Universitatea Politehnica Bucureşti

Facultatea de Inginerie Electrică

Disciplina: Convertoare electromecanice

Tema proiect: Comutația curentului la masina de

curent continuu

Studenţii:

Ovidiu CĂPĂŢÎNĂ

Cristian DRĂGUŢ

Grupa:131 IE

Profesor îndrumător: Gloria CIUMBULEA

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

2

Cuprins

1.Introducere:

1.1Definiţie

1.2.Generalităţi

2.Clasificare

3.Elemente constructive

4.Comutația curentului în mașinile de curent continuu

5.Efectul tensiunilor electromotoare induse in secția aflată in comutație

5.1.Tensiunea electromotoare de autoinducție

5.2.Tensiunea electromotoare indusă de câmpul inductor

6.Procedee de îmbunătăţire a procesului de comutaţie

7.Verificarea experimentală a comutației si reglajul câmpului magnetic al

polilor auxiliari

8.Concluzii

9.Bibliografie

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

3

1.Introducere

1.1Definiţie

Prin maşină electrică se inţelege un ansamblu de corpuri solide ( armături pe care de

regulă sunt plasate infăşurări conductoare ) , in general relativ mobile , cuplate intre ele

electric , magnetic , sau şi magnetic şi electric ; acest ansamblu transformă energia electrică

în energie mecanică , situaţie în care vorbim despre motoare , sau invers , din energie

mecanică în energie electrică , situaţie în care vorbim despre generatoare sau (in cazul

transformatorului spre exemplu din energie electrică tot în energie electrică de altă formă

sau parametri . )

1.2.Generalităţi

Maşinile de curent continuu au în regim permanent tensiunile la borne şi curentul în

circuitul exterior staţionare .

După principiul de funcţionare deosebim : maşini de curent continuu cu colector şi

maşini de curent continuu fără colector ( unipolare ) .

Maşinile de curent continuu cu colector au fost din punct de vedere istoric primele

generatoare de energie electromagnetică . Avantajele curentului alternativ sinusoidal însă în

transportul şi distribuţia energiei electrice au restrâns mult domeniul de folosire de folosire

a maşinilor de curent alternativ ca şi generatoare .

Ca motoare de curent continuu însă ele sunt utilizate pe scară tot mai largă , mai ales

odată cu dezvoltarea convertoarelor din electronica de putere , datorită posibilităţilor simple

de reglare .

Motoarele de curent continuu cu colector se folosesc cu succes în tracţiuni electrice (

tramvaie , troleibuze , trenuri electrice , electrocare ) , în acţionările care necesită limite

largi de reglaj al turaţiei şi în unele automatizări , ca elemente de execuţie .

Maşinile unipolare au o utilizare mai restrâsă , mai ales în aplicaţii de generatoare de

tensiuni joase şi curenţi foarte mari .

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

4

2.Clasificare

Dupa natura cuplajului distingem:

-maşini electrostatice , la care intervine doar cuplajul electric

-maşini magneto-electrice , la care intervine cuplajul magnetic , câmpul magnetic fiind

generat de magneţi permanenţi

-maşini electromagnetice , cele mai răspândite in aplicaţiile obişnuite , la care intervine de

asemenea cuplajul magnetic , câmpul magnetic fiind generat însă în acest caz de

electromagneţi ; reamintim că electromagnetul este în general un dispozitiv compus dintr-un

circuit magnetic înlănţuit cu un circuit electric în care polarizarea magnetică a materialului

circuitului magnetic ( de mare permeabilitate magnetică ) este produsă de curenţii electrici (

de conducţie ) , care parcurg bobina circuitului electric .

