TEST DE EVALUARE

Nume şi prenume elev...........................

Clasa.................................................

Toate subiectele sunt obligatorii. Se acordă 10 puncte din oficiu.

Timpul efectiv de lucru este de 20 minute.

Subiectul I

Să se încercuiască litera corespunzătoare răspunsului corect în cazul

afirmaţiilor de mai jos:

1. La pornire motoarele electrice de curent continuu absorb:

a) un curent mai mic decât curentul nominal

b) un curent egal cu cel nominal

c) un curent mai mare decât curentul nominal

2. Inversarea sensului de rotaţie la motoarele electrice de curent continuu se

face prin:

a) conectarea unui reostat în circuitul rotoric

b) inversarea polarităţii circuitului rotoric

c) conectarea unei rezistenţe cu dublă polaritate

3. Caracteristicile mecanice ale motoarelor electrice de curent continuu se

definesc ca fiind dependenţele:

a) curentul absorbit în funcţie de cuplu

b) turaţia în funcţie de cuplu

c) randamentul în funcţie de puterea utilă

4. Motoarele electrice de curent continuu pot fi:

a) asincrone

b) sincrone

c) cu excitaţie serie

5. Protecţia la scurtcircuit se realizează prin:

a) siguranţe fuzibile sau relee electromagnetice

b) relee de tensiune maximă

c) relee intermediare

Subiectul II

Să se citească cu atenţie afirmaţiile de mai jos. În cazul în care se

apreciază că o afirmaţie este adevărată, se scrie în partea din stânga litera A, iar în

caz contrar litera F.

------ 1) Caracteristica mecanică naturală a motoarelor electrice de curent

continuu se defineşte ca fiind dependenţa n=f (M) în condiţiile U=UN, Ie=IeN şi Rp=0.

------ 2) Pornirea cu tensiune redusă a motoarelor electrice de curent continuu

presupune alimentarea înfăşurării indusului de la o sursă de tensiune reglabilă.

------ 3) Schimbarea sensului turaţiei motoarelor electrice de curent continuu cu

excitaţie separată se face prin schimbarea polaritîţii tensiunii la bornele indusului şi

a tensiunii de excitaţie.

------ 4) Pornirea reostatică a motoarelor electrice de curent continuu cu excitaţie

derivaţie conduce la mărirea şocurilor de cuplu, respectiv de curent ale motorului.

------ 5) Reducerea fluxului la motoarele electrice de curent continuu cu excitaţie

serie se face şuntând înfăţurarea de excitaţie cu o rezistenţă.

Subiectul III

1. Să se definească şi să se reprezinte caracteristica mecanică naturală a

motorului de curent continuu cu excitaţie derivaţie.

2. Se dă următoarea schemă principială:

a). Indicaţi tipul motorului de curent continuu pentru care se utilizează acestă

schemă.

b). Precizaţi denumirea echipamentelor utilizate în această schemă

GRILA DE RĂSPUNS

1.1.1.1.1.1 Nr.

Item1.1.1.1.1.1.1.1 Răspuns corect Punctaj

I.1 c 2p

I.2 b 2p

I.3 b 2p

I.4 c 2p

I.5 a 2p

II.1 A 2p

II.2 A 2p

II.3 F 2p

II.4 F 2p

II.5 A 2p

III.1. Se numeşte caracteristică mecanică naturală, caracteristica mecanică

pentru care tensiunea la borne are valoare nominală (Ub=Un), curentul

de excitaţie are, deasemenea, valoarea nominală (Ie=In), iar rezistenţa

de reglaj din circuitul indusului este nulă (Rr=0);

n=f(M)

Ecuaţia caracteristicii mecanice naturale este :

Reprezentarea grafică a caracteristicii mecanice naturale este cea din

figura de mai jos în care s-a notat:

şi

A(0,n0)

B(Mn,nn)

La motorul de c.c cu excitaţie derivaţie, scăderea turaţiei n cu

creşterea sarcinii este foarte mică.

28p

III.2 a). motorul de curent continuu cu excitaţie separată

b). Rc=reostat de pornire cu rezistenţă variabilă

V=voltmetru

A=ampermetru

e1,2,3,4=siguranţe fuzibile

K1,2=contactor

5p

5p

PROIECT DIDACTIC

Scoala

Profesor:

Data:

Clasa

: MODULUL 4: MONTAREA ŞI UTILIZAREA MAŞINILOR ELECTRICE

Tema l: Pornirea motoarelor de curent continuu cu excitaţie separată:

principii, metode(descriere), scheme, avantaje- dezavantaje.

