Masina de CurentContinuu

7/29/2019 Masina de CurentContinuu

1/47

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica

Universitatea POLITEHNICA din BucuretiCatedra Maini, Materiale i Acionri Electrice

VII. Maina de curent continuu


2/47


VII. 1. Generaliti. Mrimi nominale

Ca generator se folosete pe vehiculele autonome sau ca

generator de sudur.

Motoarele de curent continuu sunt folosite n sistemele deacionare cu turaie variabil i n traciunea electric:

Maina de curent continuu poate funciona ca motor, generator sau frn.

laminoare reversibile,

sisteme de urmrire,

excavatoare,

maini de extracie,

tramvaie, troleibuze, metrou, locomotive, electrocare si altele.



3/47




Simbolizarea i conexiunile mainii de curent continuu

M

A1

A2

D1 D2

G

A1

A2

D1 D2F1 F2

G

A1

A2

F1 F2M

A1

A2

E1 E2

M

A1

A2

D1 D2E1 E2

a. b. c.

d. e.

a. cu excitaie independent; b. cu excitaie derivaie; c. cu excitaie serie;

d. cu excitaie mixt; e. cu excitaie compound.


4/47


Mrimile nominale:

Pn [kW] - puterea nominal la generatoare - puterea electric la borne;

la motoare puterea mecanic la arbore;

Un [V] - tensiunea la bornele indusului;

In [A] - curentul la bornele principale (ale indusului);

nn [rot/min] - turaia nominal;

Uen [V] - tensiunea de excitaie n regim nominal pentru mainile cu excitaie separat;

Ien [A] - curentul de excitaie;Serviciul nominal;

Gradul de protecie.




5/472011 - Facultatea de Inginerie Electrica

VII.2. Elemente constructive. Principiul de funcionare


Seciune transversal prin maina de curent continuu:a. axul mainii; b. miez rotoric; c. pol principal; d. bobin

nfurare de excitaie; e. nfurare de comutaie; f. pol

auxiliar; g. jug statoric (carcas);

f.

d.

c.

b.

a.

e.

g.

2

1

3 4 5

Construcia colectorului:1. axul mainii;

2. material izolator;

3. lamela;

4. steguleul lamelei;5. capetele nfurrii indusului.



W

N

S

B

B

v

v

a

u

W

N

S

B

B

v

v

a

u

a. de curent alternativ; b. de curent pulsatoriu.

E

E

E

E





a. spir cu inele; b. spir cu colector



Curba fluxului magnetic i a tensiunii la perii

0 p 2p

u=esp

a

Fsp

0 p pa

Fsp

u

esp





y1

y2y

N S

y1 y2

y

N S N

nfurrile indusului mainii de curent continuu

a. buclat b. ondulat

p

Zy

21

21 yyy 221 yyy



Schema desfurat a unei nfurri buclate a unei maini de curent continuu

cu p=2, Z=24, K=24.



nfurrile indusului mainii de curent continuu


10/472011 - Facultatea de Inginerie Electrica 1

VII.3. Tensiunea electromotoare a mainii de curent continuu


S NA

1A2

A1

B v=dadt

0 2 x

B(a)

B(a+)

a

Tensiunea electromotoare indus ntr-o spir

Fa

a

sp dxlxB

Fluxul corespunztor unei spire cu pas

diametral, , care se deplaseaz cu vitez vncmpul magnetic inductor este:

l lungimea axial a mainiiNotaii: primitiva funciei xF xB

dxxx BF

aalsp FF F

F aavl

dt

da

da

ad

da

adl

dt

de

sp

sp BBFF

aa BB Curba cmpului inductor este simetric:

alvesp B2


11/472011 - Facultatea de Inginerie Electrica 1



Dac wa este numrul spirelor pe calea de curent, tensiunea electromotoare a spirelor

cuprinse pe poriunea de lungime elementar da din periferia indusului mainii este:

aw

alvaw

eweE aaspasp dB2ddd

Tensiunea electromotoare corespunztoare tuturor spirelor unei ci de curent, care

ocup toate poziiile succesive n cmp este:

F

0

a

0a

2dB

2d aa

vwala

vwEE

F0

dB alaNotaie: fluxul pe pol

p

p

W p

n

R

n

R

n

Rv 26026060

2

Viteza rotorului: n turaia

W viteza unghiular

p numrulde perechi de poli

pasul polar R raza la nivelul ntrefierului

a

Nwa

22

1

Numrul de spire corespunztoare unei ci de curent:

Nnumrulde conductoare

2a numrulde cride curent


12/47

2011 - Facultatea de Inginerie Electrica 1



FFF nka

Npn

a

N

p

n

E E60

1

22

1

2602

a

NpkE

60

Notaie:

constant constructiv a mainii


13/47


VII.4. Caracteristica magnetic a mainii de curent continuu


ld

lj1

lj2

lplp

Circuitul magnetic al mainii de curent continuu

epjjddppjjmjmdmmpmj I

p

wHlHl

BHlHluuuuu

222222222 22

0

1121

eIfF efF

F

0

dB ala

Definiie:

sau

umj1 tensiunea magnetic din jugul statorului

ump tensiunea magnetic din poli

um tensiunea magnetic din ntrefier

umd tensiunea magnetic din dini

umj2 tensiunea magnetic din jugul rotorului

Legea circuitului magnetic:

lmj1 lungimea jugului statorului

lmp lungimea polilor

mrimea ntrefierului

lmd lungimea dinilor

lmj2 lungimea jugului rotorului


14/47


Spectrul liniilor cmpului mainii de curent continuu:a. cmpul inductor; b. cmpul de reacie al indusului; c. cmpul rezultant n sarcin.

VII.5. Reacia transversal a indusului


b.

A1A2

a.

A1A2

S

N

c.

A1A2

S

N


15/47


VII.5. Reacia transversala a indusului


Curba cmpului n ntrefierul mainii de curent continuu

S NA

1 A2 A1

B

02

x

cmp inductor

cmp de reactie

cmp rezultant

A1A2

S

N


16/47




Efectele reaciei transversale

a) Modificarea potenialului electric pe lamelele colectorului

b) ntrzierea procesului de comutaie

c) Modificarea caracteristicii magnetice a mainii de la gol la sarcina

d) Creterea pierderilor din dinii rotorului


17/47




nfurarea de compensaie a reacieitransversala a indusului

nfurarea de comutaie

i d i


18/47


S

N

a

S

N

a

W W

VII.6. Reacia longitudinala a indusului


Generator Motor

La maina cu periile decalate din axa neutra, reacia indusului are doua componente:

a) Componenta transversala:

b) Componenta longitudinala:

)2( aaq

Iw

)2( aad Iw

2a2a

VII M i d t ti


19/47


S NA

1A2

A1

B

0 2 x

B(a)

B(a+)

a

f f

VII.7. Cuplul electromagnetic al mainii de curent continuu


Fora care acioneaz de pe asupra

conductorului parcurs de curentul Iapoziionat la distanta a fata de axa neutra

este: lIaBaf a)()(

Cuplul elementar care acioneaz

asupra conductorului parcurs de

curentul Ia

poziionat la distanta a fata

de axa neutra este:

lIaBD

fD

am a)(22

)(

Dac wa este numrul spirelor pe calea de curent, cuplul electromagnetic care

acioneaz asupra conductoarelor cuprinse pe poriunea de lungime elementar da dinperiferia indusului mainii este:

daw

lIaBD

dm

)(2

aa

VII M i d t ti


20/47




Dac wa este numrul spirelor pe calea de curent, cuplul electromagnetic care

acioneaz asupra conductoarelor cuprinse pe poriunea de lungime elementar da dinperiferia indusului mainii este:

daw

lIaBD

dm

)(2

aa

Cuplul total care acioneaz asupra rotorului este:

F

0

a

0a2

2dB

2

2d2 a

aa

a IDw

alaIDw

mM

F

0

dB ala

Notaie:

fluxul pe po

2 pD Lungimea periferiei rotorului pe partea dinspre ntrefier este:

F aa IpwM

2

2

2

a

Nwa

22

1

FFF aaa IkIa

NpI

p

a

NM M

22

2

22

1

2

VII M i d t ti


21/47




Puterea electromagnetic a mainii:

60

2 nMMEIP aem

pW

aMaa IkIa

pNIaNpn

nM FFpFp 2602

60

Cuplul electromagnetic:

a

pNk

a

pNk

M

E

p

2

60

Notaii:

constante constructive

ale mainii

FWFWpFWpF ME ka

pN

a

pNnkE 22

60

60

Observaie:

VII Maina de curent continuu


22/47


VII. 8. Funcionarea mainii de curent continuu ca generator


Generatorul de curent continuu cu excitaie independent

F1 F2

Ie

Ue

G

A1

A2Ra

E

Ia

M

Ub

Ecuaiile generatorului

aM

E

paab

IkM

nkE

UIREU

F

F



23/47


VII. 8. Funcionarea mainii de curent continuu ca generator


Diagrama energetic

W 11 MP -puterea mecanic primit de generator;

aem EIMP W -puterea electromagnetic;

abIUP 2 -puterea electric;

-pierderile mecanice i de ventilaie;

- pierderile n fier;