După sensul de transformare a energiei avem:

-maşini generatoare , al căror input energetic este energia mecanică , iar output-ul

energetic este energia electrică

-maşini motoare , la care se inversează sensul de circulaţie a energiei

-transformatoare , asimilate maşinilor electrice şi care transformă energia electrică

caracterizată de o anumită pereche curent/ tensiune tot în energie electrică de altă pereche

curent/tensiune , la aceeaşi frecventă ;

După natura curentului ce străbate înfăşurările armăturilor :

-maşini de curent alternativ

o sincrone/asincrone (de inducţie ) cu sau fără colector

o monofazate/polifazate

-maşini de curent continuu

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

5

3.Elemente constructive – mașina de curent continuu

Mașina de curent continuu(MCC) se construieste pentru o gama larga de puteri(zeci de

wați,pana la mii de kilowați), turații si tensiuni nominale (pana la 2000V)

Mașina de curent continuu se utilizează in regim de generator (in instalațiile de

producere a energiei electrice),motor (tractiune electrică, mașini de ridicat și transportat, în

acționări care necesită reglaj larg si continuu al vitezei) si frana.

Mașina de curent continuu se compune din doua parți constructive de bază:

statorul care reprezinta inductorul

rotorul care reprezinta indusul.

Mașinile de curent continuu pot fi:

Mașini heteropolare - sistemul inductor este format dintr-o susccesiune alternantă de

poli nord si sud

Mașini homopolare - funcționarea lor se bazează pe discul lui Faraday

Statorul este partea imobilă a mașinii, care are ca elemente constructive principale:

carcasa (jugul statoric) , polii de excitatie si infașurarea concentrată respectivă de curent

continuu, polii de comutație(auxiliari) si infașurarea concentrată corespunzătoare,

scuturile(capacele) frontale cu lagare cu rulmenți sau de alunecare, sistemul perii si

portperii, cutia de borne.

Rotorul este partea mobilă a mașinii, constituit din cateva elemente constructive

principale: miezul (pachetul) rotoric, care prezintă la periferie dinti, repartizati uniform, iar

spre interior jugul rotoric fixat pe arbore, înfășurarea rotorică distribuită uniform în

crestături ale miezului rotoric, colectorul, ventilatorul.

Vom da in cele ce urmează o scurtă descriere a elementelor constructive principale ale

mașinii de curent continuu.

Carcasa (jugul statoric) reprezintă partea imobilă în care se fixează polii de excitație și

prin care mașina este fixată in fundație prin intermediul unei tălpi de prindere și buloane. La

mașinile de putere mai mare de cateva sute de wați, carcasa si jugul statoric (care servește

drept drum de închidere al fluxului magnetic produs de polii de excitație) reprezintă una și

aceeasi piesă constructivă. Pentru a se oferi fluxului magnetic o reluctanță cat mai mică,

carcasa se construiește din fontă si oțel turnat, uneori din tablă groasă și oțel sudată.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

6

Polii de excitație (principali) se construiesc din tole de oțel electrotehnic de 1-2mm

grosime(fig.3.3),strânse pachet cu ajutorul unor buloane nituite. Polii se prind in carcasă

prin buloane. Ei poartă bobinele de excitație străbătute de curentul de excitatie. Bobinele de

excitatie se realizeaza dintr-un conductor rotund sau profilat de cupru. Conductorul este

izolat pentru a nu se produce scurtcircuite intre spirele bobinei. Bobinele polilor de excitație

se leagă între ele în serie sau paralel și se alimentează prin bornele din cutia de borne.

Polii de comutatie (auxiliari) (fig 3.4), sunt constituiți dintr-un miez de fier masiv sau

din tole si au de regulă o formă paralelipipedică. Aceștia sunt situați in axa neutră a mașinii-

mijlocul distanței dintre polii principali.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

7

Miezul rotoric (fig. 3.1) se contruiește din tole de oțel electrotehnic (fig.3.5), de forma

circulară cu dinți și crestături, de profil foarte variat (fig. 3.5, b ). De obicei grosimea

acestor tole este de 0,5-1mm. Tolele separate se izolează una de alta printr-un strat subțire

de lac sau printr-un strat de oxid. Grosimea izolației este de 0,03 - 0,05mm. O astfel de

construcție a miezului are ca scop reducerea curenților turbionari care se dezvoltă in miez la

rotirea sa in câmpul magnetic. Curenții turbionari duc la pierderi de energie care se

transformă în caldură. La miez masiv, aceste pierderi, deși ar fi foarte mari, ar duce la

reducerea randamentului mașinii și la o încalzire foarte ridicată.

