5. Ma]ina de curent continuu 117

CAPITOLUL 5. MAINA DE CURENT CONTINUU 5.1. Generalit`\i

5.1.1. Utilizarea ]i tipurile de MCC Ma]ina de curent continuu (MCC) se utilizeaz` ca motor electric, ca generator de curent continuu ]i frân` electromagnetic`. Principala utilizare a ma]inii de curent continuu este cea de motor electric r`spândit` mai ales în sistemele de ac\ionare electric` datorit` caracteristicilor electromecanice avantajoase pe care le prezint`. În ma]ina de curent continuu, câmpul inductor este fix fa\` de arm`tura inductoare, realizat` de regul` ca stator cu poli aparen\i. Câmpul inductor poate fi produs cu ajutorul curentului continuu sau cu magne\i permanen\i la ma]ini de putere nominal` mic`. Înf`]urarea prin care trece curentul continuu pentru producerea câmpului inductor se nume]te înf`]urare de excita\ie, iar curentul se nume]te curent de excita\ie. Indusul ma]inii de curent continuu realizat uzual ca rotor, este prev`zut cu o înf`]urare special` de curent continuu, adic` de tip închis, conectat` la colector. Colectorul este un redresor mecanic care are rolul de a redresa curentul alternativ al indusului, pentru a da în circuitul exteriro un curent continuu. Dup` modul de alimentare a înf`]ur`rii de excita\ie, MCC pot fi de dou` feluri : cu excita\ie separat` ]i autoexcitate.

Fig. 5.1

Fig. 5.2

118 5. Ma]ina de curent continuu

. MCC cu excita\ie separat` are înf`]urarea de excita\ie alimentat` de la surse exterioare ma]inii dup` cum este ilustrat [n figura 5.1. MCC autoexcitat` are înf`]urarea de excita\ie alimentat` chiar de la bornele ma]inii. Dup` modul de conectare al înf`]ur`rii de excita\ie, ma]inile cu autoexcita\ie pot fi : - cu [nf`]urarea de excita\ie cuplat` [n paralel cu bornele principale, ca [n figura 5.2.a, ]i care este numit` MCC cu excita\ie paralel sau cu excita\ie în deriva\ie ; - cu [nf`]urarea de excita\ie cuplat` [n serie cu bornele principale, ca [n figura 5.2.b, ]i care este numit` MCC cu excita\ie în serie; - cu [nf`]urarea de excita\ie divizat` [n dou`, din care una cuplat` [n paralel iar cealalta cuplat` [n serie cu bornele principale, ca [n figura 5.2.c, numit` MCC cu excita\ie mixt` sau cu excita\ie compund.

Ca generator ma]ina de curent continuu se folose]te mai rar pentru înc`rcarea bateriilor de acumulatoare (pe vehicule sau în instala\ii fixe) sau ca generator pentru sudur`. În majoritatea utiliz`rilor curentul continuu se ob\ine în prezent prin redresarea curentului alternativ (cu ajutorul diodelor semiconductoare).

Motoarele de curent continuu au o larg` utilizare în diferite sisteme de ac\ionare electric` cu tura\ie variabil` ]i în trac\iunea electric`: laminoare reversibile, sisteme de urm`rire, ma]ini de extrac\ie (ascensoare miniere), excavatoare, tramvaue, troleibuze, locomotive electrice sau diesel-electrice, electrocare. De]i s-au încercat numeroase solu\ii pentru înlocuirea motorului de curent continuu cu motoare de curent alternativ, pân` în prezent nu s-a g`sit o solu\ie competitiv` din punct de vedere economic. Puterea nominal` a motoarelor de curent continuu este cuprins` între câ\iva wa\i ]i 10 MW la laminoarele reversibile ]i la tunelele aerodinamice, puterea unitar` maxim` fiind limitat` de posibilitatea de st`pânire a fenomenului de comuta\ie în ma]in`. 5.1.2. Date nominale Regimul nominal de func\ionare al ma]inii de curent continuu este caracterizat prin m`rimile nominale, înscrise pe pl`cu\a indicatoare (eticheta) ma]inii :

- regimul de func\ionare (generator, motor) ; - puterea nominal` ; la generator puterea electric` la borne în kW iar la motoare puterea mecanic` la arbore în kW ; - curentul la bornele principale în circuitul exterior în A ; - tensiunea la borne în V ; - tura\ia nominal` în rot/min ; - tensiunea ]i curentul de excita\ie în V ]i A, în regim nominal pentru ma]inile cu excita\ie separat` ; - serviciul nominal ]i gradul de protec\ie.

