1

Lucrarea de laborator L5

Maşina de curent continuu

A. Studiul construcţiei maşinii de curent continuu.

Lucrarea are următoarele obiective de studiat: 1. Schiţa statorului şi rotorului 2. Identificarea bornelor înfăşurărilor 3. Interpretarea datelor înscrise pe motor 1. SScchhiiţţaa ssttaattoorruulluuii şşii rroottoorruulluuii

SScchhiiţţaa ssttaattoorruulluuii

42

Gauri de prindere cu capacele

Talpi de fixare

Ureche

3

1Placa de bornecu 4 borne

Statorul (partea fixa) – este inductorul maşinii şi este format din:

1– carcasa din fontă (oţel) de 12mm grosime turnată; 2– polii magnetici (de excitaţie) fixaţi de carcasă, sunt construiţi din tole de oţel electrotehnic; 3– bobinele de excitaţie sunt alimentate cu curent continuu de excitaţie Iex şi au sensurile de înfăşurare astfel încât polii nord alternează succesiv cu polii sud . Sunt realizate din conductori de cupru. 4 – periile colectoare (montate in portperii), din grafit, prin care se realizează un contact prin presare pe lamelele de colector sunt legate la cele două borne ale maşinii.

2

SScchhiiţţaa rroottoorruulluuii

5 Înfasurarerotorului

Miezulrotorului

Axul rotorului

Rotorul (partea mobila) – este indusul maşinii şi este format din: – arborele rotorului (axul); – miezul feromagnetic confecţionat din tole de oţel electrotehnic. Are forma unui cilindru prevăzut cu crestături pe periferia exterioară în care sunt montate spirele înfăşurării rotorice; - înfăşurarea rotorului formata din spire (bobine) din conductor de cupru; 5– colectorul, este un corp cilindric mobil (solidar cu rotorul), format din lamele de cupru, izolate unele de altele şi fac legătura cu capetele bobinelor înfăşurării rotorice realizând închiderea înfăşurării rotorice. 2. Identificarea bornelor înfăşurărilor Motorul de curent continuu analizat în laborator prezintă: două borne pentru stator (bornele cu secţiune mică); două borne pentru rotor (bornele cu secţiune mare). Se identifică bornele aparţinând aceleiaşi înfăşurări cu un ohmmetru. 3. Interpretarea datelor înscrise pe motor U = 110A ; U –tensiunea de alimentare I = 25A I –curentul care trece prin rotor n =1700 rot/min n –turaţia maximă a motorului P = 2,5 kw P– puterea mecanica nominala la ieşirea din motor.

3

B. Aplicaţii cu motorul de cc în acţionările electrice.

I

E

UexIex

U ?

Ω,M2

P2

Ω,Μ

Pex

Diagrama de putere

Pm

Pjex Pj

P1 P

PfrPFe

P2

Se notează:

–P1 = puterea electrica absorbita de înfăşurarea rotorului; –Pex = puterea electrica absorbita de înfăşurarea statorului; –P = puterea electromagnetica transmisa rotorului;

–Pm = putere mecanică; –P2 = puterea mecanică utilă; –Pjex, Pj = pierderile de putere prin efect Joule în înfăşurări (stator si rotor); –PFe = pierderile de putere în fier(miez); –Pfr = pierderile de putere de frecare; –η = randamentul; –M = momentul cuplului electromagnetic; –M2 =momentul util; –Ipd = curentul la pornire directă.

1. Ecuaţiile fundamentale

U = E+RA ·I; E = K ·Φ ·Ω, tensiunea electromotoare indusa; P1 =UI; Uex=Rex·Iex;

Pex =Uex ·Iex =Rex(Iex)2 ; Pj =RA ·I2 ; P =EI =P1-Pj; Pm =P -PFe; P2 =Pm-Pfr;

602 nπ

=Ω , viteza unghiulara ; exPP

P+

=1

2η .

2. Momente cupluri

Ω

=PM , momentul cuplului electromagnetic;

Ω= 2

2P

M , momentul util.

3. Curentul de pornire al motorului

A

pd RUI = , curentul de pornire directa a motorului;

pA

p RRUI+

=max , curent de pornire cu reostat.

