Masina de curent continuu
Evolutia dezvoltarii masinii de curent continuu.
Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemanator. asemanat or. Astfel, a putut observa c masina se roteste, realizând realizâ nd conversia conversia energiei electrice absorbite de la generator. Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici si bobinele bobinele polare concentrate concentrat e care creeaza câmpul magnetic de excitatie. Pe axul motorului este situat un colector ce schimba sensul curentului prin înfasurarea rotoric r otoric astfel încat încat câmpu câ mpull magnetic de excitatie excitat ie sa exercite în permanent o fota fata de rotor. Între primele aplicatii ale fenomenului inductiei inductiei electromagnetice, descoperit în anul a nul 1831 de Faraday, se afla a fla masina de curent continuu, respectiv dispozitivul de conversie electromecanica a energiei, energiei, functionând pe principiul electromagnetic. electromagnetic. Generatorul de curent electric pulsatoriu, inventat de Ritchie în 1833, marcheaza inventarea într-o forma primara a colectorului. Se succed apoi dezvoltari legate si de numele unor inventatori cum ar fi: Hjorth ± 1851, construirea generatorului cu autoexcitatie; Siemens ± 1856, construirea indusului în dublu T, respectiv r espectiv plasarea înfasurarilor în crestaturi; Pacinotti ± 1860 construirea indusului în inel, prevazut cu crestaturi, a carui dezvoltare industriala este facuta de Gramme începând cu anul 1866; Elemente constructive
Masina de curent continuu se compune în principal dintr-un inductor care în constructia clasica formeaza statorul, capabil sa genereze în întrefier un câmp magnetic magnetic heteropolar si un indus, care constituie rotorul masinii.Statorul masinii din figura are 2p = 4 poli, denumiti poli principali sau poli inductori. Miezul magnetic al acestor poli poate fi masiv, sau din tole de 0,5«2 mm grosime, asamblate prin nituire. Cea de-a doua varianta este mai usor de executat si în plus asigura reducerea pierderilor datorate eventualului caracter pulsatoriu al câmpulu câ mpuluii magnetic. Bobinele apartin circuitului de excitatie al masinii, fiind plasate în jurul acestor miezuri; modul lor de conectare este astfel încât sensul câmpului magnetic sa alterneze de la un pol la altul în lungul periferiei statorului. Câmpul magnetic creat de polii principali se închide prin jugul magnetic statoric, care poate îndeplini uneori si rolul de carcasa a masinii, masinii, prin întrefierul dintre stator sta tor si rotor si apoi prin miezul magnetic magnetic al rotorului. La masinile de puteri medii si mari între polii principali inductori se plaseaza polii de comutatie, ale caror bobine sunt conectate de asemenea astfel a stfel încât câmpu câ mpull magnetic al acestora sa alterneze de la un pol la altul; se foloseste si denumirea de poli auxiliari pentru auxiliari pentru acesti poli. Masinile de puteri medii si mari, precum pr ecum si cele destinate sa functioneze f unctioneze în regimuri cu variatie rapida a sarcinii, sar cinii, sunt echipate cu o înfasurare de compensare a câmpului de reactie al indusului, indusului, plasata în piesele polare ale a le polilor inductori, în imediata vecinatate a întrefierului. Aceasta înfasurare se conecteaza în serie cu înfasurarea indusului, indusului, axa magnetica a acesteia fiind axa polilor principali.
Elemente constructive ale masinii de curent continuu: -1 ± carcasa; -2,3 ± scuturi; -4 ± pol principal; -5 ± pol de comutatie; -6 ± miezul rotorului; -7 ± bandaj; 8 înfasurarea rotorului; -9 ± ax; -10 ± suport portperii; -12 ± colector; -13 ± capac exterior; -14, 15 ± rulmenti; -16 ± cutie de borne; -17 ± bulon; -18 ± bobina polului de comutatie; -19 ± bobina polului de excitatie; -20 ± inel de ridicare; -21 ± ventilator; -22 ± perie; -23 ± colier port-perie.
