Motorul de curent continuu

Grup Scolar Electronica Industriala "Mecanica Fina"-Bucuresti

Motorul de curent continuu

1.Masina de curent continuu

Masina de curent continuu este masina electrica la care schimbul principal de energie cu o retea se face in curent continuu.

Motorul de curent continuu a fost inventat in 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemanator. Astfel, a putut observa ca masina se roteste, realizand conversia energiei electrice absorbite de la generator.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici si bobinele polare concentrate care creeaza campul magnetic de excitatie. Pe axul motorului este situat un colector ce schimba sensul curentului prin infasurarea rotorica astfel incat campul magnetic de excitatie sa exercite in permanenta o forta fata de rotor.

Motoare cu aburi Energia aburilor inca mai asigura o mare parte din energia folosita in prezent.Chiar si cele mai avansate reactoare nucleare sunt doar simple surse de caldura care transforma apa in aburi pentru a actiona turbine

legate la generatoare de electricitate. Prima masina cu aburi a fost inventata in secolul I e. n. de catre inginerul grec Heron din Alexandria. O sfera goala pe dinauntru era

pivotata pe doua tuburi prin care treceau aburii dintr-un mic fierbator.Aburii umpleau sfera si ieseau prin tevi dispuse in parti opuse ale acesteia. Jeturile de aburi care tasneau determinau sfera sa se roteasca. Totusi,in ciuda faptului ca era o

inventie interesanta , masina nu servea unui scop util.Prima masina cu aburi cu utilitate practica a fost inventata in 1698 de un inginer englez pe nume Tomas Savery. Aburul dintr-o camera era racit pana se condensa si forma o cantitate mica

de apa. Reducerea mare a volumului producea un vid partial,care era folosit pentru a absorbi apa din minele de carbuni.

Forta pistonului La masina inventatade inginerul englez Tomas Newcomen , in jurul anului 1710 , aburii impingeau un piston in sus printr-un cilindru . Apoi cilindrul era racit pentru a condensa aburii ,si pistonul era tras in jos . Condensarea

aburilor reducea presiunea din cilindru ,astfel incat presiunea atmosferica era suficienta pentru a impinge pistonul in jos.Din acest motiv , Newcomen isi numea masina cu aburi “atmosferica”.Ea era folosita pentru a pune in

functiune pompe de mina.Desi s-a dovedit mult mai eficienta decat sistemul lui Savery , masina lui Newcomen era extrem de inceata si ineficace . Aceasta pentru ca dupa racire cilindrul trebuia incalzit pentru a produce din nou aburi necesari care sa impinga pistonul in sus.Altfel aburiii s-ar fi condensat instantaneu. Masina lui Watt Cel care a

rezolvat aceasta problema a fost inginerul scotian JamesWatt . La masina sa inventata in 1769 ,aburii treceau intr-o camera separata pentru condensare .Deoarece cilindrul nu era incalzit si racit alternativ ,pierderile de caldura ale masinii

erau relativ scazu-te.De asemenea ,masina lui Watt era mai rapida ,pentru ca puteau admite mai multi aburiin cilindru odata ce pistonul se intorcea in pozitia initiala.Aceasta si alte imbunatatiri concepute de Watt au facut ca masina cu aburi

sa poata fi folosita intr-o gama larga de aplicatii. In perioada victoriana ,locomotive cu aburi puternice revolutionasera

deja calatoria pe uscat.Masinile cu aburi au facut posibile si tiparirea ziarelor ,torsul si tesutul textilelor si actionarea masinilor de spalat in “spalatoriile cu aburi” Masinile cu aburi puneau in miscare caruselele ,iar unii fermieri foloseau energia de abur pentru a ara pamantul.Antreprenorii de curatatorii aveau aspiratoare cu aburi ,si la cele

mai bune frizerii din orase existau chiar si perii pentru masarea capului actionate de aburi. Miscarea rotativa

Miscarea primelor masini cu aburi produceau o miscare alternativa (de “dute-vino”) prin intermediul pistoanelor care se deplasau in cilindrii.Aceasta miscare a putut apoi sa fie transformata in miscare rotativa prin mijloace mecanice. Turbinele cu aburi produc miscarea rotativa nemijlocit prin forta aburilor.Mai multi inventatori au experimentat cu turbine cu aburi in anii 1800 , insa abia in anul 1884 a aparut un model eficient si manevrabil,inventat de inginerul englez Charles Parsons . La cativa ani de la inventie turbinele Parsons erau folosite la propulsarea vaselor si actionarea generatoarelor. Transformarea energiei Masinile cu aburi si turbinele transforma caldura in energie .La ambele caldura produsa de combustibil este folosita la fierberea de apa ,obtinandu-se un volum de aburi de 1600 de ori mai mare ,iar aburii comprimati provoaca miscare . La motoarele cu piston aburii se dilata intr-un cilindru ,impingand un piston.La turbinele cu aburi, aburii care se dilata actioneza rotoare. In ambele cazuri , aburii pird energie termica.