Tipul lecţiei :predare-învăţare

Timp efectiv : 30 min

Competenţe specificeC.S.1. Citirea şi reprezentarea schemelor electrice de acţionare a motoarelor

electrice;

C.S.2. Reprezentarea grafică a caracteristicilor maşinilor electrice;

Competenţe derivate

C.D.1. Precizarea metodelor de pornire a motoarelor electrice de curent continuu cu

excitaţie separată

C.D.2. Explicarea principiului metodelor de pornire

C.D.3. Reprezentarea grafică a evoluţiei punctului de funcţionare

C.D.4. Interpretarea caracteristicilor electromecanice

C.D.5. Reprezentarea schemelor principiale

C.D.6 Identificarea elementelor din schemele de principiu şi precizarea rolului

acestora

C.D.7. Precizarea avantajelor şi dezavantajelor metodelor de pornire

1.2 Conţinut esenţializat

1.3 C.E.1 Explicarea principiului modalităţilor de pornire

C.E.2 Reprezentarea grafică a caracteristicilor mecanice şi a evoluţiei

punctului de funcţionare

C.E.3 Reprezentarea schemei principiale şi identificarea echipamentelor utilizate

C.E.4 Enumerarea avantajelor şi dezavantajelor metodelor de pornire.

1.4 Strategii didactice

a) Metode şi procedee

-expunerea

-explicaţia

-conversaţia euristică

-demonstraţia

-descoperirea

-problematizarea

-observarea dirijată

b) Mijloace de învăţământ

-planşe

-machete

-manual

-videoproiector

-fişe de lucru

c) Forme de organizare a clasei

-frontală

-diferenţiată (pe grupe)

1.4.1.1. Evaluare

a) Tipul evaluării: continuă

b) Forme de evaluare: observare şi apreciere verbală precum şi prin chestionare

orală şi scrisă (se utilizează o fişă de activitate independentă).

1.4.1.2Activităţi de pregătire pentru lecţie

(în afara orelor de curs)

A. Desfăşurate de profesor

- Stabileşte competenţele derivate

- Stabileşte conţinutul de instruire corespunzător

- Alege resursele materiale necesare

- Confecţionează materiale noi (fişe, folii, planşe)

- Stabileşte fişe de activitate independente

- Stabileşte secvenţele lecţiei, modul de lucru cu elevii, formele de organizare

a instruirii

B. Desfăşurate de elevi

- studiază notiţele

- studiază materialul bibliografic recomandat

- aplică cunoştinţele însuşite în rezolvarea temelor.

1.4.DESFASURAREA LECTIE

Secvenţele lecţiei Timp Activitatea desfăşurată Metode Materiale

didactice

Evaluare

de profesor de elev

1.Moment organizatoric 3 min Activităţi de natură

organizatorică:

-notarea absenţelor

-asigurarea ordinii pregătirea

mijloacelor şi materialelor

necesare

-pregătesc

caietele şi

instrumentel

e de scris

-elevii de

serviciu

nominalizea

ză absenţii

2.Verificarea şi

consolidarea

cunoştinţelor

anterioare

10min

Verificarea nivelului de

cunoştinţe dobândite anterior

cu ajutorul întrebărilor:

clasificaţi motoarele electrice

de c.c

explicaţi principiul de

funcţionare a motoarelor

electrice de c.c

definiţi caracteristicile

electromecanice naturală şi

artificială

-răspund la

întrebările

adresate de

profesor

-formulează

răspunsuri

cât mai

corecte

-se

completează

reciproc

-conversaţia

-demonstraţia

-planşe

-machete

-folii de

retroproiector

-chestionare

orală frontală

3. Anunţarea lecţiei 2 min -anunţă subiectul lecţiei noi

-scrie titlui lecţiei pe tablă

-noteată în

caiete titlul

lecţiei noi

-expunerea

4.Comunicarea

cunoştinţelor.