Înfășurarea rotorică (fig. 3.1) constă din secții, care se pregătesc pe sabloane speciale si

se aseaza in crestaturile miezului (fig. 3.6, a). Înfasurarea se izolează de miez cu grijă și se

consolidează in crestături, cele mai deseori cu ajutorul unor pene speciale de lemn sau alt

material izolant (fig. 3.6, b)

Secțiunile înfășurării rotorice se leagă la colector, care este un subansamblu caracteristic

mașinii de curent continuu.

Colectorul (fig. 3.7) are forma cilindrică, fiind construit din placuțe de cupru,

denumite lamele, izolate una față de cealaltă printr-un strat de micanită si de asemenea

izolate de piesele de strângere. La mașinile de putere mică, colectorul se realizează din

lamele solidarizate si totodată izolate între ele cu ajutorul unui material rășinos sintetic.

Colectorul se invârtește solidar cu rotorul mașinii.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

8

.

Înfășurarea de excitație se execută din conductor de cupru izolat,sub forma unor

bobine concentrice montate pe miezul polilor principali. Bobinele de excitație se leagă în

serie sau în paralel, astfel încat să se obtină un inductor heteropolar. Înfășurarea de excitație

se alimentează în curent continuu.

Înfăsurarea de compensare este dispusă în crestături închise practicate in talpa

polilor principali, in zona situată spre intrefier. Această înfașurare se conectează in serie cu

înfașurarea indusului și are rolul de a anihila sau diminua efectele fenomenului de reacție a

indusului.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

9

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

10

4. Comutația curentului in mașinile de curent continuu

Comuțatia se definește ca fiind ansamblul fenomenelor ce au loc la trecerea unei secții a

înfășurării indusului dintr-o cale de curent in alta, atunci cand mașina funcționează în

sarcină, IA ¹ 0.

Rotația indusului face ca diferitele secții ale infășurării să treacă succesiv dintr-o cale de

curent in alta, cu schimbarea sensului curentului. Această schimbare de sens a curentului

prin secția care comută are loc într-un anumit interval de timp, în care această secție este

scurtcircuitată prin intermediul periilor.

Variația curentului în secția care comută

a) b) c)

Fig. 2

Fie o secție a unei infășurări buclate simple (fig. 2), reprezentată la trei momente diferite

de timp, t = 0 , începutul procesului de comutație, un moment intermediar t și sfârșitul

accestui proces - timpul de comutație Tk = bk/v , unde bk este lățimea periei, considerată a

fi egală cu lațimea lamelei de colector, iar v este viteza periferică a colectorului.

Pentru momentul intermediar, fie b1 = vt lațimea zonei din peria 1 acoperită de perie și

b2 = v (Tk - t) lațimea zonei din peria 2 acoperită de perie. Dacă Rp este rezistența de

contact dintre perie si o lamelă, atunci rezistențele de contact ale periei cu fiecare din

cele două lamele în momentul intermediar au expresiile:

𝑅𝑝1 =𝑇𝑘

𝑡 𝑅𝑝 , 𝑅𝑝2 =

𝑇𝑘

𝑇𝑘−𝑡 𝑅𝑝

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

11

Fie de asemenea Rs rezistenta electrică a secției in comutație si Rr rezistența conexiunii

secției la colector.

Aplicând legea inducției electromagnetice pe conturul închis format de secție, conexiuni,

lamele și perie rezultă relația:

Rsi+(Rr+Rp1)(i-Ia)+(Rr+Rp2)(i+Ia) =∑ 𝑢 ei

unde ∑ 𝑢 ei este suma tensiunilor electromotoare induse în secție în procesul de comutație.

