INFASURARILE MASINILOR DE CURENT CONTINUU

INFASURARILE MASINILOR DE CURENT CONTINUU

Exista doua variante constructive de infasurari de curent continuu care au cea mai larga raspandire: infasurarea buclata si infasurarea ondulata. In fig.1 se prezinta schematic cele doua tipuri de infasurari (a - buclata si b - ondulata); s-a considerat desfasurarea in plan a spirelor; in partea de jos sunt figurate legaturile la lamalele colectorului, iar pe desene apar si umbrele polilor statorici.

Cu y s-a notat deschiderea bobinei, y este pasul infasurarii (distanta dintre laturile de dus a doua bobine consecutive inseriate), iar y reprezinta pasul de intors (distanta dintre latura de dus si cea de intors a bobinei urmatoare). La infasurarile buclate y = y - y , iar la cele ondulate, y = y + y . In cele ce urmeaza se va explica modul de realizare doar pentru infasurea buclata si repartitia corespunzatoare a inductiei B in intrefier. In figura 2a este reprezentata schema desfasurata a unei infasurari buclate. Prin schema desfasurata se intelege o schema in plan obtinuta prin taierea rotorului dupa o generatoare si desfasurarea lui. In acest fel, crestaturile care erau plasate la periferia unui cilindru apar situate in acelasi plan. In figura este schitata si schema desfasurata a colectorului, si anume, in partea de jos a figurii. De asemenea, apare in figura si umbra polilor de excitatie. Infasurarea buclata din figura 2 apartine unei masini cu 2p= 4, rotorul respectiv posedand Z = 16 crestaturi, numerotate in figura de la 1 la 16. Infasurarile de curent continuu se realizeaza in doua straturi, in sensul ca in aceeasi crestatura sunt doua laturi de sectiuni: una in partea superioara a crestaturii (figurata cu linie plina ), iar cealalta, in partea inferioara (figurata cu linie intrerupta). Infasurarea consta dintr-o serie de sectiuni identice, fiecare sectiune avand una sau mai multe spire (in figura, pentru simplitate, s-a considerat ca o sectiune are o singura spira), sectiunile fiind legate in serie. Capetele sectiunilor se leaga intre ele pentru a se asigura inserierea sectiunilor (sfarsitul unei sectiuni se leaga cu inceputul alteia) si, in acelasi timp, se leaga si la cate o lamela de colector. Practic, in crestatura practicata in aripioara unei lamele de colector se lipesc cu ajutorul cositorului capatul de sfarsit al unei sectiuni si capatul de inceput al altei sectiuni, dupa o regula bine precizata, pusa in evidenta de schema infasurarii. Prin urmare, infasurarea descrisa, ca de altfel toate infasurarile de curent continuu, nu are capete libere. Infasurarea de curent continuu este deci o infasurare inchisa.

