întreaga tensiune se aplică asupra înfășurării de excitație a demarorului și rotorul se va roti mai rapid. Miezul electromagnetului continuă să fie atras de către înfășurarea de menținere Wu întrucât este necesară o forță mai mică de atracție. Când se întrerupe circuitul de alimentare a electromagnetului prin întrerupătorul de pornire, înfășurările de atracție și de menținere dau câmpuri inverse și miezul revine în poziția inițială, întrerupând contactele electromagnetului.

Din punct de vedere al modului de deplasare a pinionului spre coroana volantului pentru a se angrena, se deosebesc demaroare la care deplasarea se face rectilinie, respectiv pinionul are o mișcare dreaptă în lungul arborelui (Fig2.8.a) și demaroare la care deplasarea se realizează elicoidal. La acestea, atât arborele, cât și bucșa de conducere sunt prevăzute cu caneluri elicoidale sau înclinate (Fig2.8.b), asigurându-se prin aceasta o mai bună angrenare a pinionului cu coroana volantului. Mișcarea elicoidală la înaintarea pinionului se poate obține și prin funcționarea demarorului cu cuplare electromagnetică în două trepte, utilizându-se un electromagnet cu două înfășurări (Fig.2.9.a).

În afară de construcțiile descrise, există demaroare cu cuplare electromagnetică (Fig.2.9.c) la care rotorul în stare inițială este deplasat axial față de stator. La conectarea demarorului, întregul ansamblu al rotorului se deplasează axial până în dreptul statorului, imprimând pinionului, în primă fază, o mișcare lentă de înșurubare care facilitează angrenarea cu coroana volantului. În primă fază alimentarea demarorului se face numai prin infășurările de excitație auxiliare serie 2 și derivație 3. După realizarea angrenării, este alimentată înfășurarea serie principală 1, care scurtcircuitează înfășurarea serie auxiliar, permițând demarorului să-și mărească turația și să dezvolte întreaga putere. Înfășurarea auxiliară derivație servește pentru tracțiunea axială pentru limitarea turației de mers în gol. După întreruperea contactelor întrerupătorului de pornire, arcul de readucere aduce rotorul în poziția de repaus.

[http://biblioteca.regielive.ro/proiecte/mecanica/instalatia-de-pornire-99585.html]

Fig. 2.9 Sisteme de acționare și cuplare

2.5 Încercarea motoarelor electrice de pornire

Mașinile electrice noi sau reparate se supun unor încercări de control care au ca scop stabilirea concordanței parametrilor mașinii cu prevederile standardelor în vigoare, ca și determinarea  acelor caracteristici și parametrii, care, deși nu sunt normalizați, au valoare importantă pentru exploatare.

Succesiunea încercărilor de control obligatorii pentru mașinile electrice după reparație este indicată în tabela 1.

Pentru exemplificarea modului de efectuare  a principalelor încercări, vom descrie încercările ce se efectuează la mașinile reparate.

Încercările mașinilor electrice se fac atât în timpul execuției sub formă de încercări intermediare, cât și asupra mașinilor montate sub formă de încercări finale. O parte din încercările finale sunt comune tuturor mașinilor electrice, iar altele sunt specifice fiecărui tip de mașină. Probele ce se efectuează la aceste încercări, precum și în ordinea lor sunt stabilite prin standarde.

Încercări intermediare

Încercările intermediare, care cuprind verificări mecanice și electrice, se fac în cursul procesului de fabricație sau de raparații asupra părților componente ale mașinii. Aceste încercări au drept scop să asigure că subansamblul respectiv va funcționa normal în ansamblul mașinii electrice.

Prin încercări mecanice se verifică corespondența dintre piesa executată și desenul de execuție, se încearcî calitatea materialelor etc.

Încercări de bună execuție a înfășurărilor

O înfășurare este executată pentru prima oară sau reparată, este considerată bună după ce încercările mașinii dau rezultate bune. Pentru a se evita însă descrierea defectelor abia după efectuarea montării complete, este necesar ca în timpul montării să se efectueze încercări de control asupra înfășurării, prin care să se verifice buna execuție a acestuia.

O înfășurare bine executată trebuie să aibă izolația bună față de masă și între spire și legături corect făcute.

Bobinele executate pentru a fi montate în crestăturile deschise se încearcă folosindu-se un transformator special, așa cum este arătat în figura 2.10.a.

Încercarea se face la frecvență mai mare (200 – 500 Hz). După așezarea bobinei pe una dintre coloanele miezului, transformatorul se alimentează cu o tensiune astfel potrivită, încât între capetele bobinei de încercat să se afle o tensiune de 2 pana la 4 ori mai mare decat cea nominală. Dacă transformatorul nu este absoarbit de un curent prea mare sau dacă din bobină nu iese fum, izolația între spirele bobinei este bună.