Dirijarea învăţării

C.D.1

C.D.2

C.D.3

C.D.4

C.D.5

20min -enumeră

metodele de

pornire a m.c.c. cu

extitaţie separată

(independentă)

-explică principiul

fiecărei metode de

pornire

reprezintă grafic

evoluţia punctului

de funţionare în

timpul pornirii

-reprezintă

caracteristicile

-bazându-se pe

cunoştinţele

anterioare

participă la

explicarea

lecţiei

-sunt atenţi

-notează în

caiete

-participă la

discuţii

-notează în

caiete

-conversaţia

-descoperirea

-conversaţia

-folii de

retroproiector

-machete

-planşe

-chestionare

frontală

mecanice naturale

şi artificiale

-prezintă

avantajele şi

dezavantajele

metodelor de

pornire

5.Fixarea

cunoştinţelor şi

realizarea conexiunii

inverse

12min

-se împart elevilor

fişele de activitate

independentă

-se poartă discuţii

cu elevii pe baza

cunoştinţelor

prezentate

urmărindu-se

fixarea acestora

-stabileşte

împreună cu elevii

răspunsurile

corecte din fişa de

lucru

-participă la

discuţii

-completează

fişa de

activitate

independentă

-sunt consultaţi

cu privire la

dificultăţile pe

care le-au

întâmpinat

-fişă de

activitate

independentă

6.Indicarea temei

pentru acasă

3 min -apreciază verbal

elevii care au dat

răspunsuri corecte

şi au participat în

mod activ la lecţie

-delimitează lecţia

în manual

-recomandă

studierea ei şi a

materialului bib.

-notează în

caiete

recomandările

bibliografice şi

tema dată spre

rezolvare

NOŢIUNI TEORETICE

Motorul electric este un dispozitiv care transformă energia electrică în energie

mecanică. Funcţionarea sa se bazează pe interacţiunea dintre câmpul magnetic produs de un

magnet permanent şi curentul din spirele unei bobine plasate în câmpul magnetic.

Principalele componente ale unui motor electric de curent continuu sunt (figura 1, 2, 3):

O parte fixă, numită stator sau inductor, care produce câmpul magnetic. Pe

stator sun fixaţi polii, care sunt magneţi permanenţi sau electromagneţi.

O parte mobilă numită rotor, aflată în interiorul statorului şi parcursă de câmpul

magnetic produs de stator. Pe rotor, confecţionat din material magnetic, se află înfăşurarea

indusă.

Un colector, care are rolul de a

aduce tensiunea de la sursa de putere în

circuitul înfăşurării induse. Colectorul,

împreună cu periile colectoare, asigură

contactul între reţeaua exterioară şi înfăşurarea

rotorică.

Viteza de rotaţie a motorului de curent

continuu depinde de tensiunea aplicată, în timp

ce curentul absorbit , ce parcurge înfăurarea

rotorică, depinde de rezistenţa mecanică (sarcina )

pe care motorul trebuie să o învingă.

Inversând polaritatea tensiunii aplicate la perii,

se schimbă şi sensul de rotaţie a motorului.

Clasificarea maşinilor de curent continuu după tipul excitaţiei.

După tipul excitaţiei şi modul de conectare a înfăşurărilor de excitaţie, maşinile de curent continuu se clasifi-că în felul următor (vezi figura 4):

A) Maşini cu o singură înfăşurare de excitaţie, care poate fi alimentată:

1. – de la o sursă separată (independentă);

2. – în derivaţie (paralel) faţă de înfăşurarea rotorului;

3. – în serie cu înfăşurarea rotorului.

B) Maşini cu mai multe înfăşurări de excitaţie, care pot fi alimentate:

1. – de la bornele înfăşurării rotorului, în serie şi derivaţie (excitaţie mixtă);

2. – de la surse separate şi de la bornele înfăşurării rotorului, în cazul unor maşini speciale.

Figura 4. Posibilităţi de excitare a maşinilor de curent

continuu: a) cu excitaţie independentă; b) cu excitaţie

derivaţie; c) cu excitaţie serie; d) cu excitaţie mixtă.

Pentru oricare din tipurile de mai sus, puterea de excitaţie este de ordinul câtorva procente (2-5%) din puterea nominală a maşinii. La tipurile de excitaţie separată şi derivaţie, curentul Ie, din înfăşurarea de excitaţie, reprezintă câteva procente din curentul nominal al maşinii, iar înfăşurările respective au multe spire şi rezistenţa ohmică importantă. La tipul de excitaţie serie, înfăşurarea este parcursă de curentul din indus şi, ca atare, se execută cu un număr mic de spire, având şi o rezistenţă ohmică redusă.

