MCC Principiul de Fuctionare+Caracteristici

8/2/2019 MCC Principiul de Fuctionare+Caracteristici

1/26

MAINA DE CURENT CONTINUU

Cuprins

ANEXE

ARGUMENT

Mainile electrice sunt utilizate n toate sferele de activitate ale omului.

Ele formeaz, practice, toate sursele de energie electric i elementele de acionare n

vederea efecturii unui lucru mecanic de ctre mecanisme si instalaii.

n vastul proces de conversie (transformare) a energiei, un loc nsemnat l ocup

conversia electromecanic care se realizeaz cu ajutorul mainilor electrice. Astfel,

maina care face conversia energiei mecanice n energie electric se numete generator

electric, iar cea care face conversia energiei electrice n energie mecanic,

motor electric. Maina electric care, cu intervenia energiei mecanice, modific

parametrii unei transmisiuni de energie electrica (tensiune, curent, frecventa etc.) se

numete convertizor electric. Cnd maina electric primete att energie electric, ct

i energie mecanic i le transform n cldur, prin efectul Joule, ea are rol de frn.

Maina electric de curent continuu i gsete utilizri n aproape toate domeniile

de activitate n care se gsete curentul electric (laminoare, maini unelte , maini de

extracie minier, electrocare, tramvaie, troleibuze metrou, generatoare de ncrcare a

bateriilor i a acumulatoarelor, generatoare de sudur, surse pentru instalaii de foraj etc.

Mainile de curent continuu fiind prezente n aproape toate domeniile de

activitate, au devenit indispensabile i au creat o gam foarte diversificat de produse,

1


2/26


ele fiind uor de montat, i prezentnd caliti ridicate cum ar fii c au diferite sisteme

de acionare electric la turaia variabil n limite largi, cuplu mare de pornire etc.

Lucrarea de fa i propune s prezinte Maina de curent continuu conform

tematicii primite. Pentru realizarea ei am studiat materiale bibliografice indicate, dar i

alte lucrri tiinifice cum ar fi: cri i reviste de specialitate i STAS - uri. n acest fel

am corelat cunotinele teoretice i practice dobndite n timpul colii cu cele ntlnite n

documentaia tehnic de specialitate parcurs n perioada de elaborare a atestatului

profesional.

Lucrarea este structurat n trei capitole. n primul capitol sunt prezentate noiuni

generale i de ordin constructiv ale mainilor de curent continuu. Capitolul doi prezint

principiul i regimurile de funcionare ale mainilor de curent continuu, precum i

caracteristicile de funcionare ale acestora. n capitolul trei sunt prezentate pierderile i

randamentul mainii de curent continuu.

2


3/26


I. NOIUNI GENERALE I DE ORDIN CONSTRUCTIV

Maina electric la care schimbul principal de energie cu o reea se face n curentcontinuu se numete main de curent continuu.

La orice main de c.c. i de construcie normal inductorul este reprezentat destator, excitaia realizndu-se n curent continuu. Organul colector este de tip comutatorcu lamele. Statorul mainii de c.c. prezint poli apareni n timp ce rotorul cilindrului are

poli plini.Statorul se compune (fig. 1.) din carcasa -1, polii principali -2, polii auxiliari (de

comutaie) 3, nfurrile de excitaie - 4 i de comutaie - 5.

Fig. 1.

Carcasa se execut din tabl de oel ndoit i sudat, n cazul mainilor mici i dinoel sau font turnat, la puteri mai mari. Partea din carcas prin care se nchide fluxulmagnetic se numete jug statoric.

De carcas sunt fixai, prin buloane, polii principali prin care se realizeaz cmpul

inductor (de excitaie) i polii de comutaie, plasai n axele neutre ale mainii (la

3


4/26


mainile de putere mic, aceti poli pot s lipseasc). Polii principali i cei de comutaiese execut din oel masiv sau din tole, n care caz pachetul de tole este asamblat prinnituire.

nfurarea de excitaie i cea de comutaie se realizeaz din srm sau bare dincupru izolate, bobinele care formeaz nfurarea fiind izolate i fa de poli.

Rotorul se compune din arborele 6, miezul rotoric executat din tole 7, nfurarearotorului plasat n crestturile rotorice i comutatorul 8. n multe cazuri, pe arbore estefixat i un ventilator.

Comutatorul este un corp cilindric, format dintr-un numr de lamele decomutator 9 (fig. 2.), izolate ntre ele cu straturi de mic sau micanit de 0,5~0,7mmgrosime i consolidate n butucul comutatorului 10. ntreg ansamblul comutatorului,reprezentat simplificat n figura 2.b, este izolat fa de butuc i de inelul de strngere 11(fig. 2.a) prin cilindri i conuri de micanit.

nfurarea rotoric este cuplat galvanic cu comutatorul prin intermediul

steguleelor 12. Periile care calc pe lamelele comutatorului i prin care se realizeazlegtura ntre nfurare i circuite exterioare sunt fixate n aa numitul colier al port-periilor, fixat de scut sau de carcasa mainii.

Fig. 2.