Pe pl`cu\a indicatoare pot fi înscrise date referitoare la tipul de protec\ie al ma]inii ]i date pentru transportul ]i montajul ma]inii, greutate total`, eventual ]i greutatea rotorului la ma]ini foarte mari. M`rimile normalizate ale tensiunilor de curent continuu sunt foarte numeroase cele mai utilizate fiind urm`toarele :

- la generatoare :115V, 230V,460V ; - la motoare de uz general :110V, 220V, 440V ; - la motoare pentru trac\iune electric` :250V,660/825/1320/1650/2640/3300V.

5.2. Elemente constructive de baz` ale ma]inii de curent continuu 119

Tura\iile nominale ale ma]inilor de curent continuu de uz general pot fi alese sau egale cu cele ale ma]inilor sincrone sau asincrone. Adesea, se întâlnesc îns` ]i alte tura\ii nominale, adaptate necesit`\ilor ac\ion`rii în care se folosesc ma]inile de curent continuu, întrucât la acestea nu exist` rela\ii care s` impun` alegerea tura\iei nominale. 5.2. Elemente constructive de baz` ale ma]inii de curent continuu Constructiv ma]ina de curent continuu se compune în principal dintr-un inductor heteropolar, care formeaz` statorul ma]inii ]i un indus care constituie rotorul. Statorul cuprinde carcasa, polii ma]inii ]i scuturile port-lag`re. Statorul este echipat cu 2p poli inductori (1) denumi\i polii principali (1). În construc\ie uzual`, miezul feromagnetic al polilor inductivi este realizat din o\el masiv sau din \ole de tabl` feromagnetic` cu grosimea de 0,5-2mm, asamblate împreun` prin buloane de strângere nituite.

Fig. 5.3. Construc\ia ma]inii de curent continuu

120 5. Ma]ina de curent continuu Pe miezul polilor inductori sunt a]ezate bobinele de excita\ie (2), realizate din conductor de cupru izolat (cu email, fibre de sticl`, etc). Bobinele sunt conectate în serie astfel încât polii de un nume s` alterneze la periferia arm`turii cu polii de nume contrar pentru a se ob\ine un inductor heteropolar. La ma]inile de puteri mijlocii ]i mari între polii inductori se a]eaz` polii de comuta\ie denumi\i ]i poli auxiliari (3). Polii auxiliari se realizeaz` de asemenea din o\el masiv sau din \ole. Pe miez sunt a]ezate bobine (4) realizate din conductor de cupru izolat. Bobinele polare sunt conectate în serie astfel încât polii de comuta\ie s` formeze de asemenea un sistem heteropolar. Ma]inile de puteri mari ]i foarte mari, precum ]i ma]inile destinate ac\ion`rilor rapide se mai echipeaz` cu o înf`]urare de compensa\ie, a]ezat` în crest`turile prev`zute în acest scop în piesele polare ale polilor principali. Înf`]urarea de compensa\ie se conecteaz` în serie cu indusul ]i are rolul de a compensa reac\iunea indusului. Jugul inductorului este o parte a circuitului magnetic necesar pentru închiderea fluxului inductor de la un pol la altul ]i se execut` din o\el turnat sau din produse laminate din o\el. Uzual, jugul îndepline]te ]i rolul de carcas` (5) protejând mecanic p`r\ile frontale ale înf`]ur`rilor statorului. În p`r\ile frontale statorul este echipat cu dou` scuturi (6) port-lag`re pentru sus\inerea ]i centrarea rotorului. Unul din scuturile frontale poart` colierul cu tijele suport ]i portperii (7) ]i periile (8). Carcasa poart` dispozitivele de ridicare (9), t`lpile de fixare (10), cutia dee borne, pl`cu\a indicatoare ]i borna de leg`tur` la mas`. Rotorul cuprinde indusul format din miezul magnetic (11) ]i înf`]urarea indusului (12), colectorul (13) ]i ventilatorul (14) asamblate pe arborele (15) ma]inii. Miezul magnetic al indusului, de form` cilindric`, realizat prin stratificare din tole de o\el electrotehnic de 0,5 mm grosime, izolate între ele cu lac sau cu oxizi are ]tan\ate la periferia crest`turilor în care este a]ezat` înf`]urarea indusului. Înf`]urarea indusului realizat` din conductoare rotunde sau profilate de cupru izolate este racordat` la lamelele colectorului.

