Functionarea masinii de curent continuu

Functionarea masinii de curent continuu

1. Tensiunea electromotoare

Prin miscarea laturilor active ale bobinajului rotoric in campul magnetic inductor radial creat de infasurarea de excitatie sunt induse in acestea tensiuni electromotoare periodice, proportionale cu viteza v, cu lungimea laturii l si cu inductia magnetica B.

, care dupa cum se poate observa genereaza un curent al carui sens este de sensul de inaintare al burghiului drept, situat perpendicular pe planul vectorilor   si la rotirea primului peste cel de-al doilea. In modul valoarea acesteia va fi ( in conformitate cu cele cunoscute din algebra vectoriala ) In situatia ortogonalitatii acestora ( cazul masinilor de curent continuu ),, sinusul unghiului format de cei doi vectori fiind unitar.

Datorita colectorului si periilor ( cu rol de redresor mecanic ), tensiunea electromotoare a masinii ( masurata la borne la mersul in gol ) este o marime practic constanta cand numarul de crestaturi este mare ( pulsatia datorita comutatiei lamelelor la perii fiind in acest caz

neglijabila ). Periile fiind fixe, situatia conductoarelor caii de curent conectata la perii fata de campul magnetic se modifica in mica masura cand periile comuta lamelele. Tensiunea electromotoare a masinii se exprima atunci ca produsul intre tensiunea electromotoare medie e_m, corespunzatoare inductiei magnetice medii B_m si numarul de laturi active dintr-o cale de curent N_a :  

Dar inductia magnetica medie B_m este raportul dintre fluxul magnetic inductor Φ₀ al unui pol si aria τl corespunzatoare pasului polar . Viteza de miscare a conductoarelor fata de camp este proportionala cu turatia n, cu numarul de perechi de poli p si cu pasul polar :

;

Daca N este numarul total de laturi active, iar masina are 2a cai de curent, numarul de laturi corespunzator unei cai de curent este .

Cu acestea, rezulta expresia tensiunii electromotoare E₀ de functionare a masinii, prportionala cu viteza de rotatie si cu fluxul magnetic inductor :

S-a notat prin , o constanta dependenta de elementele constructive ale masinii.

In general, se utilizeaza turatia n in locul vitezei unghiulare pentru a exprima tensiunea electromotoare in forma : unde

La functionarea masinii ca generator electric, sensul de referinta si cel adevarat al curentului este cel al tensiunii electromotoare. La functionarea ca motor electric tensiunea electromotoare are sensul de referinta si cel adevarat invesrsat fata de sensul curentului si de aceea este denumita si tensiunea contraelectromotoare.

2. Cuplul electromagnetic

La functionarea in sarcina, caile de curent ale indusului ( rotorului ) sunt parcurse de curentii ramificati la conexiunea cu lamelele care sunt in contact cu periile colectoare.

Curentul din rotor produce un camp magnetic propriu de "reactie a indusului" care se adauga la campul inductor al polilor de excitatie, modificand intr-o oarecare masura repartitia campului in intrefier si valoarea fluxului magnetic longitudinal Φ corespunzator unui pas polar. Campul magnetic rezultant principal induce in caile de curent tensiunea electromotoare , diferita de E₀,corespunzatoare numai fluxului inductor Φ₀.

Puterea electromagnetica totala, corespunzatoare tensiunii electromotoare E si curentului I de sarcina al masinii, este denumita puterea interioara si are expresia :

Cuplul electromagnetic ce se exercita asupra rotorului rezulta conform relatiei :

; in literatura, constanta K se noteaza frecvent si cu K_m, pentru a i se conferi semnificatia de constanta a cuplului, valoarea ei fiind data de relatia , in care 20este numarul de cai de curent, N numarul de spire, iar p numarul de perechi de poli.

La functionarea ca generator a masinii, cuplul electromagnetic are sensul opus miscarii, antrenarea rotorului fiind impusa de motorul primar, pe cand la motor cuplul electromagnetic actioneaza in sensul miscarii, antrenand rotorul.

3. Schemele echivalente ale circuitului indus

a b

Fig. 4.2.

La functionarea ca generator, tensiunea electromotoare si curentul au acelasi sens in caile de curent ale indusului. Tensiunea la bornele masinii generatoare are acelasi sens ca si curentul in circuitul exterior bornelor. Tensiunea electromotoare este echilibrata de tensiunea la borne si de caderea de tensiune interioara in rezistenta cailor de curent, inclusiv rezistenta de contact intre perii si lamelele colectorului :

La functionarea ca motor, sensul curentului este schimbat fata de functionarea ca generator ; tensiunea la borne impune sensul curentului in circuitul interior masinii, fiind echilibrata de tensiunea electromotoare si de caderea de tensiune interna :

Celor doua ecuatii de tensiuni le corespund schemele echivalente cunoscute, reprezentate in figura 4.2.a. si respectiv b.Caderile de tensiune in rezistenta indusului si la contactul dintre perii si lamele totalizeaza la sarcina nominala valori relativ mici de ordinul catorva procente din tensiunea nominala.