Rezultă expresia curentului instantaneu prin secție:

𝑖 =∑𝑢 𝑒𝑖 + ( 𝑅𝑝1 − 𝑅𝑝2 )𝐼𝑎

𝑅𝑠 + 2𝑅𝑟 + 𝑅𝑝1 + 𝑅𝑝2

In cazul ideal, definit prin ∑ 𝑢 ei , denumit comutație de rezistență rezultă:

𝑖𝑟(𝑡) =1 −

2𝑡𝑇𝑘

1 + 𝑅𝑠 + 2𝑅𝑟

𝑅𝑝

𝑡𝑇𝑘

(1 −𝑡

𝑇𝑘)

𝐼𝑎

iar cazul superideal, cand Rs + 2 Rr << Rp, denumit comutație liniară,

𝑖1(𝑡) = (1 −2𝑡

𝑇𝑘) 𝐼𝑎

Fig. 3 Fig. 4

Variația curentului prin secția care comută pentru cele doua cazuri ideale este

reprezentată in figura 3; se observă că, cu exceptia momentelor de timp 0, Tk/2 si Tk,

|𝑖𝑟| < |𝑖𝑒

Expresiile densității de curent în cele două zone de contact ale periei cu lamele 1

respectiv 2, fig. 2b), sunt:

𝐽1 =|𝑖−𝐼𝑎|

𝑏1 𝑙𝑝,

𝐽2 =|𝑖 − 𝐼𝑎|

𝑏2𝑙𝑝

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

12

, unde lp este dimensiunea periei in directie axiala. In procesul de comutatie cele doua

densitati de curent variaza in limitele:

𝐽1 ∈ [𝐽1(0),2𝐼𝑎

𝑏𝑘𝑙𝑝] , 𝐽2 ∈ [

2𝐼𝑎

𝑏𝑘𝑙𝑝, 𝐽2(𝑇𝑘)]

Cu notatia 𝐽𝑚 = 2𝐼𝑎

𝑏𝑘𝑙𝑝 - valoarea medie a densitatii de curent, rezulta marimile:

𝐽1(0) = lim𝑡→0 𝐽1(𝑡) = 𝐽𝑚𝑡𝑔 𝛼1

𝑡𝑔 𝛼𝑚 ,

𝐽2(𝑇𝑘) = lim𝑡→𝑇𝑘

𝐽2(𝑡) = 𝐽𝑚

𝑡𝑔 𝛼2

𝑡𝑔 𝛼𝑚

unde unghiurile 𝛼1 , 𝛼2 , 𝛼𝑚 sunt reprezentate in figura 3.

Variația în timp a densității de curent în cele două zone de contact ale periei, cu lamela 1,

J1(t) , respectiv cu lamela 2, J2(t), în cazul comutației de rezistență este prezentată in figura

4.

Comutația liniară este apreciată ca o comutație bună, deoarece densitatea de curent în

zona de contact a periei cu colectorul este constantă, Jm. Comutația de rezistentă este

grabită la inceputul procesului și întârziată la sfârșitul acestuia; se apreciază ca fiind

acceptabilă dacă valoarea densității de curent nu depășește valoarea admisibilă din punctul

de vedere al efectului termic.

Comutatia optimă ar fi aceea pentru care densitatea de curent pe peria 2, fig. 2 c), în

finalul procesului de comutație este nulă, adică:

lim𝑡→𝑇𝑘

𝑖 + 𝐼𝑎

𝑏2𝑙𝑝= 0

ceea ce conform expresiei generale a curentului i conduce la condiția:

∑ 𝑢𝑒𝑖 = − (2𝑅𝑝 + 𝑅𝑠 + 2𝑅𝑟 )𝐼𝑎

Prin urmare, comutația optimă are loc în condițiile în care suma tensiunilor

electromotoare induse in secție este egală și de semn contrar cu căderea de tensiune produsă

de curentul Ia in circuitul secției.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

13

5.Efectul tensiunilor electromotoare induse in secția aflată în

comutație

5.1.Tensiunea electromotoare de autoinducție, având expresia:

𝑢𝑒𝐿 = − 𝐿𝑠

𝑑𝑖

𝑑𝑡

unde Ls este inductivitatea secținunii, se opune variației curentului in secțiunea aflată în

comutație, întarziind procesul de comutație.