Statorul este echipat în partile frontale cu scuturi portlagare, pentru sustinerea si centrarea rotorului. Sistemul de perii colectoare este fixat pe unul din aceste scuturi, uneori astfel încât periile sa poata fi decalate în directie azi mutala. Indusul sau rotorul masinii de curent continuu consta dintr-un miez magnetic realizat din tole de otel electrotehnic, uzual cu grosimea de 0,5 mm. Partea dinspre întrefier a acestui miez contine crestaturi repartizate uniform, în care se plaseaza înfasurarea indusului. Infasurarea indusului este de tipul repartizata în crestaturi, în doua straturi, inchisa, cu multiple prize conectate la lamelele colectorului. Colectorul, situat la una din extremitatile frontale ale rotorului, este constituit dintr-o succesiune de lamele din cupru în directie azimutala, izolate fata de restul rotorului. Aceste lamele asigura legatura electrica între înfasurarea indusului si periile colectoare. In functie de modul de alimentare al infasurarii de excitatie se diferentiaza: - masini cu excitatie separata sau independenta, la care înfasurarea de excitatie este alimentata de la o sursa separata, exterioara masinii; - masini cu autoexcitatie, categorie din care fac parte: - masinile derivatie, la care înfasurarea de excitatie este conectata în paralel cu înfasurarea indusului; - masinile serie, unde înfasurarea de excitatie este conectata în serie cu înfasurarea indusului; masini cu excitatie mixta, care combina variantele anterioare, cel putin una dintre înfasurarile de excitatie fiind alimentata de la o sursa separata. ,
-
Principiul de functionare al masinii de curent continuu
Fie o spira dreptunghiulara,plasata simetric pe un miez magnetic cilindric, care la rândul sau se afla în câmpul magnetic inductor creat de polii N si S.
Prin antrenarea rotorului, supus cuplului de antrenare M a al unei masini motoare, spira se roteste cu viteza unghiulara , laturile spirei în lungul miezului magnetic având viteza tangentiala v , perpendiculara pe vectorul inductie magnetica B din întrefier. Variatia acestei inductii în raport cu coordonata si reprezinta la alta scara variatia în timp a tensiunii electromotoare indusa în spira, u e = 2B Lv,unde L este lungimea axiala a spirei . Prin urmare, tensiunea la bornele A1, A2 ale structurii simple are o variatie alternativa în timp. Infasurarea rotorica parcursa de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenti. Rotorul se deplaseaza în câmpul magnetic de excitatie pa na cand polii rotorici se aliniaza în dreptul polilor statorici opusi. In acelasi moment, colectorul schimba sensul curentilor rotorici astfel incat polaritatea rotorului se inverseaza si rotorul va continua deplasarea pana la urmatoarea aliniere a polilor magnetici.
Generatorul de curent continuu In regimul de generator, masina transforma puterea mecanica primita pe la arbore de la un motor (care antreneaza masina) în putere electrica debitata într-o retea de curent continuu. Sa presupunem ca masina de c.c. este antrenata de catre un motor primar (motor Diesel, turbina cu abur, turbina hidraulica etc.), cu viteza ;(turatia n) constanta. Motorul primar dezvolta pentru aceasta cuplul activ M a cu acelasi sens ca si viteza de rotatie. Mai presupunem ca înfasurarea de excitatie a masinii de c.c. este asigurata de un curent Ie de la sursa de c.c. oarecare, care poate fi un redresor, un acumulator, un alt generator de c.c. sau chiar masina electrica considerata (autoexcitatie).