Fig. 5.4

5.2. Elemente constructive de baz` ale ma]inii de curent continuu 121 Colectorul (fig.5.4) este format din lamele conductoare (1) ]tan\ate din band` de cupru de profil trapezoidal, izolate între ele cu lamele de micanit` (3) ]i asamblate împreun` în form` de coroan` cu ajutorul unor elemente de consolidare izolatoare 2, pe axul 5. Lamelele de colector au constructiv la un cap`t o zon` [n`l\at` numit` stegule\ 4 care este prev`zut` cu un canal radial în care se lipesc leg`turile de la înf`]urarea indusului. Pe suprafa\a cilindric` a colectorului sunt conectate perii din grafit sau sinterizate din pulberi metalo-grafitice ghidate în portperii care asigur` o for\` de presare constant` asupra fiec`rei perii. Capetele înf`]ur`rilor statorice ale ma]inii tijele portperii sunt conectate la borne fixate pe o plac` de borne solidar` cu carcasa ]i protejat` de o cutie de borne. 5.3. Principiul de func\ionare al MCC Se consider` o bobin` dreptunghiular` (un cadru) cu N spire fig. 5.5 ce ocup` acela]i contur Γ

fig. 5.5

care se rote]te în jurul unei axe de simetrie cu vitez` constant` n [n rot/s într-un câmp de induc\ie omogen, B perpendicular pe ax`, câmpul magnetic produs de polii inductori în întrefier este aproximativ constant în dreptul polilor.

122 5. Ma]ina de curent continuu

Fig. 5.6

În figura 5.6 s-a reprezentat curba câmpului magnetic

)(αδB .

Se cere s` se determine expresia t.e.m. induse în bobin`. Se aplic` legea induc\iei electromagnetice ]i se ob\ine:

dt

dN

dt

de δφφ −=−= (5.1)

Fluxul fascicular este

αφ cosBAAdBS

f == ∫Γ

(5.2)

unde: - A=2al este aria sec\iunii bobinei cu laturile l ]i 2a; - 00 2 απαωα +=+= ntt este unghiul dintre B ]i normala la planul spirii, egal la un moment

dat cu unghiul format de planul spirei cu normala la liniile de induc\ie B . Deci t.e.m. indus` este:

)sin( 0αωω += tNBAe (5.3)

respectiv )sin(2 0αωωπ += tnNBAe

sau )sin(2 0max αωφπ += tNe (5.4)

unde aeBBA 2max ==φ este fluxul fascicular maxim care str`bate spira în pozi\ia când aceasta

este normal` B . Într-o spir` se induce t.e.m. dat` de expresia: )(2 αδBlvue = (5.5)

unde viteza rv ω= iar pulsa\ia nπω 2= . În ipoteza c` )()( παα δδ += BB (5.6)

În rela\ia (5.5) l este lungimea ideal` a ma]inii iar coordonata de pozi\ie α este func\ie de viteza unghiular` Ω a spirei.

δωαωπ +Ω==⇒==Ω tptpp

n2

Prin urmare, curba câmpului magnetic )(αδB este reprezentat` în alt sistem de coordonate de

curba t.e.m. induse în spir` în func\ie de timp.

5.3. Principiul de func\ionare al ma]inii de curent continuu 123 În spir` se induce o t.e.m. ue alternativ`, care î]i schimb` semnul odat` cu trecerea spirei prin axa

Fig. 5.7

neutr` a polilor inductori. Curba tensiunii t.e.m. ue în func\ie de timp este reprezentat` grafic în figura 5.7. Dac` la bornele spirei se conecteaz` prin intermediul periilor ]i inelelor

un receptor format de exemplu dintr-o rezisten\`, spira este parcurs` de curentul i care se închide

prin spir` în sensul câmpului electric E indus. Asupra spirei se exercit` for\a dat` de expresia : δeBif s 2= (5.7)

For\a este orientat` în sensul invers sensului de mi]care. Se produce astfel cuplul electromagnetic dat de rela\ia: δDieBms = (5.8)

Sensul de ac\ionare al cuplului electromagnetic este opus sensului cuplului de ac\ionare aplicat din exterior asupra spirei.

Fig. 5.8

În figura 5.8 s-a reprezentat grafic cu linia plin`, for\a, respectiv cuplul electromagnetic, pentru cazul în care curentul i ]i induc\ia magnetic` )(αδB

sunt în faz`. Prin urmare, sistemul considerat este un generator sincron.

Dac` la bornele spirei se conecteaz` prin intermediul periilor ]i inelelor o surs` de curent alternativ de frecven\` egal` cu frecven\a t.e.m. incluse în spir`, iar curentul i se închide prin spir` în sens

opus în raport cu sensul cîmpului electric indus E , for\a, respectiv cuplul sunt se sens opus în raport cu cazul analizat anterior. În figura 5.8 s-au reprezentat cu linie întrerupt` curba for\ei ]i cuplului în ipoteza c` ue ]i i are aceea]i varia\ie ]i sunt în faz` (cu conven\ia de sensuri pozitive de la receptoare). Sistemul format de spir` ]i polii inductori func\ioneaz` în regim de motor sincron.