II. PRINCIPIUL DEFUNCIONARE

II.1. Funcionarea mainiide c.c. n regim degenerator

Principiul defuncionare al generatoruluide c.c. se bazeaz pe fenomenul de inducie electromagnetic. Curentul continuu ce

trece prin nfurarea statorului (de exitaie) creaz un cmp un cmp magneticinductor fix i constant n timp. Rotorul fiind antrenat de un motor, conductoarelenfurrii rotoeului vor intersecta liniile de cmp magnetic statoric i dedi va apare ot.e.m. care ns va fi alternativ. Datorit colectorului, care joac rol de redresormecanic, t.e.m. alternativ indus n nfurarea rotorului este transformat ntr-o t.e.m.continu.

S considerm cazul cel mai simplu, cnd generatorul de c.c. are numai doi polimagnetici i c pe rotor exist o singur arip, capetele fiind legate la dou lamele decolector (doi semicilindri metalici) pe care calc periile P1 i P2 (fig. 3.).

4


5/26


Fig. 3

S notm cu , viteza unghiular constant a rotorului i cu v, viteza liniar cucare se deplaseaz cele dou conductoare AB i CD, de lungime l. Expresia inducieicmpului magnetic ntr-un punct din ntrefier este: sinmBB = n care Bm este

valoarea maxim a induciei, n dreptul axei poluluiu nord, iareste unghiul prin carese defineste punctul considerat fa de axa neutr, considerat ca ax de referin (s-aaproximat distribuia spaial a induciei cmpului magnetic n ntrefier ca fiindsinusoidal, n realitate ns nu este aa, curba )(B fiind de forma reprezentat n fig.4).

Liniile de cmp magnetic n ntrefier fiind radiale i vectorul induciei cmpuluimagnetic fiind perpendicular pe vectorul vitezei liniare de deplasare a conductorului,relaia t.e.m. indus ntr-un conductor se va scrie sub forma:

Blve =

sau: sinlvBe m=Dac la t=0 axa neutr se afl n planul spirei, avem t= i deci:

tlvBem

= sin

T.e.m. la capetele spirei va fi:tlvBe

m= sin2

Cnd latura AB a spirei se afl deasupra axei neutre se obine alternanapozitiv a sinusoidei, iar cnd se afl sub axa neutr, rezult alternana negativ. ncircuitul exterior ns, variaia curentului va fi aceeai, forma de variaie fiind dublu

pulsativ (fig. 4), tensiunea de la bornele mainii (de la periile P1P2) fiind de asemeneadublu pulsativ.

Fig. 4

5


6/26


S considerm acum c nfurarea rotoric are dou spire cele patru conductoarefiind aduse la patru lamele de colector (fig. 5.).

Fig. 5

Tensiunile electromotoare, care apar ntre spirele 1-2 i 3-4 sunt date de relaiile: tlvBe m = sin212 i

)2

sin(2

= tlvBem

Variaia acestor t.e.m. precum i variaia tensiunii de la bornele generatorului (de laperii) este dat n fig. 6. Se observ c datorit redresrii variaia t.e.m. de la borna epconine patru pulsuri (t.e.m. ep conine o component continu E0 i o component

alternativ cu patru pulsuri).

Fig. 6

Dac numrul crestturilor din rotor, deci i al lamelelor colectoare este mare,componenta alternativ a t.e.m. de la bornele generatorului se va micora i practic va fi

6


7/26


neglijabil (la 20 lamele de colector componenta alternativ este mai mic de 1% din E0,iar pentru 36 lamele este mai mic de 2%).

Considernd valoarea medie a induciei cmpului magnetic Bmed, dat de relaia:SB

med/= , unde reprezint fluxul magnetic corespunztor unui pol i S aria

cilindrului generat de un conductor ntr-o rotaie complet obinem:

SlvlvBE medS /22 == Dac maina are 2p poli magnetici, fluxul magnetic total este p2 , iar t.e.m. indus

ntr-o spir va fi de 2p ori mai mare.T.e.m. de la arborele generatorului fiind egal cu suma tensiunilor electromotoare

induse n conductoarele unei ci de curent, numrul total de conductoare fiind N, ntr-ocale de curent vom avea N/2 Conductoare sau N/4 spire i deci vom avea relaia:

SlvN

a

pe

a

NpE

S

== 2

2420

ns dlS = i 60/dnv = , unde n reprezint numrul de rot/min cu care serotete rotorul i deci:

dl

dnNl

a

pE

=

600

sau nkNna

pE =

=

600

Constanta k depinde numai de parametrii constructivi p, a i n ai mainii.Dac generatorul de c.c. funcioneaz i furnizeaz energie electric unui receptor

cuplat la bornele generatorului, atunci puterea electric produs va fi:r

IEP 0=unde Ir reprezint intensitatea curentului ce trece prin nfurarea rotorului.

Puterea mecanic primit la arborele mainii se transform n putere electric i decise poate scrie:

rMIEMP 0==

n care M reprezint momentul cuplului motor care antreneaz rotorul generatorului.tiind c 60/2 n= , rezult:

rmrr IKIN

n

p

n

IEM === 2602

0

Constanta Km depinde numai de parametrii constructivi ai generatorului i deci la ocretere a curentului furnizat de generator trebuie s corespund o cretere a cupluluimotor.

