Elemente constructive de bază ale maşinii de curent

continuu. Marcarea bornelor şi mărimile nominale

1. Scopul lucrării

- Studiul elementelor componente ale maşinii de c.c.; - Identificarea şi notarea bornelor înfăşurărilor; - Notarea şi interpretarea datelor nominale. 2. ConsideraŃii teoretice

Elementele constructive de bază

Ca orice maşină electrică rotativă, maşina de curent continuu se compune dintr-un inductor şi un indus, între care există un spaŃiu de aer numit întrefier. Întotdeauna la maşinile de curent continuu inductorul este fix, constituind statorul maşinii, iar indusul este mobil, constituind rotorul.

Elementele constructive de bază ale maşinii de c.c. pot

fi identificate în secŃiunile din figurile 1.a. şi b. a) Inductorul – reprezintă partea maşinii în care se produce fluxul inductor (principal, de excitaŃie). El se compune în principal din: - carcasă (1) - poli principali (de excitaŃie) (2) - poli auxiliari (de comutaŃie) (3) - piese de strângere.

Carcasa – este un cilindru din oŃel turnat sau sudat, în interiorul căruia sunt fixaŃi prin şuruburi polii principali şi polii auxiliari ai maşinii.

Figura 1.a. SecŃiune longitudinală printr-o maşină de curent continuu.

Figura 1.b. SecŃiune transversală printr-o maşină de curent continuu.

Carcasa constituie jugul inductorului, prin ea închizându-se fluxul principal, de unde rezultă necesitatea construirii din materiale cu proprietăŃi magnetice bune.

Polii principali - se compun dintr-un miez feromagnetic executat de obicei din tole de oŃel , de grosime între 1-2 mm, strânse cu ajutorul unor nituri ale căror capete, găurite conic, se răsfrâng cu ajutorul unor dornuri, la presiunea tolelor. Pe miezul polar se montează bobinele de excitaŃie, întregul pol se strânge în interiorul carcasei cu ajutorul unor şuruburi.

Bobinele de excitaŃie se confecŃionează din conductoare de cupru izolate, legarea între ele poate fi făcută în serie sau în paralel, respectând regula ca fluxul magnetic să fie dirijat la un pol dinspre inductor spre rotor (pol nord), iar la polul următor în sens invers (pol sud).

Polii auxiliari - sunt construiŃi dintr-un miez de fier masiv (uneori şi din tole) şi au de regulă o formă paralelipipedică. Bobina polului este executată din bară de cupru îndoită pe cant. Cum în general miezul polar nu are piese (coarne) polare, pentru sprijinirea bobinei se sudează sau se prind cu şuruburi în partea inferioară (spre întrefier) două sau mai multe bride. Polii auxiliari se strâng pe carcasă cu buloane, poziŃionându-se absolut la mijlocul distanŃei dintre polii principali (în axa neutră). Conexiunile bobinelor polilor auxiliari sunt astfel executate încât polaritatea să alterneze.

b) Indusul – este sediul propriu-zis al procesului de

transformare a energiei, fiind compus din: - miezul feromagnetic (4) - axă (5) - înfăşurarea indusă (6) - colector (7).

Miezul feromagnetic - se realizează din tole de oŃel electrotehnic. Tolele se împachetează direct pe ax sau pe un

butuc. În lungimi ale inductorului peste 30 cm se prevăd canale radiale de răcire; aproape întotdeauna şi din jugul indusului se execută canale axiale de răcire.

Pentru a se reduce la minimum variaŃiile permeanŃei circuitului magnetic la micile deplasări axiale ale indusului în timpul funcŃionării maşinii, lungimea indusului depăşeşte lungimea polului cu 2…5 mm, de fiecare capăt al maşinii.

Înfăşurarea indusă - se execută din sârmă rotundă sau din bare de cupru. În ambele cazuri înfăşurarea constă din secŃiuni, care se confecŃionează pe şablon, se izolează, cu mica bandă, se micanizează la cald şi apoi se introduc în crestăturile indusului, capetele secŃiunilor legându-se de lamelele colectorului. PărŃile frontale ale înfăşurării (capetele de bobină) se izolează cu microbandă sau benzi din Ńesătură de sticlă şi se asigură contra forŃei centrifuge prin bandaje din sârmă de oŃel rezistent la rupere sau prin fibre poliesterice şi sticlă care polimerizează la cald. În figurile 2 şi 3 se dau două scheme de bobinaj.