124 5. Ma]ina de curent continuu Fie extremit`\ile spirei conectate la dou` lamele ca în figura 5.5., iar spira se rote]te cu vitez` constant` în câmpul magnetic al inductorului. Periile A1 ]i A2 sunt a]ezate pe lamele astfel încât odat` cu trecerea spirei prin axa neutr` geometric` a polilor inductori, se realizeaz` ]i trecerea lamelei de sub o perie sub cealalt`. Prin urmare, în momentul în care valoarea tensiunii electromotoare induse în spir` este zero se schimb` ]i semnul de parcurgere a spirei de la peria A1 la peria A2, iar polaritatea periilor r`mâne neschimbat`. Are loc procesul de redresare mecanic` a tensiunii alternative de la bornele spirei, la perii reprezentând o tensiune indus` pulsatoriu. În figura 5.6 s-a reprezentat curba câmpului magnetic în func\ie de coordonata unghiular` 1α , iar în figura 5.7. curba tensiunii la perii. La conectarea la

perii a unui receptor, de exemplu a unei rezisten\e, curentul în circuitul format de perii ]i receptor este pulsatoriu. Asupra sistemului format de polii inductori ]i spir` se exercit` o for\` ]i se produce un cuplu electromagnetic la fel ca în cazul spirei racordate la inele, deoarece curentul prin spir` variaz` periodic în func\ie de timp. Curbele acestora sunt prezentate în figura 5.8, cu linie plin` la func\ionarea sistemului în regim de generator, respectiv cu linie întrerupt` la func\ionarea sistemului în regim de motor. Tensiunea la perii ]i curentul electric prin circuitul receptor are o component` continu`. Prin urmare o ma]in` de curent continuu se compune dintr-o ma]in` sincron` ]i un redresor mecanic format de sistemul de lamele ]i periile de contact. Tensiunea ob\inut` cu spira conectat` la colector este pulsatorie, valoarea ei variind între zero ]i un maxim la fiecare jum`tate de rota\ie a spirei. Pentru a ob\ine o tensiune continu`, cu ondula\ii mici, ma]ina de curent continuu are un indus prev`zut cu o înf`]urare special`, numit` tip indus de curent continuu, caracterizat` prin faptul c` este închis`, simetric` ]i este conectat` la un colector cu mai multe lamele. 5.4. Înf`]ur`rile indusului MCC Înf`]urarea indusului MCC se compune din conductoare active a]ezate în crest`turi, conectate între ele prin leg`turi frontale (capete de bobin`) atfel încât tensiunile electromotoare induse în diferitele conductoare ale unei c`i de curent s` se adune, înf`]urarea realizat` s` fie simetric`, închis` ]i s` cuprind` toate conductoarele active ale indusului. Corespunz`tor acestor principii conductoarele active se pot lega în dou` moduri diferite formând înf`]ur`ri buclate, figura 5.9, sau ondulate figura 5.10. În ambele înf`]ur`ri, leg`turile frontale se efectueaz` cu un anumit pas, între conductoare aflate sub poli de polaritate opus`, distan\ate aproximativ cu un pas polar. La înf`]urarea buclat` pasul în fa\` y2 (de partea colectorului) se efectueaz` în sens opus pasului în spate y1 (de partea opus` colectorului) încât dup` doi pa]i succesivi un pol în spate ]i unul în fa\`, se revine sub polul de plecare, la o distan\` y=(y1-y2) numit` pas rezultant, iar pasul la colector yk între dou` leg`turi succesive la colector este de o lamel` (figura 5.9). La înf`]urarea ondulat` pasul în fa\` y2 se efectueaz` în acela]i sens cu pasul în spate y1 astfel încât dup` doi pa]i succesivi se avanseaz` aproximativ cu doi pa]i polari τ221 ≈+= yyy , iar pasul la colector yk este aproximativ dublul pasului polar τ (figura 5.10). Între dou` leg`turi succesive, la colector se pot înseria mai mult de dou` conductoare, a]ezate în acelea]i crest`turi. În acest caz ele formeaz` o serie sau o bobin` având deschiderea y1. Tipul înf`]ur`rii este determinat de modul de efectuare al leg`turilor între bobine (sec\ii).

5.5. Tensiunea electromotoare a ma]inii de curent continuu 125 Laturile sec\iilor înf`]ur`rii se dispun în crest`turi, uzual în dou` starturi, laturile dintr-un strat apar\inând bobinelor ale c`ror capete pleac` în spate spre dreapta, iar în cel`lalt strat laturile bobinelor care pleac` în spate spre stânga.

fig. 5.9

fig. 5.10

Înf`]ur`rile buclate se pot realiza la orice num`r de crest`turi ale indusului, pe când cele ondulate numai în anumite condi\ii. 5.5. Tensiunea electromotoare a MCC

La rotirea indusului în câmpul magnetic al polilor inductori, în fiecare spir` a înf`]ur`rii

MCC se induce o tensiune electromotoare iar prin însumarea tensiunilor electromotoare ale spirelor care formeaz` o cale de curent se ob\ine tensiunea electromotoare a ma]inii.