Masinile cu aburi si turbinele sunt exemple de motoare cu arde-re externa ,deoarece caldura se aplica in afara sectorului de lucru ,de obicei prin combustie-arderea combustibililor . Aburii sunt create in fierbatoare prin arderea petrolului sau a

carbunilor. In centralele nucleare caldura este produsa prin reactii nucleare. 2. Motoare electrice Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie ,generatoarele si motoarele electrice au o utilizare foarte larga - de la motoare pentru burghie si pana la locomotive. Electricitatea exista de la crearea materiei ,intrucat materia este formata din atomi, care contin particule incarcate electric, numite protoni si

electroni .Vechii greci stiau ca frecand o bucata de chihlimbar cu o bucata de panza ,aceasta va atrage obiecte usoare,dar nu aveau o explicatie a acestui fenomen.De fapt ,frecarea genereaza electricitate. Materialele neincarcate electric au un numar egal de electroni, incarcati negativ, si de protoni ,incarcati pozitiv , care se neutralizeaza reciproc

Insa prin frecarea a doua materiale ,se produce un transfer de electroni de la unul la altul , dezechilibrand incarcarea lor electrica . Cel care primeste electroni se incarca negativ , iar cel care pierde electroni se incarca pozitiv .Motorul cu megavolti Unul dintre generatoarele prin inductie des folosite este cel inventat in anul 1931 de Van de Graaff . O curea confectionala dintr-un material izolant transmite energia unei sfere metalice , care ajunge in cele din urma la cateva milioane de volti.Generatorul electric de tip Van de Graaff este utilizat pentru a testa materiale izolante care trebuie sa

reziste la tensiuni mari . De asemenea , acest tip de generator este utilizat in cercetarea nucleara ,tensiunea inalta fiind folosita pentru accelerarea vitezei particulelor de subatomi. Cu toate ca generatoarele prin frecare si inductie genereaza

o tensiune foarte inalta , ele nu pot genera curent continuu . Aceasta nevoie a fost satisfacuta doar la sfarsitul anilor 1790 , cand omul de stiinta italian Alessandro Volta a inventat prima baterie , inventie care a condus la utilizarea electricitatii pentru iluminat la sfarsitul secolului XIX. Chiar daca bateria este o sursa convenabila de electricitate utilizata in multiple scopuri , ea se uzeaza si trebuie fie inlocuita , fie schimbata .Asadar , bateria nu este o sursa potrivita pentru a genera curent electric unei intregi comunitati. Experientele de la inceputul secolului al XIX-lea au dus la dezvoltarea generatoarelor moderne. Curentul continuu este un curent electric care

circula intotdeauna in aceeasi directie dinspre o baterie sau orice alta sursa . Daca se conecteaza o baterie la la bobina unui motor electric simplu , aceas - ta se comporta ca un magnet, avand la un capat polul nord si la celalalt polul sud .

Intrucat polii opusi se atrag , polul nord al bobinei este atras de polul sud al magnetului permanent , iar polul sud al bobinei este atras de polul nord al magnetului permanent . Aceste forte de atractie produc rotirea bobinei . Totusi , un schimbator automat numit comutator schimba directia de circulatie a curentului electric prin bobina Cumutatorul unui motor de curent continuu simplu este alcatuit dintr-un inel de cupru taiat in doua si instalat pe un material izolator , pe axa de rotatie .Capetele bobinei sunt conectate la cele doua capete ale inelului .Curentul electric circula prin intermediul

unei perechi de carbuni numiti perii , conectati la partile opuse ale cumutatorului . Rotatia axului face ca fiecare din perii sa fie conectata pe rand la polii bobinei . Motoare cu curent alternativ Curentul alternativ isi schimba de regula directia de 50 sau 60 de ori pe secunda . Unele motoare care functioneaza cu curent alternativ au un rotor alimentat cu curent prin intermediul unui cumutator , la fel ca si in cazul motoarelor cu curent continuu . Insa la majoritatea motoarelor cu curent alternativ , rotorul nu este conectat ,motorul functionand in acest caz pe baza unui principiu numit inductie.