Colectorul - este un redresor rotativ, solidar cu indusul, format dintr-un număr de lamele cu profil trapezoidal executate din cupru tare tras la rece, eventual cupru cu argint. Lamelele sunt izolate între ele cât şi faŃă de butucul colectorului cu micanită. Există două tipuri principale de colectoare, după forma lamelei: - în coadă de rândunică - în formă de H.

Legătura circuitului indus al rotorului, care este mobil, cu circuitul exterior fix se face cu ajutorul periilor (8) care calcă pe colector, fiind susŃinute în portperii (9). Acestea sunt montate pe un suport numit cruce portperii (10), care permite rotirea lor şi blocarea într-o anumită poziŃie.

Crucea portperii se montează de obicei pe scutul portpalier (11) dinspre colector. Celălalt scut portpalier (12) dinspre capătul de ax şi rulmenŃii (13) asigură centrarea

indusului în stator şi realizarea unui întrefier uniform. Conexiunile sunt scoase la o placă de borne (14).

Figura 2.a. Reprezentarea desfăşurată pentru o înfăşurare buclată cu z=16; 2p=4, Y1=t.

Figura 2.b. Căile de curent pentru o înfăşurare buclată cu z=16; 2p=4, Y1=t.

Figura 2.c. PoziŃia în câmpul inductor a secŃiunilor unei căi de curent pentru o înfăşurare buclată cu z=16; 2p=4, Y1=t.

Figura 3.a. Reprezentarea desfăşurată pentru o înfăşurare ondulată cu z=17; 2p=4, 2a=2, Y1<t.

Figura 3.b. Căile de curent pentru o înfăşurare ondulată.

cu z=17; 2p=4, 2a=2, Y1<t.

Figura 3.c. PoziŃia în câmpul inductor a secŃiunilor unei căi de curent pentru o înfăşurare ondulată cu z=17; 2p=4, 2a=2, Y1<t.

Principiul de funcŃionare al maşinii se poate sintetiza astfel: - în regim de generator: înfăşurarea de excitaŃie este alimentată cu tensiune continuă, rotorul este antrenat în câmpul magnetic inductor, ca urmare în înfăşurarea rotorică se induce t.e.m. alternativă care este redresată prin intermediul sistemului colector-perii. - în regim de motor: înfăşurările sunt alimentate de la sursa de tensiune continuă, ca urmare înfăşurările sunt parcurse de curenŃi care produc câmpurile magnetice (inductor, indus), iau naştere forŃe (cupluri) electromagnetice care antrenează rotorul.

Există maşini (magnetoelectrice) la care câmpul magnetic inductor este produs de magneŃi permanenŃi (lipseşte înfăşurarea de excitaŃie).

Marcarea bornelor

În conformitate cu STAS-urile, bornele înfăşurărilor maşinilor de c.c. se notează cu următoarele litere de bază: A - înfăşurarea indusului; B - înfăşurarea polilor auxiliari; C - înfăşurarea de compensaŃie; D - înfăşurarea de excitaŃie serie; E - înfăşurarea de excitaŃie derivaŃie; F - înfăşurarea de excitaŃie separată.

Începuturile înfăşurărilor se specifică prin litera de bază urmată de cifra 1, iar sfârşiturile prin litera de bază urmată de cifra 2. (ex A1 – A2). Se vor lua în discuŃie numai maşinile care au o singură înfăşurare de acelaşi fel.

În general, înserierea între înfăşurarea indusului, înfăşurarea polilor auxiliari şi înfăşurarea de compensaŃie se face în interiorul maşinii. La placa de borne se scot numai capetele terminale ale acestui grup de înfăşurări înseriate, figura 4), capetele acestui grup scoase la placa de borne se notează cu B1 şi B2. În figura 5 este prezentată schema electrică şi notarea bornelor înfăşurărilor unei maşini de c.c. cu excitaŃie mixtă.

Figura 4. Notarea bornelor la o maşină de c.c. cu excitaŃie separată (derivaŃie) fãră înfăşurare de compensaŃie.