Valoarea medie a acestei tensiuni este:

𝑈𝑒𝐿𝑚𝑒𝑑 = 1

𝑇𝑘∫ 𝑢𝑒𝐿(𝑡) 𝑑𝑡 =

1

𝑇𝑘

𝑇𝑘

0

𝐿𝑠2𝐼𝑎

Deoarece 𝑇𝑘 = 𝑏𝑘

𝑣=

𝑏𝑘 60

𝜋𝐷𝑘𝑛=

𝜋𝐷𝑘

𝐾

60

𝜋𝐷𝑘𝑛 , rezultă:

𝑈𝑒𝐿𝑚𝑒𝑑 = 2𝑛 𝐾 𝐿𝑠𝐼𝑎

unde n este turația, iar K numărul de lamele la colector.

Inductivitatea unei secții cu ws spire are expresia:

𝐿𝑠 = 2𝑤𝑠2𝑙𝑖 (𝜆𝑐 + 𝜆𝑓

𝑙𝑓

𝑙𝑖+ 𝜆𝑐𝑑)

fig. 5

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

14

unde li – lungimea ideală a mașinii,

𝜆𝑐 = ℎ1

3𝑏𝑐+

ℎ2

𝑏𝑐 - permeanța asociată câmpului magnetic in crestatură,

𝜆𝑐 - permeanța asociată câmpului magnetic în zona capetelor de bobină,

If - lungimea capetelor de bobină,

lcd - permeanța asociată câmpului magnetic ce se închide între doi dinți alăturați.

Cum ws = N/2K, unde N este numarul total de conductoare al înfășurării, rezultă

urmatoarele relații de proporționalitate:

𝑈𝑒𝐿𝑚𝑒𝑑 ≈ 𝑤𝑠2 ;

1

𝐾 ; 𝜆𝑐 ; 𝜆𝑐𝑑

Rezultă că o valoare redusă a tensiunii electromotoare de autoinducție presupune un

numar redus de spire pe sectie, eventual ws = 1, un numar mare K de lamele la

colector, crestături deschise, care au valori reduse ale permeanței 𝜆𝑐𝑑 si crestături de

lațime relativ mare, pentru ca permeanța 𝜆𝑐 să aibă valori reduse.

Dacă înfășurarea are mai multe secții pe crestătura, u > 1, numărul de lamele la colector

crește, K = uZ, și ca urmare tensiunea electromotoare de autoinducție scade.

Atunci mai multe secții comută în același timp și Ms este inductivitatea mutuală a secției

considerate în raport cu acestea, atunci valoarea medie a tensiunii electromotoare de

autoinductie are expresia:

𝑈𝑒𝐿𝑚𝑒𝑑 = 1

𝑇𝐾

(𝐿𝑠 + 𝑀𝑠)2𝐼𝑎

Scurtarea pasului înfășurării face ca inductivitatea mutuală Ms să scadă, având ca efect

reducerea tensiunii electromotoare de autoinductie.

Tensiunea electromotoare indusă prin mișcarea secției în comutație in câmpul magnetic

de reacție transversală, are indiferent de regimul de funcționare al mașinii, sensul pe care-l

avea curentul în indus înainte de a intra în procesul de comutație, fig. 6; prin urmare

această tensiune se opune comutației curentului.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

15

Fig. 6 Fig. 7

Opunându-se comutației curentului, ambele tensiuni induse, ueL, si uert, au ca efect o

comutație neliniara, fig. 7. Prezența lor inrăutățește comutația, in sensul creșterii densitatii

de curent la muchia posterioară a periei în raport cu sensul de mișcare poate conduce la

apariția unor scântei la colector.