Curentul alternativ care circula prin fluxurile statorului produc un camp magnetic , ca si cel produs de rotirea unui magnet permanent . Acest camp mobil produce un camp in fluxurile rotorului ,magnetizandu-l . Astfel , el se roteste , din cauza

respingerii polilor sai de actre campul magnetic care il inconjoara . Rotorul poate fi prelucrat din bare de cupru sau de aluminiu , conectate la capete la doua inele metalice . Ansamblul rotorului seamana cu o cusca , motiv pentru care acestui tip de motor i se mai spune si motor-cusca de veverita. Motoare sincrone La motoarele prin inductie ,

rotorul se misca mai incet decat campul magnetic care il inconjoara . La motoarele sincrone , rotorul se misca in acelasi timp cu campul magnetic care il inconjoara . Un motor sincron simplu este constituit dintr-unul sau mai multi magneti permanenti , polii acestora fiind atrasi de polii opusi ai campului magnetic inconjurator , astfel incat se rotesc cu aceeasi viteza . La unele motoare , rotorul nu este un magnet permanent , ci un electromagnet , dar principiul de functionare este acelasi . Un alt tip de motor sincron foloseste flucturatiile de curent alternativ pentru a produce un camp magnetic care

determina rotirea unei roti zimtate. Acesta este principiul de functionare a unor ceasuri electrice. Majoritatea motoarelor electrice genereaza miscare circulara. Unele au insa spirele stativului liniare ,producand un camp magnetic liniar , care

va atrage materiale conductoare . Acest tip de motor se numeste motor prin inductie liniara si este utilizat pentru a pune in miscare usi glisante , benzi pentru bandaje la aeroporturi , precum si la conducerea unor trenuri de mare viteza . 3.

Motoare cu benzia motorul cu benzina a revolutionat transportul la inceputul anilor 1900 . Pe sosele , vehiculele cu aburi si gaze au cedat locul celor cu benzina . In aer , pana la aparitia motorului cu reactie doar motoarele cu benzina

asiguraau energia necesara zborului . Motoarele cu benzina , asemenea motoarelor DIESEL si celor de rachete , sunt motoare cu ardere interna . Combustibilul arde in

interiorul acestora pentru a asigura energia de miscare . La un altfel de motor , vaporii de benzina sunt amestecati cu aer si aprinsi de o scanteie . Amestecul de benzina si aer arde atat de repede incat explodeaza si gazele produse se dilata

rapid . Aceasta dilatare impinge un piston printr-un cilindru , iar miscarea pistonului roteste un ax pentru producerea miscarii de rotatie . La motoarele mari actioneaza mai multe pistoane si mai multi cilindri in succesiune rapida ,pentru a

produce o forta de torsiune mai uniforma . La motoarele cu benzina rotative , care nu au cilindri , gazele actioneaza direct un rotor . Motoare in doi timpi Cel mai simplu motor cu benzina cu cilindri , folosit la unele masini mici si la

multe motociclete , este motorul in doi timpi. Pentru fiecare piston ciclul de operare are doua faze . Intai pistonul urca in cilindru pentru a comprima un amestec de combustibil si aer in spatiul de deasupra sa . In acelasi timp , o noua incarcatura de amestec este aspirata pe sub piston . O scanteie produsa de o tensiune inalta ,aprinde amestecul comprimat , si gazele care explodeaza imping pistonul in josul cilindrului . Noul amestec impinge gazele arse in afara printr-un canal de evacuare , si el insusi comprimat cand pistonul urca din nou . Cand se afla sus , pistonul blocheaza canalul de evacuare , astfel gazele dilatate nu pot iesi . Acest canal se deschide cand pistonul ajunge jos . Pozitia

pistonului controleaza, de asemenea , canalul de admitere a amestecului de combustibil si aer si canal deversor.

