Extras din laborator

1. Tema lucrării

Studiul elementelor constructive ale maşinii de curent continuu, precum şi a unor defecte posibile.

2. Consideraţii teoretice

2.1. Generalităţi privind maşina de curent continuu

O maşină de curent continuu normală este formată dintr-o parte fixă denumită stator şi o parte mobilă numită rotor (ca orice maşină rotativă), iar câmpul ei magnetic principal este produs cu ajutorul unui curent de conducţie denumit curent de excitaţie, care parcurge o înfăşurare specială (destinată producerii câmpului magnetic principal) numită înfăşurare de excitaţie amplasată, de regulă, în statorul maşinii. Mai rare sunt cazurile (la maşini de puteri mici sau maşini speciale) când câmpul magnetic principal este produs cu ajutorul magneţilor permanenţi. Aceştia au însă dezavantajul că «îmbătrânesc» şi fluxul magnetic scade în timp, sunt sensibili la vibraţii (îşi pot pierde total magnetismul la vibraţii mari) şi nu există posibilitatea reglării câmpului magnetic din maşină.

În general, maşinile de c.c. sunt heteropolare (cu mai multe perechi de poli) la care polii magnetici de polaritate nord (N) alternează cu cei de polaritate sud (S), dar sunt şi maşini de c.c. homopolare cu o singură pereche de poli şi cu tensiunea la borne riguros constantă (în cazul în care turaţia şi câmpul magnetic sunt constante).

După felul în care sursa de alimentare a înfăşurării de excitaţie este exterioară maşinii, sau este însăşi maşina de c.c., împărţirea maşinilor de c.c. se poate face în două grupe mari : maşini cu excitaţia separată (independentă), respectiv maşini cu autoexcitaţie. La maşinile cu excitaţia separată alimentarea înfăşurării de excitaţie în c.c. se face de la o sursă separată (independentă) de maşină, iar în cazul autoexcitaţiei înfăşurarea de excitaţie se leagă cu înfăşurarea rotorică (principală) a maşinii după o anumită schemă. În funcţie de această schemă avem :

a)- maşini de c.c. cu excitaţia serie când înfăşurarea de excitaţie se leagă în serie cu înfăşurarea rotorică (principală) a maşinii, deci ea va fi străbătută de întregul curent de sarcină al maşinii, deci este o înfăşurare de curent ( cu spire puţine, cu secţiunea mare a conductorului, rezistenţa ohmică relativ mică, comparabilă cu cea a înfăşurării rotorice) ;

b)- maşini de c.c. cu excitaţia în paralel sau în derivaţie, la care înfăşurarea de excitaţie se leagă în paralel (derivaţie) cu cea rotorică, deci ea va prelua întreaga tensiune de la bornele principale ale maşinii, deci ea este o înfăşurare de tensiune (cu spire multe, secţiunea conductorului mică, rezistenţa ohmică mare, în general mult mai mare decât cea a înfăşurării rotorice) ;

c)- maşini cu excitaţie compund, care cuprind de fapt două înfăşurări de excitaţie : una care se leagă în serie cu circuitul rotoric al maşinii şi alta care se leagă în derivaţie cu rotorul;

d)- maşini cu excitaţia mixtă , care cuprind două sau mai multe înfăşurări, dintre care cel puţin una se alimentează de la o sursă exterioară maşinii, iar celelalte în sistem serie şi/sau derivaţie.

În figura 1 sunt prezentate toate cele cinci variante pentru excitaţiile maşinii de c.c. şi schemele de legare a acestor înfăşurări.

Este posibil deci ca o maşină de c.c. să posede mai multe înfăşurări de excitaţie, iar fiecare pol de excitaţie al maşinii va poseda, la rândul său, câte o bobină ce corespunde fiecărui tip de excitaţie. Bobinele unui tip de excitaţie de pe toţi polii au aceeaşi construcţie (dimensiuni geometrice,număr de spire, secţiunea conductoarelor, etc), doar sensul lor de bobinare este invers de la un pol la altul pentru a forma o succesiune corespunzătoare a polilor magnetici de excitaţie ai maşinii (N1 – S1 – N2 – S2 etc). Toate bobinele de pe toţi polii de excitaţie, se leagă între ele în serie (pentru că trebuie să fie parcurse de acelaşi curent de excitaţie) şi formează o înfăşurare de excitaţie corespunzătoare : serie, derivaţie etc.

În afară de înfăşurările de excitaţie şi înfăşurarea rotorică despre care deja s-a menţionat, o maşină de c.c. mai poate poseda o înfăşurare de compensaţie şi înfăşurarea polilor auxiliari, care se leagă în serie cu înfăşurarea rotorică a maşinii dar despre a căror utilitate se va vorbi în paragrafele următoare.

În ceea ce priveşte marcarea bornelor acestor înfăşurări, aceasta se face după cum urmează :

-- pentru înfăşurarea rotorică se foloseşte litera A (adică A1 pentru borna de început a înfăşurării şi A2 pentru borna de sfârşit a aceleiaşi înfăşurări);

-- pentru înfăşurarea polilor auxiliari se foloseşte litera B;

-- pentru înfăşurarea de compensaţie se foloseşte litera C;

-- pentru înfăşurarea de excitaţie serie se foloseşte litera D;

-- pentru înfăşurarea de excitaţie derivaţie se foloseşte litera E;

-- pentru înfăşurarea de excitaţie separată se foloseşte litera F.

Notaţiile menţionate apar deja în cadrul schemelor din figura 6.1.

În privinţa mărimilor principale normalizate pentru maşinile de c.c. avem:

a) tensiunea la borne :

-- pentru generatoare : 115; 230; 460 [V];

-- pentru motoare :110; 220; 440 [V];

pentru generatoare folosite la tracţiune electrică : 250; 660; 825; 1320; 1650; 2640; 3300 [V].

b) turaţiile nominale ale maşinilor de c.c. corespund cu cele ale maşinile de c.a. pentru frecvenţa de 50 [Hz] şi acelaşi număr al perechilor de poli.

Pentru maşina de c.c. cu destinaţie specială ( nave, aviaţie, etc) mărimile nominale se stabilesc prin norme speciale.

2.2. Elementele constructive ale maşinii de c.c.

O maşină de c.c. este formată dintr-o parte fixă sau statorică şi o parte mobilă sau rotorică. Din partea statorică fac parte următoarele elemente constructive : carcasa, polii de excitaţie şi polii auxiliari, sistemul de perii – portperii, cutia de borne , scuturile sau capacele laterale. În partea rotorică sunt cuprinse : miezul feromagnetic rotoric eventual şi butucul rotoric), înfăşurarea rotorică, colectorul şi paletele ventilatorului.

În continuare sunt prezentate pe rând elementele amintite anterior.

a) Carcasa maşinii de c.c. are formă cilindrică şi se execută din oţel turnat sau oţel sudat după roluire. Oţelul din care se execută carcasa trebuie să posede bune calităţi magnetice pentru că ea face parte din circuitul magnetic principal al maşinii şi anume reprezintă jugul său statoric 5, aşa cum se arată în figura 2 a. De aici şi necesitatea ca secţiunea sa să fie dimensionată în mod corespunzător; carcasa este mai lungă decât polul de excitaţie pentru că ea îndeplineşte şi rolul de protector mecanic al maşinii. La capete, cilindrul carcasei este prelucrat în sistem „prag şi adâncitură” pentru fixarea scuturilor laterale, iar la partea inferioară, de cilindrul carcasei se sudează ( sau se toarnă simultan cu carcasă) tălpile pentru fixarea maşinii de placa de fundaţie