Infasurarea buclata se caracterizeaza prin faptul ca toate sectiunile au capetele lor legate la doua lamele vecine ale colectorului, inserierea sectiunilor facandu-se de asa maniera incat acestea se succed la periferia rotorului in acelasi sens, la distanta de o crestatura intre doua sectiuni succesive (y = 1). Daca pornim de la un capat al unei sectiuni oarecare si urmarim conductorul din care sunt realizate diferitele spire si sectiuni succesive ale infasurarii, descriem o serie de bucle la periferia rotorului, de unde si denumirea de infasurare buclata. Pe colectorul la care sunt legate capetele sectiunilor freaca 4 perii, legate alternativ doua cate doua, iar fiecare pereche astfel realizata este legata la borna A,respectiv B a masinii. Periile sunt egal distantate la periferia colectorului. Latimea periilor este de ordinul de marime al latimii unei lamele sau a doua lamele de colector. In figura 2,a, periile au tocmai latimea unei lamele. Pozitia periilor pe colector are o foarte mare importanta in functionarea masinii de curent continuu. Se remarca cu usurinta deocamdata ca, atunci cand masina este in functionare, adica rotorul cu toate sectiunile infasurarii rotorului este in rotatie, periile vin in contact cand numai cu o singura lamela, cand cu doua lamele vecine, fiindca colectorul se roteste o data cu rotorul, iar periile sunt fixe in spatiu. Cum la doua lamele vecine ale colectorului sunt legate capetele unei sectiuni a infasurarii, iar peria in anumite intervale de timp calca pe ambele lamele, sectiunea respectiva este in scurtcircuit, peria fiind buna conducaroare. Ori, daca polii masinii sunt excitati, adica exista un camp magnetic de excitatie si rotorul se invarteste, in diferite sectiuni se induc t.e.m. alternative. Acest t.e.m. au valori instantanee depinzand de pozitia sectiunii respective in campul polilor de excitatie. Daca sectiunea este scurtcircuitata de perie in momentul cand latura sa de ducere este in axa polului nord, t. e.m. este maxima si va da nastere unui curent important in sectiunea scurtcircuitata. Sectiunea acumuleaza in campul sau magnetic o importanta energie si devine sediul unor pierderi Joule in intervalul de timp cat este scurtcircuitata. In momentul in care, datorita rotatiei, peria pierde contactul cu una din lamelele la care este legata sectiunea respectiva si scurtcircuitarea sectiunii inceteaza, atunci curentul de scurtcircuit din sectiune trebuie sa se anuleze. Cum energia localizata in campul magnetic al sectiunii nu se poate anula brusc, curentul nu se anuleaza nici el brusc la parasirea lamelei de catre perie, ci continua sa se inchida prin aer intre lamela parasita si perie sub forma de arc electric, in care se consuma in scurt timp energia localizata in campul magnetic al sectiunii. Aceste arcuri (scantei) la colector intre lamele si perii sunt foarte daunatoare bunei functionari si nu sunt admisibile.

In schimb, daca periile sunt plasate pe colector in astfel de pozitie incat scurtcircuiteaza vremelnic sectiuni ale caror laturi de ducere sunt momentan in zona interpolara in care campul de excitatie este foarte slab sau nul, atunci si t.e.m. induse in sectiunile respective in acele momente sunt foarte mici sau nule si toate fenomenele descrise mai sus au loc cu o intensitate apreciabil mai redusa sau nu au loc, ceea ce este favorabil pentru functionarea masinii. De aceea, intocmai ca si in figura 2,a, periile se plaseaza pe colector intr-o astfel de pozitie incat fiecare perie sa scurtcircuiteze, la functionarea masinii, sectiuni ale caror laturi se afla in zona de camp de excitatie foarte slab sau nul, in zona interpolara. Daca periile scurtcicuiteaza vremelnic tocmai sectiunile care au laturile exact in axa interpolara de simetrie, atunci se spune ca "periile sunt fixate in axa neutra". Daca periile ocupa alta pozitie decat cea de mai sus, se spune ca "periile sunt decalate din axa neutra". Se poate arata ca decalarea periilor din axa neutra poate avea si alte influente asupra functionarii masinii, influente, in general, negative. Atragem atentia asupra faptului ca pozitia periilor pe colector nu poate fi raportata, in general, la pozitia polilor de excitatie. In cazul infasurarii prezentate in figura 2,a, cele doua legaturi ale unei sectiuni oarecare la doua lamele vecine sunt egal de lungi. Daca periile sunt fixate in axa neutra, asa cum este cazul infasurarii studiate, ele scurtcircuiteaza sectiuni ale caror laturi sunt momentan in axele interpolare de simetrie si, prin urmare, periile, date fiind legaturile egal de lungi la colector, se afla in axa de simetrie a sectiunilor respective, adica in axele de simetrie ale polilor de excitatie. Dar mai pot fi realizate si astfel de legaturi la colector. In figura 3, o legatura la colector a unei sectiuni oarecare este directa, cea mai scurta posibila, iar cealalta legatura mult mai lunga. Pentru o asemenea realizare constructiva a infasurarii, in situatia ca periile se fixeaza in axa neutra, observam ca periile cad in axa interpolara de simetrie si nu in axa de simetrie a polilor, ca in cazul precedent. Prin urmare, la o masina data, pentru care nu cunoastem modul precis de realizare a legaturilor sectiunilor la colector, nu putem sti daca periile sunt sau nu "fixate in axa neutra" prin raportarea pozitiei periilor la pozitia polilor de    excitatie. Pentru aceasta este nevoie de unele metode speciale.