Miscarea de sus - jos a pistonului roteste un ax numit arbore cotit cu manivela . De arborele cotit este asezat un volant greu , care continua sa se roteasca dupa ce pistonul a ajuns in pozitia cea mai joasa . Astfel , volantul transforma exploziile de energie provocate de coborarea pistonului , intr-o miscare continua relativ uniforma ,si impinge pistonul inapoi in sensul cilindrului in a doua parte a fiecarui ciclu . Motoarele in doi timpi sunt relativ ieftine , dar sunt ineficiente in transformarea combustibilului in energie de miscare . Din acest motiv , majoritatea motoarelor mai mari

functioneaza pe ciclul mai eficient in patru timpi . Motoare in patru timpi La un motor in patru timpi exista patru faze in operarea fiecarui piston . La prima miscare in jos , numita cursa de admisiune, amestecul de combustibil si aer

este aspirat deasupra pistonului . Apoi pistonul se misca in sus , comprimand amestecul , aceasta a doua faza fiind numita timp de compresiune. Amestecul comprimat explodeaza datorita unei scantei , impingand pistonul in jos in cea

dea treia faza , numita cursa utila sau activa. Apoi pistonul urca din nou , de data aceasta expulzand gazele arse . Dupa aceasta a patra faza , numita timp de evacuare , procesul se repeta . Desi motorul in patru timpi este mai eficient decat cel in doi timpi , doar in jur de a treia parte din energia combustibilului este transformata in energie utila de miscare

. Restul se pierde . Problema principala se datoreaza miscarii oscilante (de `dute-vino`) a pistoanelor . Fiecare piston , osciland de mai multe mii de ori pe minut ,consuma o parte din energia asigurata de combustibil .

2.Elemente constructive

Ca orice masina elctrica,masina de curent continuu are doua parti constructive de baya:statorul si rotorul.

Statorul-partea imobila a masinii,are de regula rol de inductor si este compus din:

Carcasa

Poli principali(de excitatie)

Poli auxiliari(de comutatie)

Piese de strangere

Carcasa 1 repreznta pricipalul element de rezistenta mecanica al masinii.Deoarece fluxul magnetic statoric este constant in timp,carcasa s jugul statoric se realizeaza de obicei dintr+o singura piesa,un cilindru din fonta sau otel turnat,mai rar sin tabla groasa de otel sudata.Deoarece prin carcasa se inchide fluxul magnetic inductor trebuie confectionata din materiale cu propietati magnetice bune.In interiorul carcasei sunt fixati prin suruburi polii principali(2) si polii auxiliari(3) ai masinii.Carcasa se fixeaya in fundatie cu ajutorul talpilor de prindere iar lateral este inchisa de scuturile frontale.

Polii principali de excitatie ai masinii se compun dintr-un miez feromagnetic(fig3.2) confectionat din tole de 0,5-1 mm grosime fixate in pachete compacte,stranse cu ajutorul unor nituri.Pe mieyul polar se monteaza bobinele de excitatie care se sprijina pe piesele polare.Piesa polara are sectiunea marita,ceea ce contribuie la omogenizarea campului magnetic produs in intrefier si totodata asigura fixarea bobinei de excitatie

Bobinele de excitatie se realizeaza concentrat,dintr-un conductor de cupru izolat,de sectiune circulara la masini de putere mica si dreptunghiulara la masini de puteri mici si medii.Bobinlele de excitatie se iyoleaya fata de mieyul polilor si se impregneaza cu materiale speciale.Bobinele de excitatie se interconecteaza astfel incat sa asigure alternanta corespunzatoare a polilor de excitatie.Ansamblu lor formeaza infasurarea inductoare statorica,legata la o pereche de borne din cutia de borne a masinii si alimentata cu tensiune de la o sursa exterioara sau chiar de la masina.

Fig.3.2

Polii auxiliari(fig3.3.) sunt construitti dintr-un miey de fier masiv(uneori si din tole) si au de regula o forma paralepipedica.Acesti poli au o sectiune mai mica decat a polilor principali si sunt dispusi la mijlocul distantei dintre polii principali.Infasursrile lor de excitatie se conecteaza de obicei in serie cu infasurarea indusa.

Fig.3.3

Rotorul are rol de indus si este format din urmatoarele elemente principale.

Miez feromagnetic

Arbore(ax)

Infasurarea indusa

Colector

Miezul rotoric este confectionat din material feromagnetic moale si pentru limitarea pierderilor prin curenti turbinari se realizeaza din tole de otel(fig3.4.)electrotehnic de 0,5-1 mm grosime,izolate intre ele cu un strat foarte subtire de lac sau oxid.Tolele se stanteaza separat,se grupeaza in pachete de 4-10 cm grosime si se fixeaza prin presarea pe arbore.Pentru a da pachetelor rigiditate mecanica necesara tolele extreme sunt de grosime mai mare.Intre pachete se lasa spatii libere care formeaza canale radiale de ventilatie.In acelasi timp se pot prevedea si canalec axiale obtinute prin stantarea tolelor.

