Mașini electrice de curent continuu

I. MAȘINA DE CURENT CONTINUU

Prin maşină electrică, de regulă rotativă, înţelegem acea maşină care converteşte puterea electrică în putere mecanică sau invers. Din punct de vedere funcţional, maşinile electrice sunt reversibile, altfel spus, regimul de lucru – de motor , generator, frână – este determinat de natura puterii primite. După natura tensiunii de alimentare, respectiv a tensiunii furnizate la borne, maşinile electrice sunt clasificate în: maşini de curent continuu și maşini de curent alternativ: asincrone, respectiv sincrone. Între primele aplicațtii ale fenomenului inducției electromagnetice, descoperit în anul 1831 de Faraday, se află mașina de curent continuu, respectiv dispozitivul de conversie electromecanică a energiei, funcționând pe principiul electromagnetic. Generatorul de curent electric pulsatoriu, inventat de Ritchie în 1833, marchează inventarea într-o formă primară a colectorului. Se succed apoi dezvoltări legate și de numele unor inventatori cum ar fi:

-Hjorth – 1851, construirea generatorului cu autoexcitație;

-Siemens – 1856, construirea indusului în dublu T, respectiv plasarea înfășurărilor în

crestături;

-Pacinotti – 1860 construirea indusului în inel, prevăzut cu crestături, a cărui dezvoltare

industrială este făcută de Gramme începând cu anul 1866;

-Hefner-Alteneck – 1872, construirea indusului în tambur cu înfășurare într-un singur

strat;

-Weston – 1882, înfășurarea în două straturi;

-Mordey – 1883, utilizarea legăturilor echipotențiale;

-Mengos – 1884, înfășurarea pentru compensarea câmpului de reacție al indusului .

Utilizarea polilor de comutație datează din anul 1885, perioadă care încheie practic onfigurarea mașinii de curent continuu în structura în care aceasta se realizează și astăzi. Regimul de motor a fost și este preponderent în utilizarea mașinilor de curent continuu, ca urmare a posibilității reglării comode și în limite largi a turației. Mașinile de curent continuu sunt folosite în cele mai diferite domenii ale tehnicii. Ele sunt folosite în acționările cu reglaj de viteză, începând cu tracțiunea electrică urbană și feroviară și cuprinzând toate domeniile de acționări electrice de suplețe din metalurgie, mașini, unelte, instalații de ridicat și transport. Întâlnim mașini de curent continuu și în compunerea grupurilor electrogene de curent alternativ, folosite drept excitatoare, ca generatoare de sudură folosite în industria chimică, ca motoare și generatoare pentru antrenarea mecanismelor speciale, în automatizări sau în alte domenii. Puterea mașinilor de curent continuu variază de la ordinul de mărime al wattilor până la mii de kilowatti.

Maşinile de curent continuu au în regim permanent tensiunile la borne şi curentul în circuitul exterior. După principiul de funcţionare deosebim : maşini de curent continuu cu colector şi maşini de curent continuu fără colector ( unipolare ). Maşinile de curent continuu cu colector au fost din punct de vedere istoric primele generatoare de energie electromagnetică. Avantajele curentului alternativ sinusoidal, în transportul şi distribuţia energiei electrice au restrâns mult domeniul de foloșire a maşinilor de curent alternativ ca şi generatoare. Ca motoare de curent continuu sunt utilizate pe scară tot mai largă , mai ales odată cu dezvoltarea convertoarelor din electronica de putere , datorită posibilităţilor simple de reglare. Motoarele de curent continuu cu colector se folosesc cu succes în tracţiuni electrice ( tramvaie , troleibuze , trenuri electrice , electrocare ) , în acţionările care necesită limite largi de reglaj al turaţiei şi în unele automatizări , ca elemente de execuţie.

II. CLASIFICAREA MAȘINILOR DE CURENT CONTINUU

După tipul excitaţiei şi modul de conectare a înfăşurărilor de excitaţie, maşinile de curent continuu se clasifică în:

A) Maşini cu o singură înfăşurare de excitaţie, care poate fi alimentată:

1. – de la o sursă separată (independentă);

2. – în derivaţie (paralel) faţă de înfăşurarea rotorului;

3. – în serie cu înfăşurarea rotorului.

B) Maşini cu mai multe înfăşurări de excitaţie, care pot fi alimentate:

1. – de la bornele înfăşurării rotorului, în serie şi derivaţie (excitaţie mixtă);

2. – de la surse separate şi de la bornele înfăşurării rotorului, în cazul unor maşini speciale.

Figura 2.1. Poșibilităţi de excitare a maşinilor de curent continuu: a) cu excitaţie independentă; b) cu excitaţie derivaţie; c) cu excitaţie serie; d) cu excitaţie mixtă

Pentru oricare din tipurile de mai sus, puterea de excitaţie este de ordinul câtorva procente (2-5%) din puterea nominală a maşinii. La tipurile de excitaţie separată şi derivaţie, curentul Ie, din înfăşurarea de excitaţie, reprezintă câteva procente din curentul nominal al maşinii, iar înfăşurările respective au multe spire şi rezistenţa ohmică importantă. La tipul de excitaţie serie, înfăşurarea este parcursă de curentul din indus şi ca atare se execută cu un număr mic de spire, având şi o rezistenţă ohmică redusă.

În funcție de transformarea energiei întâlnim:

-motor: energie electrică- energie mecanică;

-generator: energie mecanică- energie electrică;

-convertizor: energie electrică- energie electrică.

III. ELEMENTE CONSTRUCTIVE ALE MAȘINII ELECTRICE

Ca orice mașină electrică rotativă, mașina de curent continuu este alcătuită dintr-un inductor, care în construcția clasică formează statorul, capabil să genereze în întrefier un câmp magnetic heteropolar și dintr-un indus, care constituie rotorul mașinii, între care se găsește un spațiu de aer numit întrefier. La mașina de curent continuu, întotdeauna armătura inductoare este fixă și este reprezentată de stator, iar armătura indusă este mobilă și este reprezentată de rotor.