In aceste conditii, in sectiile înfasurarii rotorului, invartite in campul magnetic de excitatie, se vor induce t.e.m., care se regasesc la bornele exterioare A1 si A2 sub forma unei tensiuni de mers în gol, egala cu t.e.m. culeasa de perii ( U E 0 ! ). Elemente constructive
Generatorul de curent continuu prezinta doua elemente constructive principale: un stator numit si inductor i un rotor numit si indus. Statorul se compune din: carcass, scuturi portlagar, poli magnetic aparenti,(principali si auxiliari), înfasurari(de excitatie, de compensare si auxiliare), suport portperii si cutie de borne. Carcasa confectionata din material feromagnetic (de regula otel masiv) serveste pentru inchiderea campului magnetic intre doi poli alaturati. Poli magnetici principali sunt realizati din tole, au talpa polara lata si sunt echipati cu o infasurare de tip concentrat (de excitatie) realizate din bobine masive inseriate astfel incat doi poli succesivi sunt de nume contrar. Generatoarele de medie si mare putere sunt echipate suplimentar cu înfasurri de compensare (distribuite în crestaturi longitudinale practicate in talpile polilor principali) si infasurari auxiliare (realizate din bobine masive dispuse pe miezurile polilor auxiliari) inseriate cu infasurarea rotoric. Polii auxiliari sunt realizati din tole, au talpa ingusta si sunt dispusi pe axele neutre, alternand cu polii principali. Rotorul se compune din: miez magnetic, infasurare indusa, colector lamelar, arbore i ventilator centrifugal. Miezul magnetic realizat din tole are forma cilindrica si prezinta crestaturi longitudinale in care este dispusa infasurarea rotoric. Aceasta este realizat din mai multe bobine inseriate ce formeaz un circuit inchis. Capetele fiecarei bobine sunt conectate la cate doua lamele a colectorului, asa fel dispuse încât atunci cand lamelele trec pe sub perii (care scurcircuiteaza temporar bobina) laturile acesteia se a fla în axele neutrale ale polilor principali. Pe colector calca . 2p . grupuri de perii din grafit (dispuse în axele polilor principali) prin intermediul carora infasurarea rotorica se leag la cutia de borne. Daca un rotor se invarte între doi poli magnetici stationari, curentul din rotor circula intr-o direcie pe parcursul unei jumatati de rotatie si in cealalta pe parcursul celeilalte jumatati. Pentru a produce o trecere constanta, intr-o singura direcie a curentului dintr-un astfel de dispozitiv, este necesar furnizarea unui mijloc prin care curentul rezultat s aiba acelasi sens pe parcursul intregii rotatii. La masinile mai vechi aceasta este realizata cu ajutorul unor placute colectoare, un inel de metal impartit in doua, montat pe axul rotorului. Cele doua jumatati sunt izolate si sunt bornele bobinei. Perii fixe de metal sau carbon sunt tinute pe placutele colectoare in timp ce acestea se rotesc, conectand electric bobina la fire exterioare. In timp ce rotorul se învarte, fiecare perie intra în contact alternativ cu placutele colectoare, schimbandu-si poziia in momentul cand curentul din bobina isi schimba sensul. Astfel circuitul exterior la care generatorul este conectat este alimentat cu un curent continuu. Generatoarele de curent continuu sunt de obicei folosite la tensiuni mici pentru a evita scanteile dintre perii si placute care rezult la tensiuni mari. Cel mai mare potential obtinut in general de astfel de generatoare este de 1500 de voli. In unele masini mai noi aceasta inversare se face folosind dispozitive electronice de mare putere, cum ar fi de exemplu diode redresoare. Generatoarele moderne folosesc rotoare cilindrice care, de obicei sunt constituite dintr-un numar mare de bobinaje asezate longitudinal in lacasuri speciale si conectate la placute colectoare. Intr-un bobinaj în care este un numar mic de locasuri, curentul produs va
