Modalități de Pornire a Motoarelor de Curent Continuu

ARGUMENT

Una dintre marile invenţii ale omenirii a fost producerea şi transportul electricităţii. După inventarea şi a motoarelor electrice explozia industrială a omenirii a dus pe culmi nebănuite până la momentul respectiv. Aplicaţii ca trenul electric, metroul, tramvaiul au revoluţionat transporturile au scurtat distanţele şi au permis oamenilor să ajungă la mari distanţe. Toate acestea n-ar fi fost posibile fără inventarea motorului şi generatorului electric.

Dintre motoarele electrice cele mai utilizate sunt motoarele de curent continuu. Datorită simplităţii, a robusteţii lor, a puterilor mari dezvoltate şi a randamentului lor ridicat, motoarele de curent continuu au primit utilizări în acţionări industriale – servomotoare, în transporturi – locomotive electrice, trenul de metrou locomotivele diesel – electrice, nave maritime submarine, etc.

Motoarele electrice de curent continuu, alături de generatoare, fac parte din categoria maşinilor electrice de curent continuu.

1. Generatoarele de curent continuu

Dacă un rotor se învârte între doi poli magnetici staţionari, curentul din rotor circulă într-o direcţie pe parcursul unei jumătăţi de rotaţie şi în cealaltă pe parcursul celeilalte jumătăţi. Pentru a produce o trecere constantă, într-o singură direcţie a curentului dintr-un astfel de dispozitiv, este necesară furnizarea unui mijloc prin care curentul rezultat să aibă acelaşi sens pe parcursul întregii rotaţii. La maşinile mai vechi aceasta este realizată cu ajutorul unor plăcuţe colectoare, un inel de metal împărţit în două, montat pe axul rotorului. Cele două jumătăţi sunt izolate şi sunt bornele bobinei. Perii fixe de metal sau carbon sunt ţinute pe plăcuţele colectoare în timp ce acestea se rotesc, conectând electric bobina la fire exterioare. În timp ce rotorul se învârte, fiecare perie intră în contact alternativ cu plăcuţele colectoare, schimbându-şi poziţia în momentul când curentul din bobină îşi schimbă sensul. Astfel circuitul exterior la care generatorul este conectat este alimentat cu un curent continuu. Generatoarele de curent continuu sunt de obicei folosite la tensiuni mici pentru a evita scânteile dintre perii şi plăcuţe care rezultă la tensiuni mari. Cel mai mare potenţial obţinut în general de astfel de generatoare este de 1500 de volţi. În unele maşini mai noi această inversare se face folosind dispozitive electronice de mare putere, cum ar fi de exemplu diode redresoare.

Generatoarele moderne folosesc rotoare cilindrice care, de obicei sunt constituite dintr-un număr mare de bobinaje aşezate longitudinal în lăcaşuri speciale şi conectate la plăcuţe colectoare. Într-un bobinaj în care este un număr mic de lăcaşuri, curentul produs va creşte şi scădea în funcţie de partea de câmp magnetic prin care rotorul trece. Un bobinaj compus din mai multe segmente şi un rotor circular conectează în permanenţă circuitul aproape constant deoarece întotdeauna un bobinaj longitudinal se deplasează printr-o suprafaţă cu un câmp magnetic intens. Câmpurile de la generatoarele moderne sunt de obicei din patru sau mai mulţi poli, pentru a creşte mărimea şi puterea câmpului magnetic. Câteodată poli mai mici sunt adăugaţi pentru a compensa distorsiunile din fluxul magnetic cauzat de efectul magnetic al rotorului.

2. Motoarele de curent continuu

În general, sunt similare în construcţie cu generatoarele de curent continuu. Ele pot, de fapt să fie descrise ca generatoare care „funcţionează invers”. Când curentul trece prin rotorul unui motor, este generat un câmp magnetic care generează o forţă electromagnetică, şi ca rezultat rotorul se roteşte. Acţiunea periilor colectoare şi a plăcuţelor colectoare este exact aceiaşi ca la generator. Rotaţia rotorului induce un voltaj în bobinajul rotorului. Acest voltaj indus are sens opus voltajului exterior aplicat rotorului. În timp ce motorul se roteşte mai rapid, voltajul rezultat este aproape egal cu cel indus. Curentul este mic, şi viteza motorului va rămâne constantă atât timp cât asupra motorului nu acţionează nici o sarcină, sau motorul nu efectuează alt lucru mecanic decât cel efectuat pentru învârtirea rotorului. Când asupra rotorului se aplică o sarcină, voltajul va fi redus şi un curent mai mare va putea să treacă prin rotor. Astfel, motorul este capabil să primească mai mult curent de la sursa care îl alimentează, şi astfel să efectueze mai mult lucru mecanic.

O problemă deosebită care se pune la utilizarea motoarelor de curent continuu o constituie modalitatea de pornire a acestuia. În practică se întâlnesc următoarele modalităţi de pornire a motoarelor de cc:

- conectarea directă a motoarelor la reţea;

- metoda cu rezistenţe adiţionale de pornire;

- variaţia tensiunii de alimentare fără reostat de pornire.

Proiectul de faţă tratează aceste modalităţi de pornire a motoarelor de cc, furnizând şi soluţiile pentru pornirea acestora.

I. Capitolul I. Consideraţii teoretice.

1. Probleme generale.

Prin maşină electrică se înţelege o maşină, în general rotativă, care transformă puterea mecanică în putere electrică şi invers. Maşinile electrice se împart în maşini de curent continuu şi maşini de curent alternativ, după felul energiei electrice ce ia parte în conversia electromecanică realizată de maşină.

Orice maşină este reversibilă din punctul de vedere al conversiei energiei realizate: ea poate funcţiona fie ca generator fie ca motor electric.

Prin generator electric se înţelege o maşină electrică care transformă energia mecanică în energie electrică. Prin motor electric definim o maşină care transformă energia electrică în energie mecanică. Unele maşini electrice pot funcţiona ca şi frână electrică şi în această situaţi maşina primeşte atât putere electrică cât şi putere mecanică, pe care le transformă în timp în căldură, realizând în acelaşi timp momente electromagnetice rezistente la arbore.

Din categoria maşinilor electrice face parte şi motorul de curent continuu , obiectul proiectului de faţă. În figura de mai jos este reprezentat un motor de curent continuu.