5.2.Tensiunea electromotoare indusă de câmpul inductor:

Tensiunea electromotoare indusă de câmpul inductor ca urmare a decalării periilor din

axa neutră a polilor inductori, cu unghiul ∝ , depinde de sensul decalării. Astfel, in regimul

de generator, fig. 8, se observă că decalarea periilor în sensul de rotație, determină

inducerea unei tensiuni electromotoare de sens opus aceleia indusă de câmpul magnetic de

reacție transversală.

𝑢𝑒𝐿 = 2𝑣𝑤𝑠𝑙𝑖𝐵𝑖(∝)

Fig. 8

Prin urmare, această tensiune electromotoare compensează efectul nedorit al tensiunii

electromotoare de autoinducție ueL si al tensiunii electromotoare indusă de câmpul de

reacție transversală, respectiv îmbunătățește comutația. Același efect pozitiv îl are decalarea

periilor în sens invers sensului de rotație în regimul de motor al mașinii.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

16

6.Procedee de îmbunătăţire a procesului de comutaţie

Comutaţia curentului în maşinile de c.c. este exclusiv foarte importantă pentru

exploatarea lor. Desfăşurarea corectă a procesului de comutaţie este direct legată de

funcţionarea fără scântei a maşinii. Procesul de comutaţie constă în aceea că în timpul

rotaţiei indusului, secţiile separate ale înfăşurării indusului, se comută cu ajutorul periilor

dintr-o cale de curent în alta, iar curentul din secţiile în comutare variază ca mărime şi ca

sens.

În fig.9 a,b,c,d se prezintă schematic momente succesive ale procesului de trecere dintr-o

cale de curent în alta a secţiei k (secţia de comutaţie), ce face contact cu lamelele de

colector 1 şi 2. Cu săgeată se indică sensul de deplasare al secţiei împreună cu lamele de

colector faţă de peria imobilă, prin care trece curentul 2Ik.

Pentru simplitate în examinarea procesului se neglijează grosimea stratului de izolaţie

dintre lamelele de colector şi se admite că lăţimea periei este egală cu lăţimea unei lamele

de colector. Se consideră că iniţial secţia k este într-o cale de curent a înfăşurării indusului

şi curentul prin ea este egal cu Ik (fig.9 a).

La rotaţia rotorului în sensul de mişcare al acelor de ceasornic, în momentul următor

peria începe a face contact şi cu lamela de colector 1 (fig.9 b), prin care secţia este

scurtircuitată. Curentul prin ea se reduce, încât o parte din curentul 2Ik, ce trece prin perie,

se scurge prin lamela de colector 1 și se poate admite, că curentul prin lamelele de colector

1 şi 2 se distribuie proporţional cu mărimea suprafeţelor lor de contact cu peria.

În continuare, în rotaţia indusului, dacă se neglijează influenţa altor factori, curentul i prin

secţia în comutaţie va continua a se reduce potrivit unei legi liniare, proporţional cu

creșterea suprafeţei de contact dintre perie şi lamela de contact 1. În momentul, când

suprafeţele de contact dintre perie şi lamelele de colector 1şi 2 se egalează, curentul i prin

secţia k devine nul.

În momentul următor, suprafaţa de contact dintre perie şi lamela de colector 1 devine mai

mare decât aceea dintre perie şi lamela de colector 2, datorită căreia curentul i prin secţia k

schimbă de sens (fig.9c).

În continuare curentul i creşte după o lege liniară şi în momentul, când peria face contact

numai cu lamela de colector 1 (fig.9 d), el devine egal cu Ik, dar trece în sens invers celui

dinaintea comutaţiei. Din acest moment secția k este comutată și se află în altă cale de

curent a înfășurării indusului.

În consecinţă, în timpul de la începutul până la sfârşitul comutaţiei, care se numeşte

perioada procesului de comutaţie ce se notează cu Tk, curentul din secţia k schimbă sensul

şi mărimea sa de la +Ik la –Ik. Deoarece curentul variază după o lege liniară, această

comutaţie este numită liniară.