A1 A2F1

F2

A1 A2 A1

A2A1

A2

B1

B2

B1

B2

C2C2

C1

C1

a) b) c) d)

Ecuaţiile de funcţionare.

Considerăm cazul unei maşini de curent continuu cu înfăşurarea de excitaţie alimentată separat şi determinăm relaţia dintre tensiunea electromotoare (t.e.m.) indusă, tensiunea la borne şi curentul prin înfăşurarea indusului, când maşina funcţionează în sarcină.

A) Maşina funcţionează ca generator. La mersul în gol al maşinii, în înfăşurarea rotorului se induce o t.e.m., E0, pe fiecare cale de curent, egală cu tensiunea UA0 care se poate măsura la bornele maşinii. Dacă maşina funcţionează în sarcină, debitând un curent IA, t.e.m. indusă, E, va fi diferită faţă de E0, ca urmare a reacţiei indusului. Totodată, şi tensiunea UA, la bornele maşinii, va diferi faţă de t.e.m. E, datorită căderilor ohmice de tensiune în circuitul indusului. Se poate scrie o relaţie între E, UA şi IA, considerând circuitul maşinii în regim de generator din figura 7.17 (cu sensurile pozitive conform regulii de asociere de la circuitele generatoare) şi aplicând legea inducţiei electromagnetice unui contur având următorul traseu: borna “B” - prin înfăşurarea indusului, a polilor auxiliari, eventual, prin înfăşurarea de compensaţie - borna “A” - prin aer, pe o linie a tensiunii la borne - borna “B” (de plecare):

;

în care, RA reprezintă rezistenţa totală a circuitului indusului (rezistenţa înfăşurării indusului, a înfăşurării polilor auxiliari şi a înfăşurării de compensaţie), iar Up este căderea de tensiune în contactul perie-colector.

Relaţia reprezintă ecuaţia tensiunilor maşinii de curent continuu în regim de generator.

Expresia t.e.m. a generatorului este:

,

în care reprezintă fluxul magnetic rezultant din întrefier, corespunzător unui pol.

Figura 5. Modul de asociere a sensurilor pozitive pentru tensiuni şi curenţi, la generatorul de c.c.

Ecuaţia caracteristicii magnetice a maşinii:

;

această caracteristică magnetică este neliniară, datorită caracteristicilor de magnetizare neliniare ale diferitelor porţiuni ale miezului feromagnetic.

În funcţie de modul de alimentare a înfăşurării de excitaţie, la relaţiile de mai

Uex

Iex

Γ

E IA R

B

A

UA

sus se adaugă încă o ecuaţie, corespunzătoare circuitului de excitaţie.

În ecuaţiile de mai sus intervin necunoscutele: UA, Uex, IA şi Iex; turaţia n este presupusă constantă şi egală cu turaţia nominală; prin eliminarea a două variabile rezultă o relaţie între celelalte mărimi, care, în sistemul de coordonate corespunzător acestor necunoscute, va reprezenta o suprafaţă. Prin considerarea uneia dintre cele trei mărimi drept parametru (respectiv, prin intersectarea suprafeţei rezultate cu plane paralele la planul format de două coordonate), se obţin curbe care reprezintă caracteristicile de funcţionare ale generatorului.

B) Maşina funcţionează ca motor. Considerăm că maşina este conectată la bornele “A” şi “B” ale unei reţele de curent continuu, absorbind curentul IA prin circuitul indusului, iar înfăşurarea de excitaţie este alimentată separat. Conductoarele înfăşurării rotorului (indus), fiind străbătute de curent şi aflându-se în câmpul polilor de excitaţie, asupra rotorului se va exercita un cuplu electromagnetic de valoare:

,

care va pune în mişcare indusul, în sensul dat de vectorul . Mişcarea este accelerată

până în momentul în care cuplul electromagnetic este egalat de cuplul total rezistent, Mr, apoi mişcarea devine uniformă, cu turaţia n (figura 7.18).

Secţiunile înfăşurării indusului rotindu-se în câmpul polilor de excitaţie, în spirele respective se induc t.e.m., pe o cale de curent rezultând o t.e.m. de valoare:

.