Încercarea izolației între spire se poate face și după montarea bobinelor în crestături. În acest caz, transformatorul de încercare este transportabil și încercarea se face în modul indicat în figura 2.10.b.

Transformatorul alimentat cu tensiune este plimbat pe suprafața statorului sau a rotorului. În circuitul de alimentare al transformatorului se monteaza un ampermetru. Dacă există bobine cu izolația defectă, ampermetrul indică un curent exagerat sau bobina scoate fum.

Sistemul acesta se folosește pentru înfășurări deschise, adică pentru înfășurările indusurilor mașinilor asincrone, a statoarelor sau rotoarelor mașinilor asincrone.

[http://biblioteca.regielive.ro/proiecte/mecanica/instalatia-de-pornire-99585.html]

Fig. 2.10. Încercarea bunei execuții a bobinajului

a – încercarea bobinelor (1 – transformatorul de încercare ; 2 – bobina de încercat;

3 – jug mobil;    4 – bobina alimentată);

b – încercarea izolației între spire, după introducerea bobinelor în crestătură

(1 – stator bobinat ; 2 – transformator de încercare);

c – încercarea bobinajelor închise (1 – rotor bobinat ; 2 – transformator de încercare;

3 – lamă de oțel).

Pentru înfășurări închise, cum sunt cele cu colector, metoda nu este aplicabilă decât înainte de inchiderea infășurării, ceea ce provoacă dificultăti și complicații. Pentru astfel de înfășurări se folosește metoda de detectare prin vibrații (figura 2.10.c). Pentru asta se pune rotorul pe picioarele transformatorului alimentat cu tensiunea rețelei. În punctul opus se așează o lamă subțire de oțel. În cazul în care există un scurtcircuit între spire, între bobine sau între lamele de colector, lama de oțel vibrează și produce un bâzâit.

După introducerea bobinelor în crestături se controlează izolația cu un mic transformator de străpungere, cu trepte de 500, 1000, 1500 V. Încercarea la străpungere se face cu o tensiune egală cu aproximativ 50 % din cea indicată în STAS 1893 – 72 pentru verificarea izolației. Înainte de impregnare este necesară și o verificare a legăturilor prin măsurarea rezistențelor ohmice ale diferitelor faze. Dacă rezultă diferențe mari este necesară o verificare amanunțită după schema de bobinaj.

Verificarea succesiunii normale a polilor la rotoarele mașinilor sincrone se face astfel: se așează pe două capre pentru a putea fi rotit și în fața sa se plasează un ac magnetic (figura 2.11).

[http://biblioteca.regielive.ro/proiecte/mecanica/instalatia-de-pornire-99585.html]

Fig. 2.11 Încercarea polarității polilor

Se excită rotorul cu un curent continuu slab și se rotește astfel încât toți polii să treacă prin fața acului magnetic. De căte ori trece un pol, acul trebuie să execute o semirotație. Dacă la trecerea de la un pol la altul acul nu se rotește, înseamnă că sensul bobinei polului respectiv este greșit. Aceeași metoda se aplică și la statoarele mașinilor de curent continuu. De data aceasta însă se va plimba acul magnetic în dreptul polilor excitați. Metoda poate fi aplicată și la înfășurările repartizate (de curent alternativ). Pentru aceasta, fiecare fază se alimentează în curent continuu și se plimbă acul magnetic ca în cazul verificării statoarelor de curent sau se învârte rotorul în fața acului magnetic. Verificarea se face separat pentru fiecare fază.

Încercări finale

Mașina gata montată se supune încercărilor finale.

Încercarea la încălzire

Încercarea la încălzire urmarește să determine încălzirea diferitelor subansambluri și piese care intră în componența unei mașini electrice. Încercarea la încălzire se face la mers în gol. Pentru determinarea temperaturilor respective se pot folosi mai multe metode de lucru.

Metoda termometrelor. Prin această metodă se măsoară temperatura cu termometrul aplicat pe suprafețele accesibile ale mașinii. În punctele unde sunt câmpuri magnetice variabile nu se recomandă folosirea termometrelor cu mercur, deoarece acestea pot fi influențate de prezența acestor cămpuri. Locul de măsurare și termometrul trebuie să fie ferite de curenții de aer și de influența mediului înconjurător. Ele trebuie acoperite cu un material rău conducător de căldură.

Metoda rezistenței. Prin această metodă, încălzirea înfășurărilor se determină prin creșterea rezistenței acestor înfășurări.