Φ

4

Aplicaţie numerica Un motor de curent continuu cu excitaţie separată are datele: U = 250V η = 0,82 Uex = 100V n = 1140rot/min Rex = 20Ω M2= 210Nm M2-cuplul util la ieşire RA = 0,2Ω Pfr= 4% din P2 P2 -puterea utilă Se cer: 1) Puterile din diagrama de puteri; 2) Tensiunea electromotoare E şi cuplul electromagnetic M; 3) Curentul de pornire directă Ipd şi rezistenţa reostatului de pornire pentru Ipmax =2,5In; 4) Viteza unghiulară Ω şi turaţia motorului pentru acelaşi cuplu electromagnetic la un curent de excitaţie de 0,8 din curentul de excitaţie nominal Iex =0,8Iexn.

1) Puterile din diagrama de puteri

WMPPM 250703,119210222

2 =⋅=Ω⋅=⇒Ω

=

sradn /3,11960

11402602

00 =⋅

==Ωππ

WPPfr 100325070100

4100

42 =⋅=⋅=

Pex =Uex . Iex =Rex.I2ex= Wx

exU 50020

100Re

22

==

WPexPPPP

P

ex

3007350082,0

2507021

1

2 =−=−=⇒+

=η

η

AUP

IIUP 3,120250

3007311 ===⇒⋅=

Pj =RA . I2 =0,2. 120,32 =2894W

P =E.I=P1 –Pj =30073– 2894= 27179W

P2 =Pm – Pfr ⇒

Pm = P2–Pfr =25070 –1003=26073 W

Pm = P–PFe ⇒ PFe =P-Pm =27179-26073=1106W

2) Tensiunea electromotoare E şi cuplul electromagnetic M

E=U–RA.I =250–0,2 . 120,3=225,94≈226V

M= 8,2273,119

27179==

ΩP N.m

5

3) Curentul de pornire directă Ipd şi rezistenţa reostatului de pornire Rp

Ipd = ARU

A

12502,0

250== ;

Ipmax =2,5.In =2,5.120,3=300,75A; Rp = Ω=−⋅

=− 63,02,03,1205,2

250

maxA

p

RI

U .

4) Viteza unghiulară Ω şi turaţia motorului

Pentru acelaşi cuplu electromagnetic la un curent de excitaţie de 0,8 din curentul de excitaţie nominal Iex =0,8Iexn se deduc valorile pentru viteza unghiulară şi turaţia motorului.

U = E+RAI

E = K.Φ.Ω ⇒ E’ = K.Φ.Ω’

M =K.Φ.I ⇒ K.Φ = 89,18,1208,227==

IM

M =K.Φ.I ⇒ M= K.0,8.Φ.I’⇒

⇒ AIk

MI 1508,03,120

8,08,0' ===

Ω⋅⋅=

⇒ E’ =U–RA.I’ =250–0,2.150=220V

⇒ sradk

E /5,14589,18,0

2208,0

'' =

⋅=

Φ⋅⋅=Ω .

C. Determinări experimentale în acţionarea cu motorul de cc. Lucrarea are ca scop următoarele obiective de studiat:

1. Pornirea motorului; 2. Reglarea turaţiei motorului; 3. Inversarea sensului de rotaţie; 4. Frânarea reostatica.

6

SScchheemmaa eelleeccttrriiccăă

Mcc- motor de curent continuu cu excitaţie separată cu datele: Un = 110V; In = 10A; Uex =38V; Iexn =0,25A; Pn =1Kw; nn = 1500rot/min; MT4- autotransformator monofazat; MS4-punte redresoare monofazată; ATR- autotransformator trifazat; MS2-punte redresoare monofazată. 11.. PPoorrnniirreeaa mmoottoorruulluuii

SSee rreeaalliizzeeaazzăă ppoorrnniirreeaa ppeennttrruu uunn ccuurreenntt lliimmiittaatt llaa mmaaxxiimm 1155AA pprriinn uurrmmăăttooaarreellee mmeettooddee::

a. Pornirea cu tensiune redusă de alimentare

Pentru tensiuni, U<110V ; R=0; Uex =38V ; Iexn; Se citeşte vârful curentului la pornire (deviaţia maximă). Se trec datele în tabel (valori orientative).