Fig.3.5.Tola indusului masinii de curent continuu

Colectorul masinii(7)are rolul de redresare a t.e.m alternative induse in sectiile rotorului in miscare.Extremitatile sectiilor se conecteaza la colector.Colectorul este format dintr-o coroana de placute de cupru de sectiune usor trapezoidala,numite lamele,izolate una de cealalta printr-un strat de micabanda.Exista doua tipuri principale de colectoare,dupa forma lamelei:

In coada de randunica(fig.3.6)

In forma de H(fig.3.7)

Colectoarele in H sunt mai simple si mai ieftine,dar la masini mari de tractiune se prefera colectoarele in coada de randunica,acestea permitand strangeri succesive in exploatare.

Legatura circuitului indus al rotorului,care este mobil,cu circuitul exterior fix se face cu ajutorul periilor 8 care calca pe colector si sunt sustinute in portperii 9.Acestea sunt montate pe un suport numit cruce portperii 10,care permite rotirea lor si blocarea intr-o anumita pozitie.Crucea portperii se monteaza de obicei pe scutul port palier 11 dinspre colector.Celalalt scut port+palier 12 dinspre capatul de ax si rulmenttii 13 asigura centrarea indusului in stator si realizarea unui intrefier uniform.Conexiunile sunt scoase pe placa de borne 14.

Fig.3.6.Colector in coada de randunica

Fig.3.7.Colector in forma de H

3.Regimurile de functionare ale masinii de curent continuu

Regimul de generator se obtine cand rotorul masinii in curent continuu si se creaza in interiorul msinii campul magnetic inductor.

In regim de motor masina este excitata spre a produce un camp magnetic,iar infasurarea rotorica este alimentata din exterior cu o tensiune continua,inversata in tensiune alternativa de colector,rezultand in fiecare spira rotorica un curent alternativ.Din interactiunea curentului prin fiecare spira si a campului magnetic de excitatie,reyulta o forta electromagnetica care actioneaza asupra tuturor laturilor si prin insumare rezulta un cuplu electromagnetic care pune rotorul in miscare.In regim de motor cuplul electromagnetic este activ si t.e.m. in rotor are semn opus curentului rotoric,deci are semn opus tensiunii aplicate rotorului numindu-se tensiune contraelectromotoare.

In regim de frana masina primeste atat putere mecanica cat si putere elctrica,transformandu-le in caldura si dezvoltand totodata la arbore un cuplu electromagneticrezistent necesar franarii mecanismului sau instalatiei antrenate.

Principiul de functionare al generatorului de curent continuu

Pentru a explica functionarea motorului de curent continuu si pentru a pune in evidenta reversibilitatea masinii de curent continuu vom relua figura explicativa a functionarii masinii de curent continuu in regim de generator. Sa inlocuim sarcina (rezistenta/consumatorul) alimentata de generator cu o sursa de curent continuu avand polul + conectat la polul + al generatorului. Sursa va debita prin spira rotorica un curent electric avand sens opus curentului pe care il debita masina in regim de generator. Pe figura am indicat sensul acestui curent prin niste sageti-bloc. Asupra laturii spirei aflata sub polul nord va actiona o forta electromagnetica:

F' = B I_a' l

avand sensul indicat in figura, iar asupra laturii aflata sub polul sud va actiona o forta egala si de sens contrar. B este inductia campului magnetic, l este lungimea laturii spirei aflata in camp magnetic iar I_a' este curentul din spira rotorica. Ca urmare asupra spirei va actiona un cuplu electromagnetic:

M' = F' d = B ( l d ) I_a'= B S I_a' = Ф I_a'

care va roti spira in sensul de rotatie pe care il avea masina in regim de generator.

In practica motoarele de curent continuu au in rotor o infasurare de curent continuu cu mai multe spire astfel ca in expresia cuplului electromagnetic mai intervine numarul de spire si alti coeficienti ce depind de constructia masinii:

M' = k_M Ф I_a'

Se remarca si de aceasta data rolul de redresor mecanic al colectorului (inel format din doua segmente aici) astfel ca totdeauna sensul curentului prin spira/spirele de sub polul nord va fi acelasi, deci si sensul de actiune al cuplului electromagnetic este acelasi. S-au notat cu indicele "prim" marimile corespunzatoare regimului de "motor" al masinii de curent continuu. In regim de motor sensul curentului rotoric I_a' este opus fata de sensul curentului I_a debitat de generatorul de curent continuu.

