Momentul electromagnetic al masinilor de c.c. Ecuatia de echilibru a momentelor

Momentul electromagnetic al masinilor de c.c. Ecuatia de echilibru a momentelor

Se considera ca masina de c.c. conectata la retea, functioneaza ca generator la tensiune constanta (U=const.) si dezvolta un cuplu electromagnetic M_G (fig.4.20 a). Se cunoaste faptul ca acest cuplu (M_G) este rezistent in raport cu cuplul motor M_a al motorului primar ce antreneaza generatorul. Atunci curentul din rotorul generatorului va avea expresia .

Diminuand t.e.m. E_G prin reduceera vitezei de rotatie sau a fluxului magnetic al generatorului, se poate obtine E_G<U. In acest caz, curentul indus I_a schimba semnul, adica el va circula in sens invers in raport cu sensul initial; dar U=const., iar sensul curentului I_e prin infasurarea de excitatie ramane acelasi si in consecinta polii de excitatie pastreaza aceeasi polaritate. Atunci sensul cuplului electromag-netic M_G se va schimba, adica daca initial masina functiona ca generator (transfor-ma energia mecanica in energie electrica) dezvoltand un cuplu rezistent, acum ea functioneaza ca motor si dezvolta un cuplu motor (activ) M_M ce invinge cuplul rezistent la arbore si transforma energia electrica primita in energie mecanica.

Dar masina continua a se roti in acelasi sens si pastreaza aceeasi polaritate. Prin inlaturarea motorului primar de antrenare, se obtine schema unui motor normal cu excitatie in derivatie (fig.4.20 b). Modificand in expresia curentului rotoric semnele lui U si E_G si dand lui I_a semnul pozitiv corespunzator regimului de motor, ecuatia curentului pentru acest caz devine:

si in acest caz, se poate considera E_M ca o tensiune inversa in raport cu tensiunea (U) retelei.

La trecerea curentului prin infasurarea indusului aflat in campul magnetic inductor constant in timp si fix in spatiu al unei masini de c.c., asupra conduc-toarelor rotorice se exercita forte mecanice, ce determina cuplul electromagnetic al masinii. Se considera ca masina functioneaza in regim de motor si prin conduc-toarele infasurarii indusului trece curentul I_a in sensul indicat (fig.4.20 c). Asupra conductoarelor se exercita forta mecanica , al carui sens se determina potrivit regulii mainii stangi. Aceste forte creaza momentul , unde D este diametrul indusului. Acest moment tinde a roti rotorul cu viteza unghiulara Ω in sensul orar.

Fig.4.20 Explicativa privind cuplul electromagnetic

al masinii de c.c. in regimurile de generator si motor

Marimea momentului electromagnetic M al masinii de c.c. (generator sau motor) poate fi determinata prin puterea electromagnetica , ce caracteri-zeaza procesul de transformare al energiei electrice in energie mecanica sau invers. Intre puterea electromagnetica si momentul electromagnetic exista urmatoarea dependenta:

unde: - viteza unghiulara a indusului.

Prin urmare,

[Nm] (4.4)

Atunci cand masina electrica functioneaza in regim de generator, iar la bor-nele lui nu este conectat consumator electric, adica curentul din circuitul exterior este nul, generatorul functioneaza in gol. In acest caz, momentul pe care genera-torul il primeste la arborele sau de la motorul primar (motorul ce antreneaza rotorul generatorului) se echilibreaza de asa numitul moment la mersul in gol M₀. El corespunde puterii mecanice cedate generatorului la functionarea in gol pentru acoperirea pierderilor prin frecari si a pierderilor in fier datorate fenomenului de histerezis si curentilor turbionari, sau

Atunci cand la bornele de iesire ale generatorului se conecteaza consumator electric, adica curentul prin circuitul exterior nu este nul, la arborele masinii, pe langa momentul M₀ apare si momentul electromagnetic rezistent M.

In acest caz, pentru =const., momentul la arborele generatorului M₂, obti-nut de la motorul primar se echilibreaza cu cele doua momente M si M₀. Relatia (4.5) exprima conditia de echilibru a momentelor in generatorul de c.c.

(4.5)

Atunci cand masina electrica functioneaza in regim de motor la =const., pe langa momentul de mers in gol M₀ si momentul electromagnetic M, asupra arborelui masinii actioneaza invers si momentul util M₂ (de sarcina). Momentul M₂ este creat de masina de lucru, antrenata de motor si corespunde puterii utile P₂, pe care motorul pe la arborele sau o cedeaza mecanismului de lucru.

Momentul M₀, intocmai ca si la generator corespunde puterii pierdute P₀, cand la arborele motorului nu este cuplata masina de lucru. La motoare, momentul electromagnetic M este de rotatie, motor (de antrenare). In regim stabil de functio-nare, (=const.) momentul electromagnetic motor este echilibrat de momentul la functionarea in gol si de momentul util M₂ ce actioneaza in sens invers, sau:

(4.6)

In cazul cel mai general asupra arborelui motorului actioneaza si asa numitul moment dinamic , care apare la fiecare variatie a vitezei motorului si este determinat de momentul de inertie al tuturor maselor in rotatie, cuplate cu rotorul motorului:

(4.7)

unde:

momentul rezistent (static) la arborele masinii.

Din ecuatia (4.7) rezulta ca daca din unele motive momentul motor devine mai mare decat momentul rezistent (static) M_S, asupra arborelui masinii se exercita momentul dinamic pozitiv M_J, datorita caruia viteza unghiulara a motorului incepe sa creasca si invers. In regim stationar cand =const., momentul dinamic M_J este nul. Ecuatiile (4.6) si (4.7) exprima conditia de echilibru a momentelor in motorul de c.c.