Dac maina de c.c. funcioneaz n sarcin, prin nfurarea rotorului circul uncurent care va produce un cmp magnetic indus, numit cmp de reacie.

n funcionarea mainii cmpul de reacie se suprapune peste cmpul inductor iinflueneaz funcionarea mainii n sensul c se produce o micorare a cmpului

magnetic rezultant. La mainile de putere mare reacia indusului se anuleaz cu ajutorul

7


8/26


unei nfurri speciale numit nfurare de compensaie. Aceast nfurare esteformat din conductoare aezate n crestturi, practicate n piesele polare a polilormagnetici i este legat n serie cu nfurarea rotorului, astfel nct curentul care ostrbate este acelai cu curentul rotoric. Legturile sunt astfel fcute, nct cmpulmagnetic produs de nfurarea de compensaie s fie egal i opus cmpului indus. n

felul acesta cmpul magnetic de reacie este anulat.Prin nvrtirea rotorului mainii de c.c. o parte din seciile nfurrii sale suntscurtcircuitate prin periile care calc pe colector, n anumite momente. n momentulscurtcircuitrii lor ncepe trecerea, sau comutarea seciilor dintr-o cale de curent n altcale, trecere acre este nsoit de schimbarea sensului curentului n secia comutat.Totalitatea fenomenelor care apar la comutarea seciilor nfurrii rotorului constituieceea ce se numete procesul de comutaie.

Procesul de comutaie are o importan deosebit n funcionarea mainilor de c.c.,deoarece scnteierea duntoare care are loc la periile de pe colector este produs n

majoritatea cazurilor din cauza unei desfurrii necorecte a acestui proces.mbuntirea procesul de comutare se realizeaz fie prin decalarea periilor care calcpe colector, fie prin utilizarea polilor magnetici auxiliari, intercalai ntre polii principalii ai cror nfurri se leag n serie cu nfurarea rotorului.

II.2. Caracteristicile generatorului de c.c.

Funcionarea unui generator de c.c. este caracterizat de o serie de mrimi cumsunt: tensiunea de la bornele generatorului U, t.e.m. E, curentul din circuitul exterior I,curentul de excitaie Ie i viteza de rotaie a rotorului n. Aceste mrimi nu suntindependente unele de altele. Dependena a dou mrimi, celelalte rmnnd constante,formeaz caracteristicile generatorului de c.c.

Principalele caracteristici sunt:- caracteristica de mers n gol;- caracteristica de mers n sarcin;- caracteristica de reglaj.

ntruct c.c. necesar nfurrii de excitaie poate fi luat de la o surs de c.c.independent, sau chiar de la bornele generatorului respectiv, putem avea:

- generator de c.c. cu excitaie independent i

- generator de c.c. cu autoexcitaie.Generatorele de c.c. cu autoexcitaie pot fi: cu excitaie n serie, dac nfurarea

rotorului este n serie cu nfurarea de excitaie; cu excitaia n derivaie, dacnfurarea rotorului este n paralel cu nfurarea de excitaie i cu excitaia mixt, dacexist pe polii magnetici doun nfurri de excitaie, care se leag una n serie i unan paralel cu nfurarea rotorului. n fig. 7 se reprezint schema electric a fiecrui tipde generator de c.c.: a) cu excitaie independent; b) cu excitaie n serie; c) cu excitaien derivaie; d) cu excitaie mixt.

8


9/26


Fig. 7

Procesul de autoexcitare sau de amorsare a generatoarelor de c.c. se desfoarastfel: datorit magnetismului remanent a polilor magnetici, n nfurarea rotorului seinduce o t.e.m. de mic valoare. nfurarea de excitaie fiind legat de nfurarearotorului, cnd cnd circuitul este nchis ea este strbtut de un curent slab, care ns vaintensifica cmpul magnetic inductor dat de magnetismul remanent (dac sensul acestuicurent este n aa fel nct produce un cmp magnetic de acelai sens cu cel remanent).Creterea cmpului magnetic inductor va duce la o cretere a t.e.m. induse, care la

rndul ei va provoca o cretere a curentului de excitaie. Acest proces este cumulativpn cnd se stabilete un curent de excitaie corespunztor rezistenei ohmice anfurrii de excitaie.

- Caracteristicile generatorului de c.c. cu excitaie independent

Caracteristica de mers n gol reprezint curba ( )eIE , atunci cnd I=0 i n=const.n schema electric reprezentat n fig. 8 ntreruptorul K trebuie s fie deschis i fcndo variaie a curentului de excitaie Ie, variind rezistena reostatului de excitaie Rex,variaz t.e.m. E de la bornele generatorului. Relaia de legtur ntre E i I e este dat deecuaia tensiunilor , fluxul magnetic fiind n funcie de curentul de excitaie.