Plasarea periilor pe colector si legaturile dintre ele si la bornele masinii conduc la impartirea infasurarii reprezentate in figura 2,a in 4 "cai de curent", in sensul ca, daca la bornele A, B ale masinii s-ar aplica o tensiune de curent continuu, curentul absorbit de infasurare s-ar diviza pe 4 cai in paralel in interiorul ei. Ansamblul sectiunilor infasurarii se imparte pe cele 4 cai de curent. Figura 2,b ne arata repartitia sectiunilor infasurarii pe cele 4 cai de curent. Aceasta repartitie este valabila la un moment dat, in care diferitele crestaturi ale rotorului se afla in pozitia relativa fata de polii de excitatie indicata in figura 2,a. Sectiunile sunt aratate prin doua cifre care indica crestaturile in care sunt plasate laturile sectiunii. Astfel, sectiunea 2 - 6' are o latura in crestatura 2 (partea superioara), iar cealalta latura, in creastatura 6 (partea inferioara). In consecinta, in momentul considerat, cele 4 cai de curent vor fi formate din urmatoarele sectiuni:

Calea I: 2 - 6'; 3 - 7'; 4 - 8';

Calea II: 6 - 10'; 7 - 11'; 8 - 12';

Calea III: 10 - 14'; 11 - 15'; 12 - 16';

Calea IV: 14 - 2'; 15 - 3'; 16 - 4'.

In figura 2,a sunt indicate si sensurile curentilor prin diferitele sectiuni, in ipoteza alimentarii infasurarii in curent continuu. Se observa ca in toate crestaturile care se afla sub un pol, sensul curentului prin laturile diferitelor sectiuni este acelasi. Mai exista 4 sectiuni care in momentul dat sunt scurtcircuitate de catre perii.

Astfel, sectiunea 1 - 5' este scurtcircuitata pe peria care calca simultan in momentul considerat pe lamelele 1 si 2 la care sunt legate capetele sectiunii 1 - 5'. In mod analog sunt scurtcircuitate si sectiunile 5 - 9'; 9 - 13'; 13 - 1'. Desigur ca atunci cand rotorul se invarteste si o data cu el si colectorul, se schimba componenta diferitelor cai de curent, insa numarul cailor de curent ramane acelasi. Diferitele sectiuni trec succesiv dintr-o cale de curent in alta, iar o sectiune data intra succesiv, la o rotatie completa, in toate cele 4 cai de curent. Caracteristic pentru infasurarea buclata este faptul ca numarul 2a de cai de curent in paralel este egal cu numarul 2p de poli, adica a = p.

In plus, numarul de perii pe colector este egal cu numarul de poli. Sa urmarim si pozitia la momentul dat in campul magnetic de excitatie al sectiunilor unei cai cde curent oarecare, de exemplu, calea I (figura 2,c). Cele 3 sectiuni in serie 2 - 6'; 3 - 7'; 4 - 8', care la momentul t alcatuiesc calea I de curent, sunt situate toate in campul primei perechi de poli. Se observa ca cele 3 sectiuni in serie ocupa insa pozitii diferite in campul de executie, sectiunile fiind decalate in mod uniform in camp. Daca y (cazul infasurarii studiate), fiecare sectiune are o latura in camp nord si cealalta latura in camp sud. Se remarca usor ca sectiunile care intra in componenta unei alte cai, de exemplu a II-a, ocupa in acelasi moment pozitii similare in campul unei perechi de poli de excitatie, ceea ce reprezinta o caracteristica a infasurarilor de curent continuu. Repartitia spatiala a inductiei (fig. 2,c) se explica prin faptul ca ea este maxima pe axa polara si se mentine astfel sub talpa polara si se anuleaza in dreptul axei neutre; in dreptul polului sud, repartitia este similara, dar de sens contrar.