Comutaţia liniară este cea mai favorabilă, deoarece numai în aceasta curentul prin

lamelele de contact se distribuie proporţional cu suprafaţa de contact dintre ele şi perie.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

17

Astfel se asigură densitate de curent identică sub perie, care este una din condiţiile de bază

ale funcţionării fără scântei a maşinilor de c.c.

Fig.9 a, b, c, d Explicativă privind desfăşurarea procesului de comutaţie la maşina de c.c.

Fig.10 Tipuri de comutaţie a maşinii de c.c.

În fig.10 cu linia plină 1 este arătată legea de variaţie a curentului în secţia în comutaţie

pentru cazul idealizat al comutaţiei liniare. În practică, comutaţia este neliniară, deoarece,

asupra variaţiei curentului din secţia în comutaţie influenţează t.e.m. eL indusă în aceasta

prin autoinducţie.

În procesul de comutaţie curentul i prin secţia în comutaţie variază de la +Ik la –Ik.

Această variaţie are loc foarte rapid. Perioada de comutaţie este de la 0,002 s până la 0,003

s. Datorită acesteia în secţia de comutaţie se induce o importantă t.e.m. de autoinducţie

die L

dt L , care potrivit principiului lui Lentz, tinde a se opune variaţiei curentului. În

acest caz este prezentă comutaţia întârziată şi în fig.10 cu linia întreruptă 2 se prezintă

variaţia curentului când comutaţia este neliniară.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

18

La comutaţia întârziată, datorită t.e.m. de autoinducţie eL, creşterea curen-tului prin

lamela de colector 1 şi reducerea curentului prin lamela de colector 2 se întârzie. În acest

caz, când peria acoperă suprafeţe egale ale celor două lamele de colector, curentul prin

lamela 2 va fi mai mare decât curentul prin lamela 1. Pe lângă aceasta, partea în retragere a

periei de pe lamela de colector 2 va fi supraîn-cărcată (densitatea de curent este mai mare) şi

pot apare scântei între această parte a periei şi colector, care provoacă deteriorarea

suprafeţei periei şi colectorului.

Pentru prevenirea acestui fenomen dăunător, este necesar în procesul de comutaţie a

compensa t.e.m. de autoinducţie eL încât comutaţia să se apropie de cea liniară. Aceasta în

măsura cunoscută se poate reuşi prin deplasarea periilor maşinii din zona axei fizice neutre,

încât în secţia în comutare se induce t.e.m. de rotaţie ek orientată invers faţă de eL.

În această situaţie, t.e.m. ek nu poate compensa complet t.e.m. eL, deoarece la variaţia

sarcinii (variaţia curentului prin înfăşurarea indusului) se modifică şi eL. Pentru a se

compensa eL, este necesar a se modifica continuu ek prin deplasarea periilor, care practic

este imposibil. Iată de ce pentru îmbunătăţirea comutaţiei se utilizează polii auxiliari plasați

în axa neutră geometrică dintre polii principali, iar înfăşurările polilor auxiliari se înseriază

cu înfăşurarea indusului (aceiaşi poli auxiliari servesc şi pentru compensarea reacţiei

indusului – fig.7).

Prin acest procedeu, la variaţia sarcinii, prin care se modifică eL se modifică şi câmpul

magnetic creat de polii auxiliari. Acest câmp induce în secţia în comu-taţie t.e.m. de rotaţie

ek corespunzătoare ce compensează t.e.m. de autoinducţie eL. La maşinile cu polii auxiliari

periile nu se deplasează din axa neutră.

Dacă t.e.m. de rotaţie ek se arată mai mare decât t.e.m. eL de autoinducţie, este prezentă

aşa numita comutaţie accelerată (variaţia curentului în secţia în comutaţie se accelerează –

curba 3 din fig.10). Comutaţia accelerată este nelinia-ră şi întocmai ca şi cea întârziată nu

este de dorit. Prin ea se supraîncarcă porţiunea în retragere a periei de pe lamela de colector

1 şi se crează condiţiile de apariţie a scânteilor. Compensarea completă a t.e.m. eL prin

t.e.m. ek şi obţinerea comutaţiei liniare la toate sarcinile maşinilor de c.c. este practic

imposibilă. Totodată parame-trii polilor auxiliari se aleg astfel încât să se obţină

compensaţia medie a t.e.m. eL.