Fig. 8Caracteristica ( )eIE are forma curbei de magnetizare a substanei feromagnetice din

care este confecionat circuitul magnetic al statorului i este reprezentat n fig. 6.3.1.2.Se observ c la Ie=0, E=E0,aceast t.e.m. Eo fiind datorit magnetismului remanent al

polilor magnetici. Curentul de excitaie nu este indicat s fie mai mare dect valoareaIeo, corespunztor punctului A de pe curb, ntruct t.e.m. atinge o valoare maximcorespunztoare saturrii circuitului magnetic.

9


10/26


Caracteristica de mers n sarcin sau caracteristica extern reprezint curba ( )IU pentru Ie=const. i n=const. Ea se traseaz nchiznd ntreruptorul K din schemareprezentat n fig. 8 i variind rezistena reostatului de sarcin Rs. Practic curba ( )IU se traseaz prin puncte, n funcie de indicaiile aparatelor de msur (Ie trebuie srmn constant, de asemeni i vitezele de rotaie a rotorului).

Curba ( )IU este reprezentat n fig. 9.

Fig. 9.

Relaia care ne d legtura ntre U i I este: rIEU = , n care r este rezistenaohmic a nfurrii rotorului. Se observ c forma caracteristicii externe estecobortoare, aceasta din cauza cderii de tensiune rI i din cauza micorrii t.e.m. E lafuncionarea n sarcin (datorit reaciei indusului). Notnd cu nU cderea detensiune de la funcionarea n sarcin nominal, aceasta n procente va fi:

100100

n

no

n

n

U

UE

U

U =

i are valoarea ( 1510 )% din tensiunea nominal.

Caracteristica de reglaj reprezint curba ( )IIe pentru U=const. i n=const. Ea aratcu ct trebuie s varieze Ie atunci cnd variaz curentul debitat, pentru ca tensiunea de la

bornele generatorului s rmn constant (egal cu cea nominal). Forma curbei estereprezentat n fig. 10. Trasarea caracteristicii se poate face fie experimental, fie graficdin celelalte dou caracteristici.

Fig. 10

10


11/26


- Caracteristicile generatorului de c.c. cu excitaie n derivaie

Caracteristica de mers n gol ( )eIE se traseaz experimental fcnd schemareprezentat n fig. 10, ntreruptorul K fiind deschis. Curentul de excitaie Ie este dat de

relaia:

eex

errR

EI

++=

n care: re este rezistena ahmic a nfurrii de excitaie; r rezistena ohmic anfurrii rotorului. Curba ( )eIE reprezentat grafic, are aceeai form ca icaracteristica la mers n gol a generatorului de c.c. cu excitaie independentreprezentat n fig. 8, cu deosebirea c n cazul generatorului cu excitaie n derivaie I 0este produs de t.e.m. E care apare n nfurarea rotorului i dei creterea acestei t.e.m.

(amorsarea generatorului) are loc datorit curentului Ie, aa cum se observ din fig. 11.

Fig. 10

Fig. 11

T.e.m. E0, datorit magnetismului remanent, determin apariia curentului deexcitaie Ie1, iar acesta determin o cretere a curentului de excitaie pn la valoarea Ie2care duce la o nou cretere a t.e.m. pn la valoarea E2, corespunztoare punctului P2 iaa mai departe, pn se ajunge n punctul A, corespunztor interseciei curbei ( )eIE

cu dreapta )( 00 exRrrIE ++= . Acest punct poate sau nu s corespund saturrii

11


12/26


circuitului magnetic, n funcie de valoarea rezistenei reostatului de excitaie. De obicei,pentru Rex=0, punctul A corespunde saturrii circuitului magnetic.

S-a specificat anterior c amorsarea generatorului are loc numai dac sensulcurentului de excitaie este n aa fel nct produce un cmp magnetic de acelai sens cucel dat de magnetismul remanent. Practic acesta se constat la nchiderea circuitului de

excitaie i anume, dac indicaia voltmetrului crete, atunci sensul curentului I0 estebun, n caz contrar se ntrerupe circuitul de excitaie i se inverseaz legturile lanfurareade excitaie.

O alt condiie care trebuie ndeplinit, pentru amorsarea generatorului, este icea referitoare la nclinarea dreptei a: dac Rex este prea mare dreapta b nu intersecteazcurba de magnetizare i t.e.m. E nu crete, ci rmne la valoarea E 0. Exist deci oanumit valoare critic a rezistenei reostatului de excitaie Re cr, pentru care dreapta aeste tangent la curba de magnetizare (corespunde cu poriunea liniar a caracteristiciide mers n gol). Dac Rex


13/26


rezistenei Rs, curentul debitat n loc s creasc, el scade, deoarece micorarea tensiuniide la borne este mai mare dect micorarea rezistenei de sarcin (pe poriunea decaracteristic trasat cu linie ntrerupt). Pentru Rs=0 va corespunde o valoare Isc numitscurtcircuit, care este mai mic dect In. ntr-adevr, scurtcircuitarea perfect a bornelorgeneratorului de c.c. cu excitaia derivaie nu este periculoas, deoarece Isc


14/26


Datorit variaiei mari a tensiunii de la borne n funcie de sarcin, generatorul dec.c. cu excitaia n serie nu se utilizeaz n practic.