creste si scadea în functie de partea de camp magnetic prin care rotorul trece. Un bobinaj compus din mai multe segmente si un rotor circular conecteaza in permanenta circuitul aproape constant deoarece intotdeauna un bobinaj longitudinal se deplaseaza printr-o suprafat cu un camp magnetic intens. Câmpurile de la generatoarele moderne sunt de obicei din patru sau mai multi poli, pentru a creste marimea si puterea campului magnetic. Cateodata poli mai mici sunt adaugati pentru a compensa distorsiunile din fluxul magnetic cauzat de efectul magnetic al rotorului. Infasurarea generatorului care produce campul magnetic inductor, numita inasurare de excitatie, este situata în stator si este alimentata in curent continuu. Campul magnetic inductor statoric poate fi produs si cu ajutorul unor magnei permanenti. Infasurarea de excitatie a mainii de curent continuu poate fi alimentata în mai multe feluri: de la surse exterioare de curent continuu, cand se zice ca avem excitatie separata, sau chiar de la bornele generatorului de curent continuu, cand se zice ca avem generator cu autoexcitaie. In ultimul caz înfasurarea de excitatie poate fi conectata în paralel, in serie sau mixt fata de înfasurarea rotoric. Infasurarea rotoric a generatorului de curent continuu, numita indusul masinii, în care se induce tensiunea electromotoare este o infasurare speciala de curent continuu care se conecteaz la un colector prevazut cu mai multe segmente de inel izolate între ele. Rolul colectorului este acela de a redresa mecanic tensiunea electromotoare indusa in rotor si de a furniza in exterior o tensiune constant (curent continuu). Principiul de functionare T.e.m. indusa intr-o sectie a infasurarii rotorice este o marime periodica alternativa în timp.Faptul ca la perii se poate culege o tensiune continua se explica numai prin intermediul colectorului si a sistemului de contacte alunecatoare perii-lamele. Daca între aceleasi borne A1 si A2 conectam o rezistenta de sarcina oarecare R s, t.e.m. E va da nastere unui curent I care va strabate înfasurarea rotorului, având acelasi sens ca si t.e.m. E. La functionarea în sarcina, tensiunea U A la bornele înfasurarii rotorului va fi obtinuta de t.e.m. E în urma acoperirii unor caderi de tensiune cauzate de curentul I la trecerea prin înfasurarea rotorului, prin înfasurarea polilor auxiliari si prin înfasurarea de compensare (R a I) pe de o parte, si la trecerea prin contactele perii colector ale masinii pe de alta parte ((U p). Amorsarea generatorului de current continuu cu excitatie derivatie Se antreneaza generatorul la turatie nominal cu ajutorul un motor de antrenare.Infasurarea de excitatie este conectata in paralel la bornele inducului, cu ajutorul unui invertor I ce permite conectarii sa se faca in doua moduri: a)Daca generatorul nu prezinta camp remanent(Erem=0), in momentul inchiderii intrerupatorului inversor I pe oricare din cele doua pozitii, curentul prin infasurarea de excitatie este nul(Ie=0), iar generatorul nu se poate amorsa. b)Daca masina pastreaza un camp remanent de la o functionare anterioara sau pur si simplu este magnetizata in acest scop (Erem diferit de0), la inchiderea corecta pe pozitia inversorului I, infasurarea de excitatie este parcursa de un curent redus ca valoare corespunzator lui E0rem=(3-8)%U n. Graficul amorsarii generatorului de curen continuu cu excitatie derivatie:
Caracteristica de funcionare în gol este definit ca dependena dintre
tensiunea la bornele înfurrii rotorice i intensitatea curentului de excitaie, când circuitul de sarcin este deschis, adic U 0 = U 0( Iex), în condiiile n = const., I = 0. Aceast dependen reprezint, la alt scar, caracteristica magnetic la funcionarea în gol ( I = 0), deoarece în acest regim ec. (4.16) devine U 0 ! E = k enJ, iar în condiia n = const rezult: U 0 ! (k e·n)· J ( Iex) = const · J ( Iex) . Caracteristica de mers în gol este caracterizat prin prezena celor dou ramuri: ascendent i descendent, datorate histerezisului materialelor magnetice din compunerea circuitului magnetic i obinute la variaie monoton a curentului de excitaie, având ca puncte caracteristice cele dou valori ale tensiunii remanente. Dac încercarea se efectueaz asupra unui generator care nu a mai funcionat, sau are miezul demagnetizat, curba ascendent va începe din origine, cu alte cuvinte Ur 1 = 0.
Caracteristica de funcionare în gol a generatorului de c.c.
