Aspecte generale ale masinii de curent continuu

Aspecte generale ale masinii de curent continuu

1 Elemente constructive

Masinile de curent continuu au in regim permanent tensiunile la borne si curentul in circuitul exterior stationare. Dupa principiul de functionare deosebim: masini de curent continuu cu colector si masini de curent continuu fara colector (unipolare) .

Masinile de curent continuu cu colector au fost din punct de vedere istoric primele generatoare de energie electromagnetica. Avantajele curentului alternativ sinusoidal insa in transportul si distributia energiei electrice au restrans mult domeniul de folosire a masinilor de curent alternativ ca si generatoare .

Ca motoare de curent continuu insa ele sunt utilizate pe scara tot mai larga, mai ales odata cu dezvoltarea convertoarelor din electronica de putere, datorita posibilitatilor simple de reglare.

Motoarele de curent continuu cu colector se folosesc cu succes in tractiuni electrice (tramvaie , troleibuze , trenuri electrice , electrocare), in actionarile care necesita limite largi de reglaj al turatiei si in unele automatizari, ca elemente de executie .

Masina de curent continuu poate fi reprezentata schematic, intr-o sectiune transversala (figura 1.1) care evidentiaza cele doua parti constructive de baza: statorul (inductor) si rotorul (indus).

Figura 1.1

Statorul, partea imobila a masinii, ce joaca rol de inductor si care are ca elemente constructive principale:

1 - carcasa (jugul statoric);

2 - polii de excitatie impreuna cu infasurarea concentrata de c.c.(bobine);

3 - poli de comutatie (auxiliari) cu infasurarea concentrata corespunzatoare;

4 - talpa de prindere;

5 -rotorul, care joaca rol de indus, urmand sa dam o scurta descriere a elementelor sale constructive

6 - perie.

Carcasa (jugul statoric) reprezinta partea imobila pe care se fixeaza polii de excitatie si cei de comutatie. La masinile de putere mai mare decat cateva sute de wati, carcasa si jugul statoric (care serveste drept drum de inchidere a fluxului magnetic inductor), reprezinta aceeasi piesa constructiva. Pentru a oferi fluxului magnetic o reluctanta cat mai mica, carcasa se construieste din fonta sau otel turnat, uneori din tabla groasa de otel sudata.

La masinile mici si la masinile alimentate prin instalatii de redresare cu gama larga de reglare a vitezei, jugul statoric se realizeaza din tole de otel electrotehnic de (0,5-1)mm grosime, stantate in forma adecvata, incat se realizeaza dintr-o data si polii de excitatie.

Polii de excitatie (principali) se construiesc din tole de otel electrotehnic de (0,5-1)mm grosime, stranse pachet cu ajutorul unor buloane nituite. Ei poarta bobinele de excitatie strabatute de curentul de excitatie.In partea spre rotor, miezul polar se termina cu asa-numita talpa a polului sau piesa polara, in scopul de a inlesni trecerea fluxului magnetic prin zona ingusta de aer dintre pol si rotor numita intrefier. Din punct de vedere mecanic, talpa polului serveste pentru asigurarea pozitiei bobinei montata pe miezul polului. Bobinele de excitatie se realizeaza dintr-un conductor rotund sau profilat de cupru. Conductorul este izolat pentru a nu produce scurtcircuit intre spirele bobinei. Bobinele polilor de excitatie se leaga intre ele in serie sau paralel si se alimenteaza de la bornele de excitatie din cutia de borne. Legaturile bobinelor se realizeaza astfel incat fluxul magnetic al unui pol sa fie dirijat dinspre piesa polara spre rotor (pol Nord), iar cel al unui pol vecin dinspre rotor spre piesa polara (pol Sud).

Polii de comutatie (auxiliari) constau dintr- un miez si din bobina infasurata pe miez. Polii auxiliari se aseaza exact in axa de simetrie (axa neutra) dintre polii principali.

Rotorul impreuna cu colectorul este reprezentat in figura 1.2.