- Caracteristicile generatorului de c.c. cu excitaie mixt

Schema principal de funcionare este reprezentat n fig. 15

Fig. 15

De obicei, nfurarea de excitaie serie S, produce t.m.m., la funcionarea sarcinnormal, de cca (25-30)% din t.m.m. produs de nfurarea de excitaie derivaie D.nfurarea de excitaie serie se poate lega aditiv cnd fluxul magnetic S , dat de

excitaia serie este n acelai sens cu D , dat de excitaia derivaie, sau diferenial, cndS este de sens contrar cu D .

Caracteristica de mers n gol se traseaz cu ntreruptorul K deschis. nfurareade excitaie serie nefiind strbtut de curent, aceast caracteristic este identic cu ageneratorului cu excitaie n derivaie.

Caracteristica de mers n sarcin poate fi diferit, dup cum nfurarea deexcitaie serie este legat aditiv sau diferenial. Dac excitaia serie este legat aditiv icalculat astfel nct aciunea sa s compenseze cderea de tensiune n generator,meninndu-se aproape constant tensiunea de la bornele generatorului, caracteristicaapare ca cea din fig. 16, curba a. n cazul cnd excitaia serie este legat diferenial,cderea de tensiune la bornele generatorului crete mult, odat cu creterea curentuluide sarcin i n acest caz caracteristica are alura curbei b (fig. 16).

Fig. 16

Uneori situaia se prezint astfel nct tensiunea la bornele generatorului crete,

odat cu creterea curentului debitat (curba c din fig. 16). Caracteristicile

14


15/26


corespunztoare curbelor b i c sunt ntlnite la generatoarele utilizate la sudarea cu arcelectric, iar curba a n cazul utilizrilor generatoarelor la distribuia energiei electrice.

II.3. Funcionarea mainii de c.c. n regim de motor

Principiul de funcionare al motorului de c.c. se bazeaz pe interaciunea dintrecmpul magnetic produs de curentul de excitaie i curentul continuu ce trece prinnfurarea rotorului. Datorit acestei interaciuni apar forele electromagnetice care

produc un cuplu motor, sensul de nvrtire al rotorului fiind dat de sensul forelor (fig.17).

Fig. 17

Dac cuplul motor este mai mare dect cuplul static total la arborele motorului,atunci rotorul se pune n micare de rotaie uniform accelerat pn n momentul cndmomentul cuplului motor este egalat de momentul cuplului rezistent de la arborele

mainii (cuplul de frecri n palierele proprii plus cuplul rezistent al utilajului antrenat);dup aceea micarea de rotaie devine uniform.Schema electric de principiu a motorului de c.c. cu excitaie n derivaie este

reprezentat n fig. 282. aplicnd teorema I-a a lui Kirchhoff se poate scrie:I = Ie + IrDac se schimb polaritatea de la reea se va schimba att sensul curentului prin

nfurarea de excitaie, ct i sensul curentului prin nfurarea rotorului, aa nctsensul de nvrtire al rotorului nu se va schimba.

Desigur c, n timpul nvrtirii, n conductoarele nfurrii motorului se vor inducet.e.m., la fel ca n cazul generatorului de c.c., cu deosebirea c n cazul motorului aceste

15


16/26


t.e.m. sunt de sens contrar curentului rotoric i deci sunt tensiuni contraelectromotoare(t.c.e.m.).

U E = r Irn care: U este tensiunea reelei,

E t.c.e.m.Desigur c, la pornire, E=0 i deci curentul rotoric Ir va avea valoarea

Irp, dat de relaia:

r

UI

rp=

Se tie c rezistena ohmic a nfurrii rotorului are o valoare mic i deci Irp vacpta o valoare foarte mare (uneori de 10 15 ori mai mare dect curentul nominalabsorbit de la reea). Pentru a limita acest curent, n sensul de a nu distruge nfurarearotorului, n serie cu aceasta se leag un reostat de pornire, a crui valoare se calculeazcu relaia:

rI

U

Rrp

p =

dedus din relaiar

UI

rp= , inndu-se seama c Rp este n serie cu r i c Irp trebuie

limitat la ( ) nI25,1 . Din fig. 17 se observ c nfurarea de excitaie este legat npermanen la tensiunea U a reelei. La pornire reostatul Rp trebuie pus la valoareamaxim, iar dup ce rotorul ncepe s se nvrteasc, Rp se micoreaz treptat pn lascurtcircuitare.

II.4. Turaia i momentul cuplului motor

Pentru a determina viteza de rotaie a motorului de c.c., se nlocuiete t.c.e.m. E n

rIrEU += i se obine:

rrInN

a

pU =

60.

Rezult 60

= NrIU

p

an

r

rot/min

Se observ, deci, c turaia motorului este proporional cu tensiunea de la reea iinvers proporional cu fluxul magnetic produs de curentul de excitaie.

Cuplul motorului de c.c. se deduce pornind de la bilanul puterilor, care se poateobine dac multiplicm relaia

rIrEU += cu Ir.