Trebuie mentionat fapul ca in spira ce se roteste in campul magnetic produs de infasurarea de excitatie de pe stator se va induce si in acest caz o tensiune electromotoare a carei expresie este aceeasi ca la generator, iar sensul ei este de asemenea acelasi cu cel de la generator, deci invers sensului curentului absorbit de motor:

E = BSω/= B S Ω / = Ф ( 2 n / 60 ) / = k_E n Ф

Deoarece valoarea acestei tensiuni electromotoare a masinii de curent continuu este mai mica decat valoarea tensiunii de alimentare masina va absorbi un curent electric si va functiona in regim de motor electric. Coeficientul constructiv k_E este in practica mai complex datorita constructiei efective a masinii; rotorul are o infasurare de constructie speciala conectata la lamelele unui colector pe care aluneca niste perii colectoare prin intermediul carora se alimenteaza cu curent continuu infasurarea rotorica numita si in acest caz indusul motorului de curent continuu.

Campul magnetic inductor este produs de bobine situate pe polii statorici ai motorului; acestea constituie infasurarea de excitatie a motorului de curent continuu. Alimentarea infasurarii de excitatie a motorului de curent continuu se poate face in mai multe feluri:

• de la o sursa de curent continuu separata; motor cu excitatie separata,
• de la bornele motorului, infasurarea de excitatie fiind conectata in paralel cu infasurarea principala (indusul, infasurarea rotorica); motor cu excitatie derivatie,
• de la bornele motorului, infasurarea de excitatie fiind conectata in serie cu infasurarea principala (indusul, infasurarea rotorica); motor cu excitatie serie,
• de la bornele motorului, infasurarea de excitatie avand doua portiuni, una conectata in paralel cu infasurarea principala (indusul, infasurarea rotorica) iar celalta conectata in serie cu indusul; motor cu excitatie mixta.

Schemele de conexiuni ale infasurarii de excitatie sunt aceleasi ca la generatorul de curent continuu.

Caracteristicile motoarelor de curent continuu

Schema electrica echivalenta a unui motor de curent continuu este ca aceea prezentata in figura de mai jos.

In aceasta schema R_a reprezinta rezistenta infasurarii rotorice ( a indusului ) a motorului de curent continuu, U este tensiunea de alimentare a motorului iar I_a' este curentul absorbit de motor (curentul principal din indusul motorului ). E reprezinta tensiunea electromotoare indusa in infasurarea rotorica, aceasta are sens opus curentului rotoric.

Ex este infasurarea de excitatie a motorului alimentata cu tensiunea U_e iar I_e este curentul absorbit de infasurarea de excitatie.

Scriind teorema a II-a a lui Kirchhoff pentru circuitul indusului avem:

-E = R_a I_a' - U

de unde:    I_a' =

La pornire, cand turatia motorului este nula, tensiunea electromotoare E indusa in infasurarea rotorica este nula si, ca urmare, curentul absorbit de motor este foarte mare, el poate fi de 620 de ori mai mare decat curentul nominal. Prin urmare este necesara reducerea acestuia cu ajutorul unui reostat de pornire inseriat cu circuitul rotoric. Curentul de pornire al motorului va fi:

Valoarea turatiei motorului de curent continuu se poate exprima astfel:

Aceasta expresie ne arata care sunt factorii ce influenteaza turatia motorului de curent continuu.

5.Motorul de curent continuu cu excitatie in derivatie sau separata

Motorul de curent continuu cu excitatie in derivatie sau separata are o caracteristica mecanica    n(M') rigida deoarece fluxul magnetic de excitatie Ф este constant (tensiunea U_e este constanta). Aceste motoare se folosesc in actionari electrice unde turatia este practic constanta independent de sarcina (cuplul M'). Regalarea turatiei la aceste motoare se poate face prin modificarea tensiunii U de alimentare sau prin modificarea curentului de excitatie (deci a fluxului de excitatie Ф). Din expresia turatiei n se observa ca la o eventuala functionare in gol a motorului, cand M' = 0, daca fluxul de excitatie Ф scade turatia motorului poate creste foarte mult.

Se prezinta in figura de mai jos caracteristica mecanica a motorului de curent continuu cu excitatie derivatie sau separata (cazul a) precum si caracteristicile mecanice la modificarea tensiunii (cazul b) si la modificarea curenului de excitatie (cazul c).