7.Verificarea experimentala a comutatiei si reglajul campului

magnetic al polilor auxiliari

Funcționarea corectă a unei mașini electrice din punct de vedere al procesului de

comutație, impune asigurarea unei anumite rezerve în sensul funcționării fara scîntei la

colector în cazul unor variații rapide ale curentului de sarcină, respectiv în cazul unor

suprasarcini in limite admisibile. Verificarea experimentala a comutației prezentată în

continuare are ca scop determinarea zonei de comutație fară scântei în raport cu solenația

polilor auxiliari.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

19

Experimentul constă în antrenarea mașinii ca generator la turația nominală, cu periile

poziționate corect, in axa neutră, sarcina variind de la gol pana la regimul de suprasarcină

admisibil Im. Înfășurarea B1-B2 a polilor auxiliari, fig. 11, este alimentată suplimentar de la

o sursă reglabilă GA, ce poate injecta in aceasta curentul Is , de valoare reglabilă si cu sensul

dorit.

fig. 11

Pentru valori succesiv crescătoare ale curentului de sarcină IA al mașinii se reglează

curentul Is într-un sens, respectiv în sens opus până la valorile Is+, Is- la care apar primele

scântei la colector. În caz că, curba medie, (Is+ + Is-)/2 , fig. 12 a), coincide cu axa

absciselor, comutația mașinii este bună.

Mașina are o rezervă de comutație cu atât mai mare cu cât aria domeniului mărginit de

curbele Is+(IA), Is-(IA) este mai mare. În cazul că polii de comutație produc un câmp

magnetic mai slab decât cel optim, curba (Is+ + Is-)/2 = f(IA) se situează deasupra axei

absciselor, fig. 12 b), iar atunci cand polii sunt prea “tari” această curbă se află sub axa

abscisei, fig. 12 c).

In primul caz este necesar să se sporească numărul de spire al polilor de comutație

sau să se reducă întrefierul echivalent al polilor de comutație; in cel de-al doilea se

procedează invers.

a) b) c)

Fig. 12

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

20

8.Concluzii:

În general armăturile cuplate sunt relativ mobile ; la limită când între cele două

armături nu avem mişcare relativă .

După felul tensiunii de comutaţie mutatoarele pot avea comutaţie naturală

(mutatoare cu comutaţie de la reţea), comutaţia de la sarcină (tensiunea alternativă de

comutaţie se ia de la sarcina mutatorului) şi comutaţie forţată (tensiunea de comutaţie se ia

de la un circuit de stingere, de regulă cu condensator de comutaţie).

La comutaţia lineară densitatea de curent sub perii este constantă pe toată durata

comutaţiei şi nu apar scântei la collector.

La comutaţia întârziată densitatea de curent are valori mari la sfârşitul perioadei de

comutaţie şi apar scântei la muchia de ieşire a periei.

La comutaţia grăbită scânteile apar la muchia de intrare a periei, ca urmare a

densităţii mari de curent la începutul perioadei de comutaţie.

Scânteile sunt dăunătoare deoarece produc supraîncălziri locale, deteriorează

suprafaţa colectorului, măresc uzura periilor, iar în cazuri extreme determină apariţia

cercului de foc la collector.

Universitatea Politehnica București

Convertoare Electromecanice

21

9.Bibliografie:

’’Masini electrice’’ – Neculai Galan

’’Masini electrice’’ – Aurel Campeanu, Ion Vlad

https://ro.scribd.com/doc/97668482/Motoare-de-Curent-Continuu

http://www.slideshare.net/IonutFiorosu/masina-de-curent-continuu

http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/MASINI-DE-CURENT-CONTINUU85317.php