Rezult 2rr rIEIU rI+=unde: U Ir reprezint puterea electric primit de la motor, de la reea,

16


17/26


r Ir puterea electric, care se transform n putere termic datorit efectului Joule- Lenz, constituind o pierdere de putere;

E Ir puterea electric ce se transform n putere mecanic.Se poate scrie deci, == MIEP r ,

unde M este momentul cuplului dezvoltat de motor (cuplul util de la arbore, plus cel

datorit pierderilor mecanice prin frecri).nlocuind n expresia == MIEP r , mrimile E i prin relaiile

cunoscute, se obine:

60

2

60

nMInN

a

Pr

=

sau:rnr

IkINa

PM =

=

2

S-a obinut aceeai expresie ca i la generatorul de c.c., cu deosebirea c la motor

cuplul este activ, pe cnd la generator cuplul este rezistent.Dac motorul funcioneaz n gol, cuplul util la arbore Mu este nul, iar cuplul motor

va echilibra numai cuplul rezistent datorit frecrii n paliere, frecrii periilor pecolector, frecrii ntre prile n rotaie cu aerul i pierderilor prin cureni turbionari ihisterezis. Dac se noteaz cu Mo momentul cuplului motor la mers n gol, cuplul util vafi dat de relaia:

ouMMM =

II.5. Caracteristicile motorului de c.c.

Motorul de c.c., ca i generatoarele de c.c., pot fi cu excitaia independent sau cuexcitaia n derivaie, n serie sau mixt. Caracteristicile motoarelor de c.c. reprezintdependena a dou mrimi, care caracterizeaz funcionarea motorului, atunci cndcelelalte mrimi rmn constante. n paragrafele urmtoare se analizeaz funcionareafiecrui tip de motor n parte.

- Caracteristicile motorului de c.c. cu excitaia n derivaie i cu excitaiaindependent

Mrimile care pot varia n timpul funcionrii unui motor de c.c. sunt: U, I, I e i n.Dependena turaiei de curentul de excitaie, cnd U=const. i cuplul rezistent Mr=0,reprezint caracteristica vitezei de rotaie la mers n gol. Curba n(Ie)este reprezentat n

fig. 18. Din relaia 60

=N

rIU

p

an r se observ c turaia variaz invers proporional

cu fluxul magnetic, care fiind dat de curantul de excitaie este proporional cu acesta,atta timp ct circuitul magnetic este nesaturat i deci rezult o variaie dip o curb

hiperbolic. Caracteristica se traseaz pornind de la valoarea zero a reostatului de

17


18/26


excitaie Rex, introdus n circuit (fig. 19), deci de la o valoare minim a turaiei. PentruIe=0 exist pericolul de ambalare a motorului, adic turaia rotorului poate s ating ovaloare cu mult mai mare dect cea admisibil, care poate duce la distrugerea motorului.Din aceast cauz n circuitul nfurrii de excitaie nu trebuie s se introduc nici unntreruptor i nici siguran.

Fig. 18

Fig. 19

Dependena turaiei de curent absorbit de la reea, cnd U=const. i Ie=const.reprezint caracteristica vitezei de rotaie la mers n sarcin. Aceast caracteristic n(I)este reprezentat n fig. 20.

Fig. 20

18


19/26


La funcionarea n sarcin Rp este scos din circuit i deci micarea turaiei odat cucreterea curentului absorbit de la reea se datoreaz termenului rIr, din relaia

60

=N

rIU

p

an r . Variaia turaiei de la funcionarea n gol pn la funcionarea n

sarcin nominal este dat de expresia:

%100n

no

nn

nn

n

n =

.

Aceast variaie relativ nu este mare i anume: 52 %. Dac n circuitul rotoricse introduce o anumit valoare din rezistena reostatului de pornire, termenul (r + Rp)Irse va mri i evident, micorarea turaiei va fi cu att mai mare, cu ct Rp va fi maimare.

Variaia turaiei n funcie de momentul cuplului motor reprezint caracteristica

mecanic natural. Pentru trasarea caracteristicii se menine constant curentul deexcitaie i tensiunea de la reea. Curba n(M) este reprezentat n fig. 21 i are aceeaiform ca i caracteristica n(I), reprezentat n fig. 20

Fig. 21

Din relaiile 60

=N

rIU

p

an r i

rnrIkIN

a

PM =

=

2rezult:

2606060

=

=

=

meem

r

kk

rM

k

U

k

M

pN

ar

N

U

p

a

N

rI

p

a

N

U

p

an

Deoarece toate mrimile sunt constante atunci cnd M variaz, turaia se vamicora odat cu creterea cuplului motor, ns r fiind de valoare mic, aceastmicorare a turaiei va fi de mic importan. Se spune c, caracteristica mecanic esterigid.

n concluzie, motoarele cu excitaie n derivaie sau cu excitaia independent, auurmtoarele proprieti mai importante:

- vitez aproximativ constant, la variaiile de sarcin;- uoar variaie de vitez prin variaia curentului de excitaie (prin reglarea reostatului de

excitaie).

19


20/26


Datorit acestor proprieti, utilizarea motoarelor de c.c. cu excitaia n derivaie(sau independent) este foarte des ntlnit, n special atunci cnd utilajul antrenatnecesit un reglaj de turaie. Alimentarea motoarelor de c.c. necesit, ns, instalaiispeciale de redresare a curentului alternativ, (grupuri convertizoare, redresoare), ceea ceduce la o sporire a preului de cost a instalaiei generale. Din acest motiv motoarele de

c.c. sunt folosite n prezent numai la instalaiile cu caracter specil, n care avantajeletehnice aduc economii care depesc costul sporit al instalaiilor.