Fie o spir` cu pas diametral τ care se deplaseaz` cu viteza v în câmpul magnetic inductor ca [n figura 5.11. Considerând indusul de lungime l, fluxul magnetic al spirei este

∫+

=δα

αααφ dlBsp )( (5.9)

Tensiunea electromotoare indus` într-o spir` este:

)]()([)]()([ δαααδααφ

++=+−=−= BBvldt

dBBl

dt

de sp

sp (5.10)

Curba câmpului inductor este alternativ simetric`, deci:

)()( αδα BB −=+

Rezult`:

)(2 αδvBlesp = (5.11)

126 5. Ma]ina de curent continuu

fig. 5.11

O cale de curent a înf`]ur`rii indusului, cuprins` între dou` perii, se compune din mai multe spire, distribuite uniform la periferia indusului. Fie wa num`rul de spire pe calea de curent. Tensiunea electromotoare corespunz`toare tuturor spirelor unei c`i de curent (care ocup` toate pozi\iile succesive în câmp) este:

φτατ

α δδ 22)(2)(2 aa

aspa

vwlB

vwBvlwewE ==== (5.12)

unde: - φ - este fluxul magnetic inductor al unui pol ;

- v – viteza periferic` care poate fi exprimat` în func\ie de tura\ia n, pasul polar τ ]i num`rul de poli 2p prin rela\ia:

60

260

np

nDv τπ == (5.13)

- aw – num`rul de spire pe cale de curent în func\ie de num`rul total de conductoare N ale

indusului ]i de num`rul 2a de c`i de curent:

a

Nwa 22

1= (5.14)

F`când înlocuirile expresia tensiunii electromotoare devine:

φφ nKna

NPE E==

60 (5.15)

unde EK este un factor dependent numai de construc\ia ma]inii.

a

pNK E 60

= (5.16)

Expresia ob\inut` este valabil`, cu bun` aproxima\ie ]i pentru înf`]ur`ri care nu au pasul egal cu pasul polar τ .

5.6. Cuplul electromagnetic al MCC 127

5.6. Cuplul electromagnetic al MCC Fie Ia curentul indusului, cuplul electromagnetic rezult` din expresia puterii electromagnetice

60

2 nMMEIP aem

π=Ω== (5.17)

Explicitând expresia tensiunii electromotoare rezult`:

φπ

φπ aaa I

a

pNI

nEIM

2,

2

60 === (5.18)

sau

φφπ aMa IKI

a

pNM ==

2

unde MK este un factor dependent numai de construc\ia ma]inii.

a

pNKM π2

= (5.19)

La generator cuplul electromagnetic se exercit` în sens opus rotirii, deci frâneaz` rotirea indusului , iar la motor se exercit` în sensul de rotire, deci antreneaz` indusul.

5.7. Func\ionarea MCC ca generator

5.7.1. Tipuri de G.C.C.

A]a cu s-a ar`tat [n capitolul introductiv, dup` modul de alimentare a înf`]ur`rii de excita\ie, GCC pot fi de dou` feluri : cu excita\ie separat` (fig. 5.1) ]i autoexcitate. Generatoarele cu autoexcita\ie, dup` modul de conectare al înf`]ur`rii de excita\ie, pot fi (fig. 5.2): - generator cu excita\ie în deriva\ie; - generator cu excita\ie în serie; - generator cu excita\ie mixt`.

5.7.2. Ecua\iile de func\ionare ale G.C.C.

Conexiunile diferite determin` caracteristici func\ionale diferite ale tipurilor enumerate de generatoare. Fenomenele electromagnetice de baz` sunt îns` acelea]i în toate aceste generatoare ]i sunt descrise de urm`toarele ecua\ii:

1. tensiunea electromotoare indus` φnkE E= (5.20)

2. cuplul electromagnetic aM IkM φ= (5.21)

3. tensiunea la bornele generatorului aa IREU −= (5.22)

n figura 5.12 este prezentat` schema circuitului electric echivalent al generatorului de curent cotinuu.

128 5. Ma]ina de curent continuu

fig. 5.12

. M`rimile care intervin în ecua\iile de mai sus au urm`toarele semnifica\ii: Ek

]i Mk sunt constante

constructive ale ma]inii, φ

este fluxul magnetic pe pol produs de ansamblu înf`]ur`rilor de excita\ie ]i a indusului, aR este rezisten\a

circuitului indusului iar aI este curentul indusului. Cu ajutorul rela\iilor (5.20 – 5.22) ]i al

caracteristicii magnetice )( kf φφ = se pot determina toate caracteristicile generatoarelor \inând

seama de conexiunea înf`]ur`rii de excita\ie.