Generatorul de curent continuu cu excitatie derivatie La generatorul de current continuu cu excitatie derivatie, infasurarea de excitatie, plasata de polii statorici ai masinii, este conectata in parallel cu infasurarea de pe rotor.In consecinta , la bornele acestei infasurari se regaseste aceeasi tensiune, si anume tensiunea nominal Un, ca si la bornele rotorice.Curentul ce strabate insa infasurarea de excitatie nu depaseste 20% din curentul nominal al masinii, motiv pentru care infasurarea de excitatie derivatie este realizata dintr-un numar mare de spire dar de sectiune mica. Generatorul de current continuu cu excitatie derivatie este de fapt un generator autoexcitat.Fapt pentru care putem spune ca acest tip de generator isi produce singur tensiunea necesara alimentarii infasurarii de excitatie. Presupunem ca maina de curent continuu este angrenata de motorul primar cu o viteza de rotaie n i ca dezvolta cuplul activ Ma cu acelai sens ca i viteza de rotaie, rezultând o putere mecanica P1=Ma. Generatoarele pot avea mai multe tipuri de excitatie. Consideram un generator avand o excitatie separata sau independenta. In aceste conditii, in sectiile Infasurari rotorice, rotite în campul magnetic al polilor de excitatie, se vor induce t.e.m ,incat intre bornele A i B ale masinii va apare o tensiune UAo egala cu t.e.m. E o indusa intr-o cale de curent. Daca între aceste borne conectam o rezistenta oarecare, t.e.m. Eo va da nastere unui curent I a, care va strabate infasurarea rotorului, avand in sectiile infasurarii acelasi sens ca si t. e.m. E o. In cazul functionarii in sarcina, tensiunea U a la bornele infsurarii rotorului va fi diferita de t.e.m. Eo ,datorita caderilor de tensiune, determinate de trecerea curentului prin infasurarea rotorului, infasurarea polilor auxiliari si prin periile masinii. Caderea de tensiune in contactul perie-colector U s-a neglijat, fiind foarte mica (1,5 - 4)V. Marimile care caracterizeaza funcionarea generatorului de curent continuu sunt UA, IA, n si curentul de excitatie. Generatoarele de curent continuu cu excitatie derivatie au urmtoarele caracteristici: - caracteristica de funcionare în gol( E 0=f(Ie) pentru n=ct si I=0);
- caracteristica extern(U=f(I) pentru n=ct si R c=ct);
-caracteristica de reglaj(Ie=f(I) pentru U=ct si n=ct);
-caracteristica interna(de sarcina)(U=f(Ie) pentru n=ct si I=ct sau R s=ct); -caracteristica de scurtcircuit(Isc=f(Ie) pentru n=ct si U=0)
Generatorul de curent continuu cu excitatie separate La generatorul de current continuu cu excitatie separate infasurarea de excitatie, plasata pe polii statorici ai masinii , este alimentata de la o sursa separata de current continuu , fapt ce determina ca pe placuta indicatoare a masinii sa fie indicata valoarea tensiunii de excitatie. Deoarece se studiaza regimul de generator , este necesara antrenarea din exterior de catre un motor.Presupunem ca maina de curent continuu este angrenata de motorul primar cu o viteza de rotaie n i ca dezvolta cuplul activ Ma cu acelai sens ca i viteza de rotaie, rezultând o putere mecanica P1=Ma. Generatoarele pot avea mai multe tipuri de excitaie.
Consideram un generator avand o excitatie separata sau independenta. In aceste conditii, in sectiile infasurari rotorice, rotite in campul magnetic al polilor de excitatie, se vor induce t.e.m ,incat intre bornele A i B ale masinii va apare o tensiune UAo egal cu t.e.m. Eo indusa într-o cale de curent. Daca intre aceste borne conectam o rezistenta oarecare, t.e.m. Eo va da nastere unui curent Ia, care va strabate infasurarea rotorului, avand in sectiile infasurarii acelasi sens ca i t.e.m. Eo. In cazul functionarii in sarcina, tensiunea Ua la bornele infasurarii rotorului va fi diferit de t.e.m. Eo ,datorit caderilor de tensiune, determinate de trecerea curentului prin infasurarea rotorului, infasurarea polilor auxiliari si prin periile masinii. Caderea de tensiune in contactul perie-colector U s-a neglijat, fiind foart e mica (1,5 - 4)V. Marimile care caracterizeaza functionarea generatorului de curent continuu sunt UA, IA, n si curentul de excitatie. Generatoarele de curent continuu cu excitatie separata au urmtoarele caracteristici: - caracteristica de funcionare în gol(U0=E0=f(Ie) pentru n=ct si I=0;
-cracteristica interna(de sarcina)(U=f(Ie) pentru n=ct si I=ct);
- caracteristica extern(U=f(I) pentru n=ct si I0=ct;
- caracteristica de reglaj(Ie=f(I) pentru U=UN=ct si n=ct);
-caracteristica de scurtcircuit(Isc=f(Ie) pentru n=ct si U=0). Observatie! In cazul in care magnetismul remanet are o valoare mare este posibil ca, chiar in lipsa curentului de excitatie curentul prin indus sa depaseasca cu mult valoarea lui nominal.In aceasta situatie sigurantele montate pe cirsuitul inducului vor proteja infasurarea indudului.