Figura 1.2 Miezul rotoric 2 - se construieste din tole de otel electrotehnic de forma circulara cu dinti si crestaturi, izolate intre ele si este plasat pe arborele 1. Crestaturile longitudinale 3 se constituie in sediul infasurarii rotorice.

Infasurarea rotorica este formata din "sectii" a caror capete 4 se leaga la colector 5, care este un subansamblu caracteristic masinii de curent continuu.

Colectorul are forma cilindrica, fiind construit din placute de cupru, denumite lamele, izolate una fata de cealalta printr-un strat de micanita si, de asemenea, izolate fata de suport. Capetele sectiilor infasurarii rotorice se lipesc direct de aripioarele lamelelor cu un aliaj de cositor sau se utilizeaza ca piese intermediare niste "stegulete" (cazul masinilor de putere mare). Colectorul se invarte solidar cu rotorul. Pentru a realiza o legatura intre infasurarea rotorica care se invarte si bornele masinii care sunt imobile, pe colector freaca o serie de "perii" realizate din material conductor, in general pe baza de grafit, care asigura frecari si uzuri mai reduse. Prin intermediul unor piese speciale, "portperiile", periile realizeaza un contact electric sub pesiune constanta cu lamelele colectorului.

Periile sunt legate galvanic intre ele, si anume periile de numar impar (socotite la periferia colectorului) se leaga la o borna a masinii, iar periile de numar par se leaga la cealalta borna. Periile sunt plasate la distanta egala la periferia colectorului, iar numarul de randuri de perii este egal cu numarul de poli de excitatie din masina.

Campul magnetic inductor este creat de polii de excitatie de pe stator. Din cauza permeabilitatii foarte mari a materialului feromagnetic din care sunt construiti polii si rotorul, liniile de camp strabat intrefierul aproape radial, iesind din pol aproape normal si intrand in rotor, de asemenea, aproape normal. Facand abstractie de crestaturile rotorului, intrefierul sub piesele polare se considera constant.

Totodata, se considera campul magnetic inductor uniform sub piesele polare si de aceeasi valoare sub doi poli de nume contrar si, respectiv, nul in axa de simetrie interpolara (axa neutra). In afara pieselor polare, campul scade brusc, din cauza cresterii simtitoare a intrefierului. Convenind sa consideram campul magnetic de sub polul nord - pozitiv si respectiv cel de sub polul sus - negativ, inductia magnetica variaza la periferia rotorului.

Se considera ca inductia sub talpa polara are o valoare constanta, conform ipotezelor simplificatoare enuntate anterior. Se noteaza pasul polar (distanta) intre axele a 2 poli succesivi de nume contrar.

2. Caractersticile de functionare ale motoarelor de curent continuu

Unele proprietati importante, specifice regimurilor de functionare ale diverselor tipuri de motoare electrice, sunt continute in expresiile analitice sau reprezentarile grafice ale caracteristicilor naturale sau artificiale de functionare. Dintre cele mai importante caracteristici se mentioneaza: caracteristica cuplu-viteza (caracteristica mecanica), caracteristica viteza - curent si caracteristica randament- sarcina.

Regimurile electromecanice permanente de functionare ale motoarelor de curent continuu sunt determinate de ecuatiile de mai jos si se refera la tensiunea la borne, tensiunea electromotoare de rotatie, cuplul electromagnetic, echilibrul cuplurilor rotorice si fluxul magnetic principal:

Cuplul rezistent M_r care se opune miscarii de rotatie a rotorului include cuplul de sarcina al mecanismului antrenat, cuplul datorat frecarilor in lagare, de ventilatie si cel corespunzator pierderilor in fierul rotorului. El trebuie dat in general grafic sau analitic ca functie de viteza de rotatie Ω. Pentru simplificare se considera uneori cazul particular cand cuplul rezistent este un parametru independent de turatie.

Fluxul magnetic Φ este o functie neliniara a curentilor din infasurarile masinii. Daca se considera compensata reactia indusului, prin efectul polilor auxiliari si a unor infasurari de compensatie, fluxul Φ se poate aproxima ca fiind egal cu cel inductor Φ₀, adica o functie dependenta numai de curentul de excitatie (caracteristica de magnetizare a masinii) .