-pierderile n nfurarea de excitaie separat;

exP-pierderile n nfurarea deexcitaie derivaie i/sau serie;

aP - pierderile n indus2aaa IRP

pP - pierderile la perii app IUP

exP

FeP

vfP ,

exPP

P

1

2

vfFepaexex PPPPPPP

P

,2

2

Randamentul:



24/47


Ub

Ie

Ur

VII. 9. Generatorul cu excitaie independent


a. Caracteristica de funcionare n gol

nnnaIeb

IfU 0|)(

F1 F2

Ie

Ue

G

A1

A2R

a

E

Ia

M

Ub



25/47


Ub

Ia

Ub0

circuit magnetic

nesaturat

circuit magnetic

saturat

Ie

Ia

Ie0

b. Caracteristica extern c. Caracteristica de reglaj

nnnenIeIab

IfU |)(

nnnnUbUae

IfI |)(

VII. 9. Generatorul cu excitaie independentEcuaiile

generatorului MEpaab IkMnkEUIREU FF ;;




26/47


VII. 10. Generatorul cu excitaie derivaie


E1 E2G

A1

A2

E

IaM

Ub

I

Ie

Ra R

e

Schema electric:

Condiiile de punere n funciune(autoexcitare):

Existena fluxului remanent n main;Cmpul magnetic produs de curentul de excitaie s aib acelai sens cu cmpul

remanent;Rezistena din circuitul de excitaie mai mic dect rezistena de excitaie critic.

Ub

IeUr

R'e Recr R''e

eeb IRU nnnaIeb

IfU 0|)(



27/47


VII. 10. Generatorul cu excitaie derivaie


Caracteristica extern

paaeb

UIRIEU

Ub

Ia

Ub0 U

n

Isc

e

be

R

UI

a

prsc

R

UUI

E1 E2G

A1

A2

E

IaM

Ub

I

Ie

Ra Re

Schema electric:

Curentul de scurtcircuit



28/47


M

A1

A2

Ra

E

F1 F2

Ie

Ue

Ub

Ia

M

VII. 11. Funcionarea mainii de curent continuu ca motor


Motorul de curent continuu cu excitaieindependent

aM

E

paab

IkM

nkE

UIREU

F

F

Ecuaiile motorului



29/47


VII. 11. Funcionarea mainii de curent continuu ca motor


Diagrama energetic

W 22 MP -puterea mecanic la ax;

aem EIMP W -puterea electromagnetic;

abIUP 1 -puterea electric absorbit;

-pierderile mecanice i de ventilaie;

- pierderile n fier;

-pierderile n nfurarea de excitaie;

aP - pierderile n indus 2aaa IRP

pP - pierderile la perii app IUP

exP

FeP

vfP ,

1

2

P

P

vfFepaex PPPPPP

P

,2

2

Randamentul:



30/47


VII. 12. Motorul de curent continuu cu excitaie separat (derivaie)


aeM

eE

papaab

IIkM

InkEUIRIREU

F

F

aeE

pa

eE

pbI

Ik

RR

Ik

UUn

F

F

Ecuaiile motorului

Caracteristica turaiei la funcionarea in sarcina:

n

Ia

n0

..|

cteIctbUa

Ifn

Turaia de mers n gol:

eE

pb

Ik

UUn

F

0 aeE

paI

Ik

RRnn

F

0

M

A1

A2

Ra

E

F1 F2

Ie

Ue

Ub

Ia

M

Rp



31/47




eE

pb

Ik

UUn

F

0

Caracteristica turaiei la funcionarea in gol: .0

.0 |

M

ctbUeIfn

Ie

n0



32/47



MIkk

RR

Ik

UUn

eEM

pa

eE

pb

2F

F

Caracteristica mecanic:

..

.|

ctpRcteI

ctbUMfn

Caracteristica mecanic natural:

n

M

n0 aeE

pa

eE

pbI

Ik

RR

Ik

UUn

F

F

aeM IIkM F

.0.

.|

pRenIeI

nUbUMfn



33/47


VII. 12.1. Pornirea motorul de curent continuu cu excitaie separat (derivaie)

a

pbap

R

UUI

a

pbMapMp

R

UUkIkM

FF

Curentul de pornire:

Cuplul de pornire:

n

Ia

n0

n

M

n0



34/47


pa

pbap

RR

UUI

pa

pbMapMp

RRUUkIkM

FF


a. Pornirea reostatic:

n

M

n0 R

p=0

Rp'''>Rp''

Rp''>Rp'

Rp'>0

MM

Mm

Rp'V

>Rp'''

Ms

ene II



35/47



b. Pornirea prin creterea tensiunii de alimentare:

a

ppap

R

UUI

a

ppMp

R

UUkM

F

ene II

n

M

n0 U

n

U''


36/47


n

M

n0 R

p=0

Rp'''>Rp'

'

Rp''>Rp'

Rp'>0

VII. 12.2. Reglarea turaiei motorul de curent continuu cu excitaie separat (derivaie)

M

Ikk

RR

Ik

UUn

eEM

pa

eE

pb

2F

F


.0.