Generatorul de current continuu cu excitatie mixta Generatorul de current continuu cu excitatie mixta prezinta doua infasurari de excitatie: - infasurare de excitatie derivatie , constituind infasurarea de excitatie de baza care creaza fluxul inductor principal; - infasurare de excitatie serie utilizata de regula pentru corectarea caracteristicii externe . Daca fluxurile create de cele doua infasurari de excitatie au acelasi sens, atunci generatorul este mixt- additional, in caz contrar generatorul este mixt diferential. Dupa amorsarea generatorului, caracterul additional sau diferential al excitatiei se fixeaza prin inversarea leaturilor la bornele infasurarii serie.
Pentru montajul mixt aditional, fluxul creat de infasurarea serie se sumeaza cu cel creat de infasurarea derivatie, compensand astfel caderile de tensiune din masina.Compensarea este mai puternica la sarcini reduse si mai slaba la sarcini mari cand intervine saturatia circuitului magnetic si fluxul creat de infasurarea serie se face mai putin simtit. Tensiunea la borne scade mai repede odata cu cresterea sarcinii datorita atat fluxului serie diferential cat si efectul dat de reactia indusului.Aceasta scadere a tensiunii la borne este mai pronuntata decat la un generator cu excitatie derivatie. Generatoarele de curent continuu cu excitatie separata au urmtoarele caracteristici: - caracteristica de funcionare în gol(E0=f(Ie) pentru n=ct si I=0);
- caracteristica extern(U=f(I) pentru n=ct si Ie=ct;
- caracteristica de reglaj(Ie=f(I) pentru U=ct si n=ct);
-caracteristica de scurtcircuit(Isc=f(Ie) pentru n=ct si U=0).
Motorul de curent continuu
1-carcas 2-bobin_ polar 3-pol 4- miez rotoric 5 bobinaj rotoric 6-colector Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemntor. Astfel, a putut observa c maina se rotete, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici i bobinele polare concentrate care creeaz câmpul magnetic de excitaie. Pe axul motorului este situat un col ector ce schimb sensul curentului prin înfurarea rotoric astfel încât câmpul magnetic de excitaie s exercite în permanen o for fa de rotor. In general, sunt similare în construcie cu generatoarele de curent continuu. Ele pot, de fapt s fie descrise ca generatoare care Äfunctioneaza invers´. Cand curentul trece prin rotorul unui motor, este generat un camp magnetic care genereaza o forta electromagnetica, si ca rezultat rotorul se roteste. Actiunea periilor colectoare si a placutelor colectoare este exact aceiasi ca la generator. Rotatia rotorului induce un voltaj in bobinajul rotorului. Acest voltaj indus are sens opus voltajului exterior aplicat rotorului. In timp ce motorul se roteste mai rapid, voltajul rezultat este aproape egal cu cel indus. Curentul este mic, si viteza motorului va ramane constanta atat timp cat asupra motorului nu actioneaza nici o sarcina, sau motorul nu efectueaza alt lucru mecanic decat cel efectuat pentru invartirea rotorului. Campul magnetic inductor este produs de bobine situate pe polii statorici ai motorului; acestea constituie infasurarea de excitatie a motorului de curent continuu. Alimentarea infasurarii de excitatie a motorului de curent continuu se poate face în mai multe feluri: y de la o sursa de curent continuu separate-motor cu excitatie separata;