Măsurarea temperaturii diferitelor elemente ale mașinii se face numai după ce temperatura   s-a stabilizat, adică a atins o valoare care nu mai poate fi modificată, oricât ar funcționa mașina. În general, la o mașină mijlocie, de construcție normală, temperatura se stabilizează după 6 – 8 h de funcționare la sarcina respectivă.

Creșterea rezistenței se va măsura, dacă este posibil, în timpul încercării de încălzire sau imediat după oprirea mașinii. La înfășurările indusului cu colector, măsurarea creșterii rezistenței datorită încălzirii se face introducându-se curentul în secția legată între două lamele de colector care să cuprindă un numr cât mai mare de conductoare în serie, periile mașinii fiind ridicate.

Calculul încălzirii înfășurărilor de cupru sau de aluminiu, care rezultă din creșterea rezistenței, se face cu relația:

Θ2 – θa = [(R2 – R1) / R1] * (θ1 + 1/α) + θ1 – θa,

în care :       

R1 – rezistența inițială a înfășurării (la rece);

R2 – rezistența înfășurării la sfârșitul încercării;

Θ1 – temperatura înfășurării (in 0C) în momentul măsurării rezistenței inițiale

Θ2 – temperatura înfășurării (in 0C) la sfârșitul înfășurării;

Θa – temperatura aerului ambiant (in 0C), la sfârșitul încercării;

1/α = 235 [m / Ω*mm2] – pentru înfășurări din cupru;

1/α = 245 [m / Ω*mm2] – pentru înfășurări din aluminiu;

Temperatura înfășurării înaintea încercării, măsurată cu termometrul, trebuie să fie practic cea a mediului ambiant.

Măsurarea temperaturilor altor elemente (lagăre, colector, fierul statorului, etc.) se face cu termometrul.

Încercări de izolație

În general, încercările de izolație se execută la întreprinderea producătoare, după

încercarea la încălzire. Mașina trebuie să fie nouă, completă cu toate organele montate, în condiții echivalente cu cele ale unei funcționări normale.

Încercarea izolației înfășurării față de corpul mașinii și a izolației între bobine. Tensiunea de încercare se aplică de pe o parte a înfășurării de încercat și pe de altă parte corpului mașinii la care trebuie legat circuitul magnetic și toate celelalte înfășurări care nu sunt supuse încercării. Tensiunea de încercare trebuie să fie alternativă și cu o formă practic sinusoidală, având frecvența cuprinsă între 15 și 100 Hz (de obicei 50 Hz). Încercarea se începe cu o tensiune care trebuie să nu depășească jumătate din tensiunea de încercare. După aceea, tensiunea de încercare este mărită progresiv sau în trepte și trebuie să nu depășească 5% din valoarea tensiunii de încercare. Timpul în care se ajunge de la jumătatea tensiunii de încercare până la tensiunea întreagă de încercare trebuie să nu fie mai mic de 10s. După aceea tensiunea de încercare se menține timp de 1 min la valorile din tabela 2.

La încercarea de control a mașinilor cu tensiuni nominale până la 500 V durata de încercare de 1 min poate fi înlocuită cu o încercare de scurtă durată, care trebuie în acest caz să se facă în timp de 5s, cu tensiunea de încercare conform valorilor de mai sus, aplicată brusc cu ajutorul vârfurilor de încercare.

Încercarea izolației înfășurării față de corpul mașinii și a izolației între bobine se efectuează o singură dată. În cazuri excepționale se poate face și a doua încercare, însă cu numai 80% din tensiunea de încercare prevăzută.

Încercarea izolației între spire

Încercarea izolației între spire trebuie să fie efectuată la mersul în gol prin mărirea tensiunii aplicate sau produse, până la valorile indicate în tabela 3, recurgându-se în acest scop la creșterea frecvenței sau a turaței. Durata de încercare este de 3 min.

La mașinile cu colector se permite ridicarea perilor în timpul încercării izolației între spire.

Izolația bornelor mașinilor electrice trebuie să suporte timp de 1 min o tensiune de 1,5 ori tensiunea de încercare a bobinajelor, fără a se produce străpungerea sau conturnarea.

Această încercare trebuie să fie făcută înainte ca înfășurarea să fie racordată la borne. Rezistența de izolație a infășurărilor mașinilor electrice r față de corpul lor și rezistența de izolație între borne trebuie să nu fie mai mică decăt valoarea ce se obține din relația:

r = U / (1000 + P/100) [MΩ],

în care:

            U – tensiunea nominală a infășurării mașinii, în V;

            P – puterea nominală a mașinii, în kw.

