Mașina de Curent Continuu

3.4 Maşina de curent continuu

Principiul de funcţionare al generatorului de curent continuu

Maşina de curent continuu este folosită îndeosebi ca motor electric datorită caracteristicilor mecanice avantajoase pe care le are. Ea poate funcţiona şi ca generator electric sau ca frână electromagnetică. Principial funcţionarea ca generator a maşinii de curent continuu poate fi explicată cu ajutorul schemei din figura de mai jos.

Se consideră o spiră ce se poate roti (acţionată mecanic din exterior) într-un câmp magnetic constant produs de nişte electromagneţi alimentaţi în curent continuu sau de nişte magneţi permanenţi (cazul din figură). Se ştie că în spiră se induce o tensiune electromotoare variabilă sinusoidal în timp:

cu valoarea efectivă Ue = BSω/ = 2 π f B S / = 4.44 f B S

Forma de variaţie în timp a tensiunii electromotoare este reprezentată în figură cu linie întreruptă pentru α0 = 0.

În scopul redresării acestei tensiuni sinusoidale capetele spirei mobile se conectează la două segmente, 1 şi 2, ale unui inel colector. În cazul nostru latura spirei aflată sub polul nord este conectată la segmentul 1 al inelului colector iar latura aflată sub polul sud este conectată la segmentul 2 al inelului colector.

Tensiunea este culeasă cu ajutorul unor perii colectoare şi se alimentează cu această tensiune o sarcină (rezistenţă, consumator de curent continuu). Pentru cazul nostru segmentul de inel 1 este în contact cu peria 1 iar segmentul de inel 2 este sub peria colectoare 2. Atunci când latura spirei conetată la segmentul 1 iese de sub polul nord şi intră sub polul sud segmentul 1 al inelului colector iese şi el de sub peria 1 şi intră sub peria 2. În felul acesta la peria 1 este totdeauna conectată latura aflată sub polul nord iar la peria 2 este permanent conectată latura spirei aflată sub polul sud. Ca atare peria 2 a sistemului din figură se comportă ca borna pozitivă a unui generator iar peria 1 este borna negativă a generatorului, sensul de circulaţie al curentului (determinat cu regula mâinii drepte) fiind cel din figură.

Înfăşurarea generatorului care produce câmpul magnetic inductor, numită înăşurare de excitaţie, este situată în stator şi este alimentată în curent continuu. Câmpul magnetic inductor statoric poate fi produs şi cu ajutorul unor magneţi permanenţi. Înfăşurarea de excitaţie a maşinii de curent continuu poate fi alimentată în mai multe feluri: de la surse exterioare de curent continuu, când se zice că avem excitaţie separată, sau chiar de la bornele generatorului de curent continuu, când se zice că avem generator cu autoexcitaţie. În ultimul caz înfăşurarea de excitaţie poate fi conectată în paralel, în serie sau mixt faţă de înfăşurarea rotorică.

Înfăşurarea rotorică a generatorului de curent continuu, numită indusul maşinii, în care se induce tensiunea electromotoare este o înfăşurare specială de curent continuu care se conectează la un colector prevăzut cu mai multe segmente de inel izolate între ele. Rolul colectorului este acela de a redresa mecanic tensiunea electromotoare indusă în rotor şi de a furniza în exterior o tensiune constantă (curent continuu).

Mărimile nominale ale maşinii de curent continuu sunt:

• regimul de funcţionare (generator sau motor)

• puterea nominală; la generatoare este puterea electrică disponibilă la borne iar la motoare este este puterea mecanică la arbore, în kW,

• curentul la bornele principale (în circuitul exterior), în A,

• tensiunea la borne, în V,

• turaţia nominală, în rot/min,

• tensiunea şi curentul de excitaţie în regim nominal pentru maşina cu excitaţie separată,

• serviciul nominal şi gradul de protecţie

Generatoarele de curent continuu pot fi: cu excitaţie separată, cu excitaţie în derivaţie (paralel), cu excitaţie în serie sau cu excitaţie mixtă în funcţie de modul de conectare al înfăşurării de excitaţie fţă de înfăşurarea indusului

Relaţiile de bază pentru generatoarele de curent continuu sunt:

• pentru tensiunea electromotoare E = kE n Ф

• pentru cuplul electromagnetic M = kM Ф Ia

• tensiunea la bornele generatorului U = E – Ra Ia

unde kE şi kM sunt constante constructive, Ф este fluxul magnetic rezultant al maşinii, Ia este curentul indusului, Ra rezistenţa indusului, iar n este turaţia maşinii.

Principiul de funcţionare al motorului de curent continuu