- Caracteristicile motorului de c.c. cu excitaia n serie

Schema electric este dat n fig. 22. Modificarea curentului de excitaie se face cuajutorul reostatului de excitaie Rex, legat n paralel cu nfurarea de excitaie. Pentru oanumit poziie a reostatului de excitaie curentul Ie va fi proporional cu I, conformrelaiei:

exe

exe

RrRII+=

i deci fluxul magnetic va fi proporional cu I.

Fig. 22

Principalele caracteristici ale motorului de c.c. cu excitaie n serie sunt:Caracteristica turaiei la mersul n sarcin, n(I) pentru U=const., este reprezentat n

fig. 23.

Fig. 23

20


21/26


Din relaia 60

=N

rIU

p

an r se observ c turaia fiind invers proporional cu

fluxul magnetic, iar acesta fiind proporional cu fluxul magnetic, iar acesta fiindproporional cu Ie, respectiv cu I, rezult c variaia turaiei va fi hiperbolic. ntructturaia crete foarte mult la valori mici ale curentului absorbit de la reea, deci la sarcinimici, motorul nu trebuie s funcioneze n gol sau cu sarcini mici. Din aceast cauz, lamotoarele de puteri mari se prevd dispozitive speciale, acionate de fora centrifug, cu

posibilitatea de a face s ntrerup alimentarea cu energie electric de la reea. Pentrusarcini mari fluxul magnetic atinge saturaia magnetic i deci turaia motorului nu se vamicora sub o anumit valoare limit ni.

Se observ deci, c motoarele de c.c. cu excitaia n serie, alimentate la tensiuneconstant, au o vitez foarte variabil cu sarcina, ceea ce convine foarte bine n uneleutilizri practice (ca de exemplu, n traciunea electric, la mainile de extracie etc.).

Caracteristica cuplului motor, n funcie de curentul absorbit de la reea, reprezint

variaia M(I) pentru U=const. curba M(I) este reprezentat n fig. 24.

Fig. 24

Pentru sarcini mici, fluxul magnetic fiind proporional cu I, momentul cupluluimotor va fi proporional cu I2 i deci poriunea 0-a din caracteristica M(I) are o variaie

parabolic. Atunci cnd se va atinge saturaia polilor magnetici, fluxul magneticrmnnd constant, momentul cuplului magnetic va avea o variaie liniar (poriunea b-c din fig. 24). Poriunea a-b din caracteristica M(I) reprezint o racordare ntre celelaltedou poriuni din caracteristic, care intervine la apariia saturaiei polilor magnetici.

Caracteristica mecanic n(M), pentru U=const. este reprezentat n fig. 25.

Fig. 25

21


22/26


Din relaiile 60

=

N

rIU

p

an r ,

rnrIkIN

a

PM =

=

2i nlocuind fluxul

magnetic , care este proporional cu I, rezult:

lelee

r

eKK

rIKK

UK

rIK

Un ==

ns22 IKIKKIKM

lmm=== i deci:

lekk

r

M

UKn = '

Forma de variaie a curbelor n(M) i n(I) este aproximativ aceeai.Rezult din cele specificate mai sus, c motoarele de curent continuu cu excitaia n

serie au un cuplu mare la pornire i deci pot porni sub sarcin. Aceast proprietate,precum i cea referitoare la variaia turaiei cu sarcina, a determinat folosirea acestormotoare n traciunea electric (la acionarea trenurilor, tramvaielor, electrocareloretc.)ct i la instalaiile electrice de ridicare (macarale, ascensoare etc.). De remarcateste faptul c puterea mecanic cedat la arborele mecanismului antrenat este practicconstant, indiferent de valoarea cuplului rezistent, din cauza variaiei hiperbolice avitezei de rotaie n raport cu cuplul rezistent ( .2 constMP == ).

- Caracteristicile motorului de c.c. cu excitaie mixt

Schema electric de funcionare este dat n fig. 26.

Fig. 26

nfurarea de excitaie serie se poate lega fie aditiv, fie diferenial. n cazulmotorului de c.c. cu excitaie mixt, aditiv, relaia turaiei va fi:

22


23/26


( )60

sd

sr

N

IrrIU

p

an

+

= ,

iar pentru cel diferenial:( )

60sd

sr

N

IrrIU

p

an

= , unde d este fluxul magnetic dat

de excitaia derivaie, iar s este fluxul magnetic dat de excitaia serie.Caracteristica turaiei la mers n gol n(Ie) pentru U=const. i Mu=0 este aproximativ

aceeai ca i la motorul de curent continuu cu excitaia n derivaie, ntruct cderile detensiune rIr i rsI sunt de mic valoare, iar s este ( )3025 % din d , la funcionarean sarcin nominal (la funcionarea n gol sd ).