Se observa ca turatia se poate modifica in limite largi prin modificarea tensiunii de alimentare (cazul b) dar este necesara o sursa de curent continuu cu tensiune reglabila.

Prin modificarea curentului de excitatie turatia se modifica, dar nu in limite prea largi. Se folosesc in practica actionarilor electrice sisteme cs combina cele doua principii de modificare ale turatiei.

6.Motorul de curent continuu cu excitatie serie

Motorul de curent continuu cu excitatie serie are o caracteristica mecanica de forma celei prezentate in figura de mai jos. Caracteristica mecanica are o forma de variatie supla, favorabila sistemelor de tractiune electrica. Astfel, se observa ca la o crestere accidentala a cuplului rezistent, cand intervine inerent o micsorare a turatiei motorului (cand masina urca o panta, de exemplu) cuplul dezvoltat de motor creste pana ce va egala cuplul mecanic rezistent. Aceasta caracteristica este extrem de utila la masinile de ridicat sau la masinile de extractie. Este important de mentionat faptul ca motorul cu excitatie serie nu poate functiona in gol , adica fara sa antreneze mecanic un utilaj care sa aiba un cuplu nrezistent. Daca valoarea cuplului scade foarte mult turatia motorului creste la valori foarte mari, indmisibile. De aceea pentru a limita turatia motorului la o valoare n_max este necesar ca valoarea cuplului sa nu scada sub o valoare minma M_min.

Turatia motorului cu excitatie serie se poate regla prin modificarea tensiunii de alimentare sau prin modificarea curentului de excitatie.

7.Motorul de curent continuu cu excitatie mixta

Motorul de curent continuu cu excitatie mixta are doua infasurari de excitatie: una conectata in derivatie (paralel) si alta conectata in serie. De regula infasurarea serie este cuplata magnetic aditional rezultand astfel caracteristici mecanice de forma intermediara intre cele ale motorului derivatie si serie. Asemenea motoare se folosesc in tractiunea electrica, de exemplu la troleibuse. La aceste motoare se poate modifica usor turatia prin reglarea curentului de excitatie.

8.MASURAREA REZISTENTELOR CU PUNTI DE CURENT CONTINUU

1 Scopul lucrarii:

Se va studia schema si componenta diferitelor punti de curent continuu existente. Se vor efectua masuratori de rezistente in domeniul 10^-5W W si se va determina eroarea si sensibilitatea pentru puntile respective.

2 Desfasurarea lucrarii:

Panoul frontal al unei punti Wheatstone-Thompson tip RWT4 4,05:

Pe panoul frontal din figura sunt o serie de borne si locasuri pentru fise cu urmatoarele roluri:

Borne pentru rezistenta de masurat Rx, acre poate fi cuadripolara sau bipolara. In cazul masurarii unor rezistente bipolare bornele se scurtcircuiteaza doua cate doua.

Locasuri pentru alegerea modului de lucru cu puntea: - pentru puntea Thompson fisa se introduce in locasul Wh iar pentru puntea Thompson fisa se afla in locasul Th.

Locasuri pentru alegerea raportului a/b cu care se lucreaza in cazul puntii Wheatstone.

Butoane de pornire, respectiv de reglare a sensibilitatii puntii. Prima data se apasa Brut si se efectueaza reglaje, iar cand indicatorul de nul este aproape de zero se apasa Fin si se efectueaza reglajul final.

Locasuri pentru alegerea raportului in cazul de lucru cu puntea Thompson. Cele doua fise se introduc in locasuri cu acelasi marcaj. In cazul lucrului cu puntea Wheatstone fisele se vor pune in locasele marcate cu Wh.

Borne pentru legarea galvanometrului.

Borne pentru legarea sursei de alimentare a puntii, respectand polaritatile. Puntea Wheatstone se alimenteaza cu 4,5-5V, iar puntea Thompson 2-2,5V.

Butoane pentru reglajul lui R respectiv R1, R2, pentru a obtine indicatia nula, in care caz valoarea se va citi inmultind valoarea reglata cu indicatiile corespunzatoare.

Indiferent de puntea folosita raporturile se aleg astfel ca la reglaj sa se foloseasca toate decadele rezistentei R respectiv Re, caz in care puntea are precizie maxima.