de la bornele motorului, infasurarea de excitatie fiind conectata in paralel cu infasurarea principala (indusul, infasurarea rotorica)-motor cu excitatie derivatie, y de la bornele motorului, infasurarea de excitatie fiind conectata in serie cu infasurarea principala (indusul, infasurarea rotorica)- motor cu excitatie serie, y de la bornele motorului, infasurarea de excittie avand doua portiuni, una conectata in paralel cu infasurarea principala (indusul, infasurarea rotorica) iar celalta conectata in serie cu indusul- motor cu excitatie mixta. Infasurarea rotorica parcursa de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenti. Rotorul se deplaseaza in campul magnetic de excitatie pana cand polii rotorici se aliniaza în dreptul polilor statorici opusi. In acelasi moment, colectorul schimba sensul curentilor rotorici astfel incat polaritatea rotorului se inverseaza si rotorul va continua deplasarea pana la urmatoarea aliniere a polilor magnetici. Pentru actionari electrice de puteri mici si medii, sau pentru actionari ce nu necesita camp magnetic de excitatie variabil, in locul infasurarilor statorice se folosesc magneti permanenti. Cuplul dezvoltat de motor este direct proportional cu curentul electric prin rotor si cu campul magnetic de excitatie. Reglarea turatiei prin slabire de camp se face, asadar, cu diminuare a cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie acelasi curent strabate infasurarea de excitatie si infasurarea rotorica. Din aceasta consideratie se pot deduce doua caracteristici ale motoarelor serie: pentru incarcari reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de patratul curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lasat s functioneze în gol pentru ca in acest caz valoarea intensitatii curentului electric absorbit este foarte redusa si implicit campul de excitatie este redus, ceea ce duce la ambalarea masinii pana la autodistrugere. Motoarele de curent continuu cu excitatie serie se folosesc in tractiunea electrica urban si feroviara (tramvaie, locomotive). Se porneste motorul de curent continuu cu excitatie derivatie, alimentat la tensiune nominala, cu reostatul de pornire Rp la valoare maxima si cel de camp Rc la valoare minima. Dupa pornire se reduce treptat valoarea reostatului de pornire pana la scurtcircuitare. Sarcina masinii de curent continuu este reprezentata de un generator sincron debitand pe o sarcina rezistiva variabila. Curentul de sarcina al masinii de curent continuu se modifica deci prin modificarea sarcinii rezistive a generatorului sincron. La pornire, cand turatia motorului este nula, tensiunea electromotoare E indusa in infasurarea rotorica este nula si, ca urmare, curentul absorbit de motor este foarte mare, el poate fi de 6...20 de ori mai mare decat curentul nominal. Prin urmare este necesara reducerea acestuia cu ajutorul unui reostat de pornire inseriat cu circuitul rotoric. Curentul de pornire al motorului va fi: y
I p !
U
Ra R p
Schimbarea sensului de rotatie se face fie prin schimbarea polaritatii tensiunii de alimentare prin schimbarea sensului campului magnetic de excitatie. La motorul serie, prin schimbarea polaritatii tensiunii de alimentare se realizeaza schimbarea sensului ambelor marimi si sensul de rotatie ramane neschimbat. Asadar, motorul serie poate fi folosit si la tensiune alternativa, unde polaritatea tensiunii se inverseaza o data in decursul unei perioade. Un astfel de motor se numeste motor universal si se foloseste in aplicatii casnice de puteri mici si viteze mari de rotatie (aspirator, mixer). Turatia motorului este proporionala cu tensiunea aplicata infasurarii rotorice si invers proporionala cu câmpul magnetic de excitatie. Turatia se regleaza prin varierea tensiunii aplicata motorului pana la valoarea nominala a tensiunii, iar turatii mai mari se obtin prin slabirea campului de excitatie.
Ambele metode vizeaza o tensiune variabila ce poate fi obtinuta folosind un generator de curent continuu (grup Ward-Leonard), prin inserierea unor rezistoare in circuit sau c u ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate, choppere). Valoarea turatiei motorului de curent continuu se poate exprima astfel: n!
E k E
*
!
U R a I a '
k E
*
U R a !
M ' k M
k E *
*
U !
Ra M '
*
k M
k E
*
Aceasta expresie ne arata care sunt factorii ce influenteaz turatia motorului de curent continuu. U R a M ;! K e* K e* 2
U R a R I K e*
;!