Caracteristica turaiei la mers n sarcin va fi mai pronunat cztoare la motorul cuexcitaie mixt aditiv dect la motorul cu excitaie derivaie, ntruct intervine n pluscderea de tensiune rsI ( sd + rmne constant deoarece se atinge saturaia polilormagnetici). La motoarele difereniale micorarea turaiei dat de cderile de tensiune rIri rsI este compensat de creterea turaiei dat de reducerea fluxului sd ( screte odat cu creterea sarcinii) i deci, n final se obine o turaie aproximativconstant, la variaiile de sarcin.

Datorit acestor proprieti, motoarele de c.c. cu excitaie mixt, difereniale, suntutilizate la antrenarea mecanismelor care necesit o turaie ct mai puin variabil cusarcina. n prezent aceste motoare sunt folosite din ce n ce mai rar, deoarece existmijloace mai perfecionate de a menine o vitez riguros constant, la variaiile de

sarcin (se folosesc fie motoare sincrone, fie sisteme automate de meninere a vitezeiriguros constant la motoarele cu excitaie independent sau cu excitaia n derivaie).

III. PIERDERILE I RANDAMENTUL MAINII DE C.C.

La funcionarea mainii de c.c. n regim de generator sau de motor, are loc otransformare de energie mecanic n energie electric sau invers, transformare care estensoit de o serie de pierderi. Aceste pierderi se mpart n: pierderi electrice, pierderimagnetice i pierderi mecanice.

Pierderile electrice au loc datorit efectului termic al curentului electric i deci sevor produce n nfurarea rotorului i n nfurrile de excitaie. Pentru o main cuexcitaia n derivaie (sau independent), pierderile de putere vor fi:

2

reelrIUIP +=

Pentru o main cu excitaia n serie, vom avea:22

rIIrPesel+=

i pentru o main cu o excitaie mixt:222

reesel rIIrIrP ++=

23


24/26


Pierderile magnetice apar datorit fenomenului de histerezis i curenilorFoucault, numai n rotorul mainii de c.c.;n polii magnetici i carcas nu au loc aceste

pierderi, ntruct cmpul magnetic este constant n timp. Pentru micorarea acestorpierderi, rotorul se confecioneaz din tole de oel electrotehnic, cu un anumit procentde siliciu i izolate ntre ele.

Pierderile mecanice sunt datorate frecrilor de paliere, frecrilor perilor pecolector i frecrilor prilor rotative cu aerul, inclusiv pierderile datorate ventilatoruluide rcire. Aceste pierderi depind numai de viteza de rotaie a mainii i sunt

proporionale cu aceast vitez.Randamentul mainilor de c.c. se determin din raportul dintre puterea util P2 i

puterea absorbit P1, ntre aceste puteri existnd relaia:

= PPP 12 ,unde,

mecFePPPP

el

++=n cazul generatoarelor de c.c., ntruct UIP =2 ,randamentul se scrie sub forma:

+=

PUI

IUG

'

n cazul motorului de c.c. UIP =1 i deci:

UI

PUIm

= ,

Curba de variaie ( )I este dat n fig. 27.

Fig. 27

Valoarea maxim m are loc, de obicei, la nII )75,05,0( = , deoarece n practicse consider c maina funcioneaz un timp mai ndelungat la aceast sarcin, dect lasarcin nominal. La mainile de mare putere(de ordinul sutelor i miilor dekw)randamentul variaz ntre( %)9390 , la mainile de putere mai mic) de ordinul

)%8575()101( = kw , iar la micromotoare )1001( W )%.5025( = Datorit pierderilor acre se produc n timpul funcionrii, mainile electrice se

nclzesc. Dac maina este ncrcat cu o sarcin mai mare dect cea normal,

24


25/26


temperatura poate depi anumite limite admisibile i ea se defecteaz (de regul se ardeizolaia).Din acest motiv pe plcua indicatoare, fabrica constructoare trece putereanominal, care pentru generator reprezint puterea electric nn IU . , iar pentru motor este

puterea mecanic la arbore( egal cu nn IU ... ).

25


26/26


BIBLIOGRAFIE

Tudor Dordea - Maini electrice, Editura Didactic i

Pedagogic, Bucureti, 1970Nstase Bichir, Constantin Rdui,

Ana-Sofia Diculescu

- Maini electrice, Editura Didactic i

Pedagogic, Bucureti, 1974Sabina Hilohi, Mihai Popescu i

colectivul

- Instalaii i echipamente electrice

Tehnologia meseriei, Manual pentru licee

industriale, clasele a IX-a i a X-a i coli

profesionale, Editura Didactic i Pedagogic,

R. A., Bucureti, 1998Niculae Mira, Constantin Negu - Instalaii i echipamente electrice

Tehnologia meseriei, Manual pentru licee

industriale, clasele a XI-a i a XII-a i coli


R. A., Bucureti, 1998Ion Cioc, Nicolae Janicsko - Instalaii electromecanice - Construcii de

maini i aparate electrice, Manualul pentruclasa a XII-a, licee industriale i coli


Bucureti, 1989

MCC Principiul de Fuctionare+Caracteristici

Documents

Transcript of MCC Principiul de Fuctionare+Caracteristici