Panoul frontal al unei punti Kelvin de tip TMT2:

B - buton pentru scurtcircuitarea de protectie a instrumentului de nul IN, se tine apasat in timpul reglajului;

P1 - buton pentru alegerea tensiunii de alimentare U=Z sau U=0,1Z unde Z este tensiunea sursei;

P2 - stabileste valoarea raportului;

P3 - reglaj fin.

Caracteristici de utilizare:

Tabel cu rezultatele masuratorilor cu puntea Wheatstone:

Pentru cazul echilibrarii perfecte a a2=0 si R1=R2=R; . Apoi se face o dezechilibrare fortata spre dreapta cu a1R1 si una spre stanga cu a2R2.

R=Ri;    Rx=R^|x; ; ; unde S este sensibilitatea puntii; unde e_rc este eroarea constructiva iar e_rd eroarea relativa de determinare pentru situatia cu interpolare; .

Tabel cu rezultatele masuratorilor cu puntea Thompson:

a/b=1; a=b; rezistenta necunoscuta

Se    face o dezechilibrare fortata spre dreapta cu a1R1 si una spre stanga cu a2R2.

Rezistenta interpolara , , , , .

Eroarea absoluta .

Valoarea probabila a rezistentei masurate va fi situata in domeniul calculat cu formula: .

9.Motorul sincron

I.1. Definitie si elemente constructive de baza

Masina de curent alternativ la care turatia motorului este egala cu cea a campului invartitor, indiferent de sarcina, se numeste masina sincrona.

Armatura inductorului masinii este formata dintr-o succesiune de poli "N" si "S", realizati din electromagneti excitati in c.c. sau prin magneti permanenti. In general, inductorul este rotor si numai la masini mici, din motive de spatiu, poate fi stator, masina fiind considerata in acest caz de conductie inversa.

Inductorul poate fi cu poli aparenti si bobine concentrate asezate pe acestia sau cu poli plini, cand infasurarea de excitatie este repartizata in crestaturi. Infasurarea de excitatii are capetele legate la doua inele de pe arbore pe care calca periile care fac legatura cu sursa exterioara de c.c. Motoarele sincrone mai au armatura inductoare o infasurare de tip colivie, numita "infasurare de amortizare" , utilizata la pornirea motoarelor. Circuitul magnetic al inductorului se poate realiza si din piese masive de otel, deoarece fluxul fiind produs de c.c. nu variaza in timp si nu produc pierderi.

Armatura indusului este formata din pachete de tole si in crestaturile ei se gaseste o infasurare trifazica conectata in stea. Gama larga de puteri, ca si locul de utilizare, a condus la numeroase forme constructive al caror elemente, in afara celor precizate mai sus, pot diferi de la un tip la altul.

Astfel elementele specifice ale motorului sincron sunt:

circuitul magnetic statoric;

carcasa;

infasurarea indusa;

scuturile;

placile de strangerea pachetelor de tole stator;

butucul armaturii rotorice;

poli inductori;

infasurarea excitatiei;

excitatoarele;

ventilatorul.

I.2. Semne conventionale

Pentru motoarele sincrone exista o serie de semne conventionale dupa cum urmeaza:

a)     infasurarile indusului sunt notate cu "U", "V", "W"

b)     infasurarea de excitatie se noteaza cu "F"

I.3. Domenii de utilizare a motoarelor sincrone

Masinile (motoarele) sincrone pot functiona in regim de generator, de motor si intr-un regim de compensator de putere reactiva (compensator sincron).

Generatoarele sincrone (alternatoarele), constituie surse de curent alternativ de frecventa industriala din centralele electrice. Tendinta este ca ele sa se realizeze cu puteri cat mai mari pe unitate, pentru abtinerea de randamente mari si consumuri specifice mici de materiale.

Generatoarele sincrone mari cu poli inecati, antrenate de turbine cu abur sau gaze la turatii de 3000 rot/min. sau mai rar de 1500rot/min. se numesc "turbogeneratoare", iar cele cu turatii mici, cu poli aparenti, antrenate de turbine hidraulice se numesc "hidrogeneratoare".

Motoarele sincrone se folosesc la puteri de 100KW, in locul motoarelor asincrone, pentru functionarea la un factor de putere dorit sau chiar pentru compensarea factorului de putere al retelelor. Ca motoare mai mici se utilizeaza acolo unde se impune o turatie sincrona.

Compensatoarele sincrone sunt motoare sincrone care functioneaza in gol si debiteaza putere reactiva in retelele la care sunt conectate pentru a le imbunatati factorul de putere.

Bibliografie:

https://ro.wikipedia.org/

https://www.scritube.com