5.7.3. Diagrama energetic` ]i randamentul G.C.C.

Considerând transform`rile energetice din G.C.C. se poate realiza diagrama energetic` prezentat` în figura 5.13.

fig. 5.13

Pe la arbore generatorul prime]te puterea mecanic` Ω= 11 MP ,

din care se scad pierderile mecanice mvP ,

prin frec`ri ]i prin ventila\ie, iar apoi pierderile în fierul indusului FeP ]i rezult`

puterea electromagnetic`:

mvFeem PPPP −−= 1 (5.23)

Puterea electromagnetic` apare atât sub form` de putere mecanic` ΩM , cât ]i sub form` de putere electric` EIa, echivalent` puterii mecanice ]i corespunde conversiei mecano-electrice a energiei în generator. În continuare se scad pierderile prin efect Joule în indus 2

aaa IRP = ]i evetuala putere de

excita\ie 'exP preluat` într-un circuit paralel (deriva\ie) de la bornele generatorului rezultând puterea

util` – IUP =2 . Ma]ina mai poate primi ]i o putere electric` - ''exP pentru excita\ie (separat`), care

se transform` în c`ldur`, constituind deci pierderi. Randamentul generatorului de curent continuu este:

5.7.4. Caracteristicile G.C.C. 129

mvFeaexexex PPPPPP

P

PP

P

+++++=

+=

'''2

2''

1

2η (5.24)

Randamentul nominal al GCC este cuprins` între 0,75 ]i 0,95 pentru puteri nominale între 1kW ]i 10.000 kW, iar la puteri mai mici scade ]i mai mult.

5.7.4. Caracteristicile G.C.C. Propriet`\ile unei ma]ini electrice se pot studia cel mai u]or cu ajutorul unor curbe care

descriu dependen\a dintre dou` m`rimi func\ionale ale ma]inii electrice, celelalte fiind considerate constante. Aceste curbe se numesc caracteristicile ma]inii.

M`rimile care caracterizeaz` func\ionarea ma]inii de curent continuu sunt: tensiunea la borne U , curentul la borne I , curentul de excita\ie eI ]i tura\ia n . La generatoare tura\ia este

totdeauna practic constant` ]i deci se consider` numai dependent` de m`rimile U , I ]i eI . Prin

urmare se pot defini urm`toarele caracteristici de func\ionare în regim sta\ionar: a) Caracteristica de func\ionare în gol, reprezint` dependen\a dintre tensiunea la bornele

indusului ]i curentul de excita\ie, circuitul indusului fiind deschis 0)( == IIfU e .

Eliminând E ]i φ din sistemul de ecua\ii rezult` )()( eee IfEInKU === φ

b) Caracteristica extern` reprezint` dependen\a dintre tensiunea la borne ]i curentul de sarcin` )(IfU = . n cazul generatoarelor cu excita\ie independent` se men\ine constant

curentul de excita\ie ./)( ctIIfU e == . La generatoarele cu excita\ie deriva\ie se men\ine

neschimbat` rezisten\a circuitului de excita\ie .ctRe = , ./)( ctRIfU e == La generatorul

cu excita\ie serie curentul de excita\ie variaz` propor\ional cu curentul din indus. Eliminând E ]i φ din ecua\iile ma]inii rezult`: RIInKU ee −= )(φ sau RIUEU −== 00 .

c) Caracteristica de reglaj reprezint` dependen\a dintre curentul de excita\ie ]i curentul din indus la tensiune la borne constant` ./)( ctUIfI e == . Pentru nUU = ,

RIInKctU een −== )(. φ .

Toate aceste caracteristici se pot defini la generatorul cu excita\ie independent`. La generatoarele cu excita\ie deriva\ie, serie sau compund, datorit` condi\iilor particulare de conectare a înf`]ur`rii de excita\ie, se definesc numai unele dintre caracteristicile de func\ionare enun\ate. Deoarece caracteristicile generatoarelor de curent continuu sunt puternic influen\ate de schema excita\iei se examineaz` separat caracteristicile corespunz`toare fiec`rui tip de generator.

5.7.4.1. Caracteristicile generatorului cu excita\ie separat`.

La generatorul cu excita\ie separat` (independent`) se pot defini toate caracteristicile de func\ionare ]i din acest motiv func\ionarea generatorului de curent continuu cu excita\ie separat` se consider` regim de referin\` ]i se studiaz` la început. Caracteristica de func\ionare în gol este prezentat` în figura 5.14. Caracteristica reprezint` la o alt` scar` caracteristica magnetic` a ma]inii.

130 5. Ma]ina de curent continuu

fig. 5.14

Caracteristica în gol nu este univoc` – ramura cresc`toare nu se suprapune peste ramura descresc`toare – datorit` fenomenului de histerezis, iar la excita\ie nul` (Ie=0) prezint` o tensiune remanent` Ur, ce reprezint` câteva procente din tensiunea nominal`. Adesea se traseaz` îns` o caracteristic` medie (cu linie plin` în figur`). Tensiunea nominal` se situeaz` uzual în regiunea cotului caracteristicii în gol.