U[V] 15 20 26 30 35 41 46 51 Ip[A] 3 4 5 6 8 10 11 13

Observaţie: la creşterea tensiunii creşte curentul de pornire.

b. Pornirea reostatică

Se porneşte motorul în condiţiile: U =Un =110v; Iexn; R=Rmax......Rmin, R, rezistenţa reostatului este reglabilă pentru I≤15A. Se trec datele în tabel (valori orientative).

R[Ω] 75 65,8 56,04 36,38Ip[A] 2 3 4 5

Observaţie: la scăderea rezistenţei reostatului curentul de pornire va creşte.

A1

K∼

ATR

MT4

Uex∼−

MS2

−MS4

+

U

A2

OR

+

Iex

Dex

I R Ex

Mcc

7

2. Reglarea turaţiei motorului

Din ecuaţia de mai jos se deduc modurile de reglare a turaţiei: ex

A

IKIRRU

n⋅+−

=)(

R-rezistenţa reostatului. Se reglează turaţia prin următoarele metode:

a. Reglarea turaţiei prin variaţia tensiunii de alimentare

Condiţiile sunt: R=0; Iexn; U=Umin....Un, (tensiunea este variabilă) Se trec datele în tabel (valori orientative). U[V] 15 20 26 30 35 41 46 51 70 91 110 n [rot/min] 133,7 195,6 243,4 307 376,1 456 501,3 556,7 793,5 1047 1282 Se trasează graficul n =f(U)

243,4

133,7

195,6

307

376,1456

501,3

556,7

793,5

1047

1282

110

91705146413530262015

n[rot/min]

U[V]

b. Reglarea turaţiei prin variaţia rezistenţei reostatului

Condiţiile sunt: Un; Iexn; R=Rmax.....0, (rezistenţa reostatului este reglabilă ). Se trec datele în tabel (valori orientative).

8

R [Ω] 75 65,9 56 36,38 18,22 n [rot/min] 660 728 912 1090 1248

Se trasează graficul n =f(R).

[rot/min]

R [O]

n

7565,95636,3818,22

660

728

912

1090

1248

c. Reglarea turaţiei prin variaţia curentului de excitaţie

Condiţiile sunt: Un; R=0; Iex =0,2...0,5A ; U=110V Se trec datele în tabel (valori orientative).

Iex [A] 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 n [rot/min] 1400 1332 1278 1217 1180 1150 1124

Se trasează graficul n =f(Iex).

Iex[A]

n

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

1400

1332

1278

1217118011501124

[rot/min]

9

3. Inversarea sensului de rotaţie

Se face prin schimbarea polarităţii tensiunii continue din circuitul rotorului: se schimbă firele la bornele rotorului ,sau firele de la MS4 şi se constată inversarea. 4. Frânarea reostatică Motorul funcţionează la o tensiune U, Iex ,R, şi la o turaţie subnominală. Se măsoară timpul de oprire naturală, şi timpul de frânare reostatică. La fiecare frânare motorul are aceeaşi turaţie (n=1100rot/min, energie cinetica). Se citesc valorile de vârf a curentului la frânare şi se urmăreşte sensul curentului. Se trec datele în tabel (valori orientative):

R [Ω] 75 65,9 56 36,38 18,22 tf [s] 5,91 3,85 3,62 2,71 2,69 I [A] 0 -1 -1,5 -2,5 -5,5

Pentru oprirea naturală se întrerupe alimentarea din circuitul rotorului. Pentru frânare se întrerupe alimentarea circuitului rotoric şi se închide simultan întrerupătorul K. 5. Măsurarea rezistenţei reostatului

Pentru măsurarea rezistenţei reostatului se foloseşte metoda - ampermetrul şi voltmetrul în montaj aval; rezultatele se compară cu cele din măsurarea directă cu ohmmetru .Pentru măsurarea în aval se foloseşte schema de mai jos.

Rezistenta reostatului este R=I

U . Se trec datele în tabel (valori orientative).

U [V] 30 27 26,9 26,2 25,7 I [A] 0,4 0,41 0,48 0,72 1,41 R [Ω] 75 65,9 56 36,38 18,22