.|

pRenIeI

nUbUMfn Caracteristica mecanic reostatic



37/47


M

Ikk

RR

Ik

UUn

eEM

pa

eE

pb

2F

F


.0.

.|

pRenIeI

ctbUMfn Caracteristica mecanic la

tensiune redus

n

M

n0 U

n

U''


38/47


M

Ikk

RR

Ik

UUn

eEM

pa

eE

pb

2F

F


.0.

.|

pRcteI

nUbUMfn

M

n

n0 I

en

Ie''


39/47


VII. 13. Motorul de curent continuu cu excitaie serie

M

A1

A2

Ra

EU

b

Ia

M

D1

D2

Rp

Ecuaiile motorului

aaM

aE

paeapaab

IIkM

InkE

UIRIRIREU

F

F

aaE

pea

aE

pbI

Ik

RRR

Ik

UUn

F

F

Caracteristica turaiei la funcionarea in sarcina:

..|

ctpRctbUa

Ifn

n

Ia



40/47


VII. 13. Motorul de curent continuu cu excitaie serie

M

Ikk

RRR

Ik

UUn

aEM

pea

aE

pb

2F

F

Caracteristica mecanic: .

.|

ctpR

ctbUMfn

Caracteristica mecanic natural:

Motorul serie nu poate funciona n goldeoarece se ambaleaz:

aaE

pea

aE

pbI

Ik

RRR

Ik

UUn

F

F

aaM IIkM F n

M

.0

.|

pRnUbU

Mfn

F nIM a 000



41/47


Motorul serie se pornete avnd o sarcina cuplata la ax

a. Pornirea reostatic

VII. 13.1. Pornirea motorului de curent continuu cu excitaie serie

b. Pornirea prin intermediul tensiunii de alimentare



42/47


VII. 13.2. Reglarea vitezei motorului de curent continuu cu excitaie serie

M

n

Rp=0

Rp'>0n

Rp''>Rp

'

Caracteristica mecanic: .0

.|

pR

nUbUMfn Caracteristica mecanic reostatic

M

Ikk

RRR

Ik

UUn

aEM

pea

aE

pn

2

F

F



43/47


Caracteristica mecanic la tensiune redus

M

n

Un

U'


44/47


VII. 14. Frnarea mainii de curent continuu

a. Frnarea dinamica

M

A1

A2

Ra

F1 F2

Ie

Ue

M

RF

Ub

1

1'

2

2'K

Se realizeaz prin decuplarea de la sursa a mainii de curent continuu, care iniialfuncioneaz in regim de motor si conectarea pe o rezisten de frnare. Pana la opriremaina funcioneaz in regim de generator pe reea proprie.

Frnarea se face prin trecerea comutatorului Kde pe poziia 1-1 pe poziia 2-2.

aM

E

paFaa

IkM

nkE

UIRIRE

FF

0

M

kk

RR

M

kk

RR

k

Un

EM

Fa

EM

Fa

E

p

2

2

F

F

F



45/47



a. Frnarea dinamica

n

M

MOTORGENERATOR

In cazul mainii cu excitaie serie, dup deconectarea de la reea, se inverseaz mai ntilegaturile la bornele nfurrii de excitaie si apoi se conecteaz rezistenta de frnare.

M

A1

A2

Ra

F1 F2

Ie

Ue

M

RF

Ub

1

1'

2

2'K



46/47



b. Frnarea recuperativ

Daca maina cu excitaie independenta sau derivaie, care funcioneaz in regim demotor, este antrenat din exterior la o turaie mai mare dect turaia de mers in gol , n0,maina trece in regim de generator si debiteza putere electrica in reea.

n

M

MOTORGENERATOR

n0

La trecerea in regim de frnaresensul curentului prin indus semodifica.



47/47



c. Frnarea n contracurent

Pentru limitarea curentului seintroduce o rezistentasuplimentara in serie cu indusul

Se realizeaz prin decuplarea de la sursa a motorului de curent continuu, inversareabornelor indusului si reconectarea la sursa.

n

M

MOTORGENERATOR

n0

-n0

paab UIREU

a

pb

a R

UEU

I

Fa

pba

RRUEUI

Date post:	03-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	alexandra-popescu
View:	228 times
Download:	0 times

Masina de CurentContinuu

Documents