Caracteristica extern`, este prezentat` în figura 5.15, ]i pune în eviden\` varia\ia tensiunii generatorului cu sarcina când se men\ine constant` excita\ia

fig. 5.15

Caracteristica extern` fiind reprezentat` de rela\ia IRUU a−= 0 (5.25)

]i considerând tensiunea electromotoare E constant` este reprezentat` în figura 5.15 cu linie plin`. La ma]inile mai saturate apare îns` în sarcin` ]i o sc`dere a fluxului inductor, respectiv a tensiunii electromotoare, datorit` reac\iei indusului. Caracteristica extern` devine mai rapid c`z`toare. Varia\ia relativ` de tensiune de la gol la plin` sarcin` se define]te la excita\ia care asigur` tensiunea nominal` în sarcin` nominal`:

n

n

n

n

U

UU

U

U −=∆ 0 (5.26)

5.7.4.2. Generatorul cu excita\ie în deriva\ie 131 Observa\ii: Caracteristica în sarcin` U=f(Ie) la I = ct se predetermin` în func\ie de caracteristica magnetic` în sarcin` ),( IIf e=φ . Pentru predeterminarea acesteia se porne]te de la caracteristica

magnetic` în gol )( ef φφ = . Caracteristica magnetic` în sarcin` reprezint` la alt` scar`

caracteristica tensiunii induse la func\ionarea în sarcin` E=f(Ie). Din aceast` caracteristic` se predetermin` caracteristica de func\ionare în sarcin` U=f(Ie) pentru I=ct în modul urm`tor: din tensiunea indus` E se scade c`derea de tensiune pe perii PU∆ care este constant` ]i rezult`

tensiunea la borne U. Cracteristica de reglaj Ie=f(I) la U = ct reprezint` dependen\a dintre curentul de excita\ie Ie

fig. 5.16

]i curentul la borne I la tensiune nominal` U=Un ]i este prezentat` [n figura 5.16. Observa\ii. n rela\ia

RIInKctU een −== )(. φ (5.27)

dac` I cre]te pentru ca U s` fie constant trebuie ca fluxul φ s`

creasc`, deci trebuie s` creasc` Ie. Odat` cu cre]terea curentului de sarcin` este necesar s` creasc` fluxul magnetic rezultant în întrefier. Ca urmare solena\ia de excita\ie necesar` este mai mare la func\ionarea în sarcin` decât la func\ionarea în gol. La început, cre]terea curentului de excita\ie este relativ mic` în func\ie

de cre]terea curentului de sarcin`. La valori mari ale curentului de sarcin`, cre]terea curentului de excita\ie este mai rapid` datorit` fenomenului de satura\ie magnetic` care începe s` se manifeste. Varia\ia relativ` a curentului de excita\ie de la func\ionarea în gol la func\ionarea în sarcin` este de 10...20%.

5.7.4.2. Generatorul cu excita\ie în deriva\ie

Generatorul cu excita\ie în deriva\ie are [nf`]urarea de excita\ie alimentat` de la bornele generatorului. Func\ionarea generatorului cu excita\ie deriva\ie este posibil` datorit` fenomenului de autoexcita\ie. Conform principiului auto-excit`rii, ma]ina fiind antrenat` din exterior la tura\ia nominal` ]i circuitul de excita\ie cuplat la bornele ma]inii, magnetiza\ia remanent` a circuitului magnetic inductor - poli ]i jug - produce un flux magnetic inductor remanent în absen\a curentului de excita\ie, care induce o tensiune electromotoare remanent` rU . Aceast` tensiune, aplicat` înf`]ur`rii de excita\ie produce curentul de excita\ie:

ce

re R

UI = (5.28)

unde ceR este rezisten\a circuitului de excita\ie format` din suma rezisten\ei excita\iei eR ]i

132 5. Ma]ina de curent continuu rezisten\a indusului aR :

aece RRR += (5.29)

Dac` înf`]urarea de excita\ie este conectat` astfel încât solena\ia de excita\ie magnetizeaz` ma]ina în sensul câmpului remanent, curentul de excita\ie înt`re]te fluxul inductor, respectiv m`re]te tensiunea electromotoare indus`, crescând tensiunea cre]te eI ]i a]a mai departe pân` la starea de

echilibru în care trebuie îndeplinit` rela\ia: ecee IRIE =)( (5.30)

unde )( eIE reprezint` caracteristica în gol a generatorului, ca [n fig. 5.14, iar membrul drept

reprezint` dreapta de excita\ie de pant` ceR .