Încercarea de mers în gol

Aceasta incercare urmărește obținerea de date cu privire la modul de magnetizare a fierului mașinilor electrice, determinarea pierderilor de mers în gol și a pierderilor mecanice.

Încercarea de mers în gol mai servește și la separarea pierderilor dintr-o mașină electrică, deoarece la mersul în gol, puterea P0 absorbită de la rețea este consumată de pierderile în fier și de pierderile mecanice datorită frecărilor și ventilației. Curba pierderilor (figura 2.12) se trasează în funcție de tensiune.

Fig.2.12 Variația pierderilor în funcție de tensiune la mașinile electrice funcționând în gol

Din această curbă (I) se scad mai întâi pierderile în înfășurarea mașinii produse de către curentul de mers în gol I0 care circulă prin această înfășurare și care sunt date de relația:

P0Cu = R * I02

Se obține astfel o nouă curbă (II), asemănătoare cu prima (I) și reprezintă pierderile în fier plus pierderile mecanice. Pentru a le putea separa se prelungește curba II până când taie axa ordonatelor. Din punctul de intersecție se duce paralelă la axa tensiunilor (III)care este intervalul între această dreaptă. Deoarece prelungirea curbei II se face din ochi, s-ar putea produce erori.

Pentru o precizie mai mare este trasata curba pierderilor în funcție de pătratul tensiunilor. Caracteristica pierderilor apare ca o dreaptă care poate fi prelungită usor, așa cum se vede în figura 2.13.

Fig. 2.13. Variația pierderilor în funcție de pătratul tensiunii

Se recomandă ca încercarea generatoarelor să se facă punându-le să funcționeze ca motoare.

Caracteristica de mers în gol a mașinilor de curent continuu și a generatoarelor sincrone are aspectul din figura 2.14 și se ridică pornindu-se cu valori crescătoare ale curentului de excitație, pâna la valoarea maximă, scăzându-se apoi curentul până la zero. Se obțin astfel două ramuri distincte, caracteristica mașinii încercate fiind curba medie.

Oricare ar fi modul de excitare a mașinii, pentru această probă mașina trebuie excitată de la o sursă separată.

Caracteristica de mers în gol a mașinilor de curent continuu este aceeași, indiferent dacă mașina este motor sau generator.

Fig. 2.14 Caracteristica de mers în gol (de magnetizare) a unei mașini de curent continuu și a  unui generator sincron

Încercarea de mers în sarcină

Această încercare se face cu scopul de a se verifica comportarea mașinii în funcționarea ei normală. Încercarea se face pentru sarcina normală, o sarcină mai mică și o suprasarcină. Limita inferioară de descărcare a mașinii este mersul în gol, iar suprasarcinile pot ajunge chiar până la 100%.

Încercarea de mers în sarcină la sarcina nominală se face până când temperatura atinsă de motor se stabilizează. Un motor este declarat bun dacă supratemperaturile atinse la această încercare nu depășesc limitele prevăzute în standarde.

La motoarele de curent continuu, încercarea de mers în sarcină constă în ridicarea caracteristicii de viteză. Această curbă se obține prin măsurarea vitezei la diferiți curenți (I), tensiunea și curentul de excitație rămânând constante. Curba reprezentativă este descrescătoare (figura 2.15) mai accentuată la motorul serie și cu o pantă mai lentă la cel derivație.

Fig. 2.15 Caracteristicile de viteză la motoarele de curent continuu

e. Încercarea la scurtcircuit

Această încercare este de o mare imporțanță la mașinile de curent alternativ, datorita ajutorului ei se pot deduce pierderile în infășurări și cu rezultatele obținute se pot construi diagramele de predeterminare a funcționării mașinii.

Încercarea de scurtcircuit a motoarelor asincrone se face astfel:

Se alimentează motorul cu tensiune scăzută și se blochează cu ajutorul unei frâne axul motorului, impiedicându-l astfel să se mai rotească. Se mărește tensiunea până când motorul absoarbe curentul nominal. Pentru diferite tensiuni crescătoare, se măsoară puterea absorbită Psc (în W) și curentul Isc (în A). Se deduce factorul de putere corespunzător (cosφsc) și se trasează caracteristica de scurtcircuit (figura 2.16).

Puterea absorbită la funcționarea în scurtcircuit reprezintă pierderile în stator și rotor.Datele vor fi folosite la determinarea randamentului.

Fig. 2.16 Caracteristica de scurtcircuit  a unui motor asincron

CAP. 3 TESTAREA UNUI MOTOR ELECTRIC DE PORNIRE