¡
; ;
M
M
Caracteristica mecanica a motorului de c.c. cu excitatie separata
-Face
parte din categoria caracteristicilor mecanice rigide - acest tip de motor este utilizat in actionari electrice reglabile
-Reglarea vitezei si functionarea in regim de franare electrica nu pun probleme
Caracteristica mecanica a motorului de c.c. cu excitatie serie
-Face
parte din categoria caracteristicilor mecanice moi
-De aceea
acest tip de motor este utilizat in tractiunea electrica si in instalatiile de ridicat
-Pune probleme in regim de franare, recuperativa, dinamica contraconectare
sau
prin
Motorul de curent continuu cu excitatie în derivatie La motorul cu excitatie derivatie, la bornele infasurarii de excitatie se aplica aceeasi tensiune(tensiunea nominal a masinii cu care este alimentata infasurarea rotorului).Daca tensiunea aplicata este mai mica atunci este posibil ca, pe perioada pornirii , cplul electromagnetic sa fie sufficient pentru a putea accelera masina pana la turatia de functionare normal. Motorul de curent continuu cu excitaie în derivaie are o caracteristic mecanic n(M¶) rigid deoarece fluxul magnetic de excitaie este constant (tensiunea U e este constant). Aceste motoare se folosesc în actionari electrice unde turatia este practic constanta independent de sarcina (cuplul M¶). Regalarea turatiei la aceste motoare se poate face prin
modificarea tensiunii U de alimentare sau prin modificarea curentului de excitatie (deci a fluxului de excitaie ). Din expresia turatiei n se observa ca la o eventuala funcionare în gol a motorului, cand M¶ = 0, daca fluxul de excitatie scade turatia motorului poate creste foarte mult. Se observa ca turatia se poate modifica in limite largi prin modificarea tensiunii de alimentare (cazul b) dar este necesara o sursa de curent continuu cu tensiune reglabila. Prin modificarea curentului de excitatie turatia se modifica, dar nu în limite prea largi. Se folosesc in practica actionarilor electrice sisteme ce combin cele doua principii de modificare ale turatiei Motoarele de curent continuu cu excitatie derivatie au urmtoarele caracteristici: -caracteristica vitezei la mersul in gol(n=f(Ib) pentru UA=UN=ct si M2=o);
-caracteristica de functionare propriu-zisa(n=f(P1) pentru U2=f(P2) si n=f(P2);
-caracteristica mecanica (n=f(M2) pentru UA=UN=ct si Ie=ct).
;!
U Ra
R E I
K e *
Motorul urent continuu cu exc itaie serie La motorul de current continuu cu exc itatie ser ie, infasurarea de exc itatie este inser iata cu infasurarea inducului astfel incat curentul de excitatie Ie este acelasicu cel din indus si respecti cu curentul I absorb it de motor de la retea. Acest ti p de motor trebuie cuplat la ret ea in sarcina si nu in gol. Motorul de curent continuu cu excitatie ser ie are o caracter istica mecanica de forma celei prezentate in f igura de ma i jos. Caract er istica mecanica are o forma de var iatie supla, favorab ila sistemelor de tractiune electr ica. Astfel, se observa ca la o crest ere accidentala a cuplului rezistent, cand int ervine inerent o micsorare a turatiei motorului (cand mas ina urca o panta, de exemp lu) cuplul dezvoltat de motor creste pana ce va ega la cuplul mecanic rezistent. Aceasta caract er istica este extrem de utila la masinile de r idicat sau la masinile de extractie. Este impor tant de mentionat faptul c motorul cu excitatie ser ie nu poa te functiona in gol , adica fara sa antreneze mecanic un utila j care sa a i ba un cuplu nrezistent. Daca valoarea cuplului scade foar te mult turatia motorului creste la valor i foar te mar i, indmisi bile. De aceea pentru a limita turatia motoru lui la o va loare nmax este necesar ca va loarea cuplului sa nu scada sub o va loare minm Mmin. Turatia motorului cu excitatie ser ie se poa te regla pr in modif icarea tensiunii de alimentare sau pr in modif icarea curentului de excitatie.