Semnul minus arată că t.e.m. are sens invers sensului pozitiv ales, adică are sens invers curentului IA absorbit de motor. Într-adevăr, sensul t.e.m. într-o latură oarecare, a unei secţii, coincide cu sensul vectorului şi este opus sensului ales pentru curentul IA, la

determinarea cuplului de rotaţie a maşinii.

Figura 6. Explicativă pentru funcţionarea motorului de curent continuu.

Ecuaţia tensiunilor maşinii, funcţionând ca motor, se scrie considerând circuitul din figura 6 (cu sensurile pozitive conform regulii de asociere de la circuitele receptoare) şi aplicând legea inducţiei electromagnetice unui contur care începe de la borna “A”, străbate spirele înfăşu-rării rotorului, ale înfăşurării polilor auxiliari, ale înfăşu-rării de compensaţie, ajunge la borna “B” şi se închide apoi, prin aer, la borna “A”, pe o linie a tensiunii la borne:

S

Mn

Bδ

N

Mr

.

Completând relaţiil cu ecuaţia corespunzătoare circuitului de excitaţie şi caracteristica de magnetizare a maşinii, se obţin ecuaţiile de funcţionare ale motorului de c.c., pe baza cărora se pot determina şi caracteristicile de funcţionare ale acestuia.

Figura 7. Modul de asociere a sensurilor pozitive pentru tensiuni şi curenţi, la motorul de c.c.

Numele şi prenumele elevului ...............................

Clasa .....................

1.3. FIŞĂ DE LUCRU1.3. FIŞĂ DE LUCRU

Uex

Iex

Γ

E IA

B

A

UA=U

1. Caracteristicile mecanice ale motorului de c.c. se definesc ca fiind dependenţele:

a) curentul absorbit în funcţie de puterea utilă

b) turaţia în funcţie de cuplu

c) randamentul în funcţie de puterea utilă

2. Pornirea prin conectare directă la reţea a m.c.c. cu excitaţie separată se utilizează

în cazul motoarelor de puteri .................................... .

3. Prezentaţi dezavantajul m.c.c. prin conectare directă la reţea.

4. Precizaţi tipul motorului de c.c. reprezentat în schema de mai jos:

5. Caracteristica mecanică naturală a motorului electric

de c.c. se defineşte ca fiind dependenţa n=f(M) în condiţiile U= ....... , Ie=......... şi

Rp=0.

FIŞĂ DE LUCRUFIŞĂ DE LUCRU

A) VITEZA MOTORULUI ÎN FUNCŢIE DE TENSIUNEA APLICATĂ

CCum se comportă motorul când creşte tensiunea?

1 motorul nu se roteşte

2 viteza de rotaţie creşte progresiv la aplicarea tensiunii

3 viteza de rotaţie creşte până la 6V apoi rămâne constantă

4 viteza de rotaţie creşte până la 6V apoi motorul se opreşte

B) CURENTUL ABSORBIT DE MOTOR LA FUNCŢIONAREA ÎN GOL ŞI ÎN

SARCINĂ

În regimul de funcţionare ca motor, care din afirmaţiile de mai jos sunt adevărate?

1. curentul nu se modifică la modificarea cuplului la arbore

2. curentul creşte odată cu creşterea cuplului la arbore

3. turaţia se modifică la modificarea tensiunii.

C) MAŞINA ELECTRICĂ DE C.C. CA GENERATOR ELECTRIC

În urma măsurătorilor se poate deduce că:

1 -tensiunea este tot timpul aceeaşi;

2 -tensiunea este diferită de 0 şi când rotorul este oprit;

3 -tensiunea descreşte la creşterea vitezei de rotaţie;

4 -tensiunea creşte pe măsură ce creşte turaţia motorului.

Repetaţi ultimul experiment rotind axul motorului în direcţie opusă

De la această ultimă măsurare se poate spune că:

1 -şi în acest caz tensiunea este tot timpul 0 ;

2 -tensiunea se păstrează constantă la o valoare diferită de 0 ;

3 -tensiunea are semn opus faţă de cazul anterior: ea creşte când viteza de

rotaţie creşte, şi rămâne constantă când viteza este constantă ;

4 -tensiunea are un vârf pozitiv şi apoi scade rapid la 0.