1.2. Simbolizarea conductoarelor izolate si cablurilor

Pentru simbolizarea conductoarelor izolate si a cablurilor se foloseste un cod alfanumeric.

CENELEC a adoptat un cod de identificare constand, in ordine, in:

- o litera pentru tipul de cablu: H - model armonizat; A - model nearmonizat, varianta nationala recunoscuta de CENELEC; FRN - conform unui standard national;

- una sau doua cifre pentru tensiunea de serviciu (tensiunea de linie), de exemplu 05 pentru 500 V; 1 pentru 1 kV;

- o litera pentru materialul izolant, de exemplu V pentru policlorura de vinil (PVC);
X pentru polietilena armata (XLPE); R pentru cauciuc natural sau artificial;

- o litera pentru materialul invelisurilor de protectie, de exemplu V pentru policlorura de vinil (PVC); X pentru polietilena armata (XLPE);

- o litera pentru constructii speciale: H - cablu plat divizibil; H2 - cablu plat indivizibil;

- o litera pentru conductorul metalic, de exemplu U pentru masiv; R pentru doua fibre rasucite (inflexibil); F, K sau H pentru diverse constructii flexibile;

- o litera pentru conductorul metalic: A pentru aluminiu; necodificat pentru cupru;

- o parte numerica evidentiind compozitia conductorului/cablului: numarul de conductoare, semnul de multiplicare (x) si sectiunea transversala a unui conductor (in mm²)

Codul alfanumeric folosit in Romania este constituit din:

a. litere, pentru:

- materialul conductorului (prima litera din simbol) : A - aluminiu; conductorul din cupru nu se simbolizeaza;

- forma sectiunii conductorului si constructia: r - sectiune rotunda; s - sectiune in forma de sector de cerc; f - flexibil; m - multifilar;

- executie (in ordine, de la interior spre exterior: izolatie, invelis, armatura, manta):
Y - izolatie/invelis/manta din PVC; H - izolatie de hartie; P - manta din plumb; A - armatura (in interiorul simbolului); Ab - armatura sub forma de banda etc;

- destinatie (la inceputul simbolului, dupa indicarea materialului conductorului):
F - instalatii fixe; M - instalatii mobile; C - cablu de energie; CC - cablu de comanda;
CS - cablu de semnalizare;.

b. cifre: numarul de conductoare x sectiunea (mm²); sectiunile reduse se indica dupa sectiunea conductoarelor de linie, precedate de semnul +.

Exemple: AFY 2,5 mm² - conductor din aluminiu, cu izolatie din PVC, instalatii fixe

FY 2,5 mm² - conductor din cupru, cu izolatie din PVC, instalatii fixe

2 AFY 2,5 mm² + FY 2,5 mm²- doua conductoare din aluminiu, cu izolatie din PVC si un conductor din cupru, instalatii fixe

ACYY 4x10 mm² - cablu de energie, patru conductoare din aluminiu, cu sectiunea 10 mm², izolate cu PVC, manta din PVC

CYY 4x10 mm² - idem, conductor din cupru

ACYY 3x25 + 1x16 mm² - cablu de energie, patru conductoare din aluminiu (trei cu sectiunea 25 mm² si unul cu sectiunea 16 mm²), izolate cu PVC, manta din PVC

ACYAbY 3x25 + 1x16 mm² - idem, cu armatura sub forma de banda.

Identificarea conductoarelor in cablurile de joasa tensiune se realizeaza prin culori sau prin numere, respectand urmatoarele reguli:

- marcajul in dungi verde-galben este rezervat conductoarelor de protectie PE sau PEN;

- conductorul neutru (daca exista) trebuie sa aiba culoarea albastru deschis sau sa fie notat cu cifra 1;

- conductoarele de linie pot fi identificate cu orice culoare in afara de verde-galben, verde, galben, albastru deschis.