Există maşini de c.c. cu destinaŃie specială, care au numai înfăşurare de excitaŃie serie (motoare de tracŃiune), sau care au înfăşurări pentru toate tipurile de excitaŃie (generatoare pentru locomotive Diesel-electrice).

Determinarea bornelor perechi se poate face cu ajutorul unui ohmmetru, a unui megohmmetru (inductor) sau a unei lămpi de control. Stabilirea apartenenŃei perechilor de borne la aceeaşi înfăşurare se face prin măsurarea rezistenŃei dintre bornele perechi.

Figura 5. Notarea bornelor la o maşină de c.c. cu excitaŃie mixtă. Având în vedere că tensiunea pentru excitaŃia separată

(derivaŃie) este de (0,7….0,9) UN, curentul de excitaŃie (0,01…0,035)IN, iar căderea de tensiune pe înfăşurările înseriate din maşină este de (0,05…0,012)UN, rezultă că rezistenŃa înfăşurării de excitaŃie separată (derivaŃie) este de sute de ori mai mare decât rezistenŃa înfăşurării de excitaŃie serie şi a grupului de înfăşurări înseriate. Astfel se trage concluzia că perechea de borne, între care se obŃine valoarea (finită) cea mai mare a rezistenŃei, aparŃine înfăşurării de excitaŃie separată (derivaŃie).

Pentru determinarea bornelor înfăşurării indusului, sau mai bine spus a capetelor terminale de la grupul de înfăşurări înseriate şi ale înfăşurării de excitaŃie serie se procedează astfel: se leagă pe rând ohmmetrul la bornele perechi ce nu aparŃin înfăşurării de excitaŃie separată (derivaŃie) şi în acelaşi timp se roteşte uşor indusul maşinii. Bornele la care indicaŃia aparatului rămâne constantă la învârtirea rotorului, aparŃin înfăşurării de excitaŃie serie, iar bornele la care indicaŃia aparatului oscilează aparŃin înfăşurării indusului.

ObservaŃii: a) Când se cunosc valorile rezistenŃei înfăşurărilor, identificarea acestora se face prin simpla măsurare a rezistenŃelor şi compararea cu valorile cunoscute. b) Se atrage atenŃia că, în cazul măsurării rezistenŃei înfăşurării indusului cu periile aplicate pe colector, se pot obŃine abateri importante de la valoarea reală a acesteia, ceea ce însă nu deranjează scopul propus în lucrare.

Ordinea de notare a bornelor rotorice se stabileşte

arbitrar. Ordinea de notare a bornelor statorice se stabileşte în

modul următor: se alimentează indusul de la o sursă c.c. exterioară, borna pozitivă a sursei conectându-se la borna indusului notată cu 1, borna negativă la cea notată cu 2. Indusul fiind astfel alimentat, se consideră pe rând fiecare înfăşurare statorică de sine stătătoare de la o altă sursă de c.c. exterioară, astfel încât să rezulte sensul de rotaŃie orar (observatorul fiind plasat în faŃa capătului liber pe arbore sau în partea opusă colectorului dacă există două capete libere). Bornele înfăşurărilor statice legate la borna pozitivă a celei de a doua sursă de c.c. se notează cu 1, iar perechea lor cu 2. Mărimile nominale sunt de două categorii: - mărimi nominale impuse (de bază): tensiunea (V), puterea utilă (kW), turaŃia (rot/min) - mărimi nominale derivate: curentul (A), cuplul (Nm) etc.

Sunt inscripŃionate alături de alte date privind maşina (tip clasă de izolaŃie, grad de protecŃie, etc.) pe plăcuŃa indicatoare sau pe carcasa maşinii. 3. Partea experimentală

3.1. Recunoaşterea elementelor componente ale unei maşini de c.c. reprezentarea schemei de bobinaj a înfăşurării rotorice.

3.2. Studiul înfăşurărilor rotorice executate în varianta desfăşurată şi trasarea schemelor de bobinaj al acestora. 3.3. Identificarea înfăşurărilor şi marcarea bornelor pentru înfăşurările din componenŃa a două maşini de c.c. 3.4. Consemnarea datelor nominale pentru două maşini şi discutarea semnificaŃiei acestora.