Caracteristica de func\ionare în gol la generatorul deriva\ie este numai aproximativ` deoarece curentul din indus nu este nul chiar când circuitul receptor este întrerupt. La func\ionarea în gol curentul din indus este egal cu curentul de excita\ie. Caracteristica de mers în gol a generatorului cu excita\ie deriva\ie se poate ridica alimentând înf`]urarea de excita\ie de la o surs` separat` ]i are aceea]i form` ca în figura 5.14. Caracteristica extern` a generatorului cu excita\ie devia\ie U(I) se define]te la rezisten\a a

fig. 5.17

circuitului de excita\ie constant` Rce=ct, U = f(I). Caracteristica se poate ridica experimental sau se poate deduce prin calcul \inând seama de rela\iile: U = E-RaIa

ce

e RR

UI

+= (5.31)

Ia = I - Ie Forma caracteristicii este redat` în figura 5.17.

C`derea de tensiune nominal` nU∆ este mai mare decât la generatorul cu excita\ie separat`,

datorit` sc`derii curentului de excita\ie odat` cu tensiunea la borne. Se remarc` existen\a unui curent de sarcin` maxim Ier la care se produce dezexcitarea generatorului. Curentul de scurtcircuit sta\ionar al generatorului Isc este mic fiind dat numai de tensiunea remanent` Ur. Curentul de scurtcircuit brusc al generatorului cu excita\ie deriva\ie este tot atât de mare ca ]i al generatorului cu excita\ie separat` deoarece în primele momente curentul de excita\ie ]i tensiunea electromotoare nu se modific` datorit` iner\iei magnetice a înf`]ur`rii de excita\ie. De aceea generatorul se protejeaz` împotriva scurtcircuitelor prin siguran\e fuzibile.

Caracteristica reglajului reprezint` dependen\a dintre curentul de excita\ie Ie ]i curentul la borne I la tensiunea constant` U=Un=ct.

5.7.4.3. Caracteristicile generatorului cu excita\ie serie 133 Caracteristica are aceea]i form` ca la generatoarele cu excita\ie separat`, curentul de excita\ie reprezentând o frac\iune mic` din curentul nominal al ma]inii.

5.7.4.3. Caracteristicile generatorului cu excita\ie serie

n cazul generatorului cu excita\ie serie, datorit` tipului de conexiune a [nf`]ur`rii de excitatie, curentul de excita\ie Ie ]i curentul la borne I au acee]i valoare, Ie=I. n consecin\` generatorul cu excita\ie serie are o singur` caracteristic` proprie: caracteristica extern` U=f(I).

Generatorul cu excita\ie serie nu are o caracteristic` în gol propriu-zis`, deoarece fluxul inductor este creat chiar de curentul indusului, deci la mers în gol Ie=I=0 ]i tensiunea generatorului este egal` cu tensiunea remanent` Ur.. Se poate ridica totu]i o caracteristic` de mers în gol, a tensiunii electromotoare E în func\ie de curentul indusului I, alimentând înf`]urarea de excita\ie de la o surs` separat`. Caracteristica astfel ob\inut` este asem`n`toare celei a generatorului cu excita\ie separat`.

Caracteristica extern` a generatorului cu excita\ie serie reprezint` dependen\a dintre tensiunea

fig. 5.18

la borne U ]i curentul la borne I, curentul de excita\ie Ie fiind evident egal cu I (curentul la borne), U = f(I), Ie=I. Caracteristica extern` a generatorului cu excita\ie serie, prezentat` în figura 5.18, se deosebe]te esen\ial de cea a altor generatoare, fiind cresc`toare la curen\i mici. Cre]terea este limitat` datorit` satura\iei circuitului magnetic ]i în continuare, datorit` c`derii de tensiune ]i reac\iei indusului, caracteristica extern` prezint` o ramur` coborâtoare la curen\i mari. Datorit` caracteristicii sale externe neobi]nuite, generatorul cu excita\ie în serie se utilizeaz` mai ales în scheme speciale de automatizare.

Generatorul cu excita\ie serie nu are caracteristic` de reglaj deoarece Ie=I.

5.7.4.4. Caracteristicile generatorului cu excita\ie mixt` (compund)

Generatorul compund are dou` înf`]ur`ri de excita\ie: o înf`]urare deriva\ie de baz` ]i o înf`]urare serie suplimentar`. Cu ajutorul înf`]ur`rii suplimentare de excita\ie alimentate în serie cu indusul, se corecteaz` în sensul dorit caracteristica extern` a generatorului.

Caracteristica de mers în gol U=f(Ie) nu are sens în cazul generatorului cu excita\ie mixt` deoarece curentul de excita\ie prin înf`]urarea deriva\ie este diferit de curentul de excita\ie prin înf`]urarea serie care este egal cu curentul indusului deci nul în acest caz. Se poate totu]i ridica o caracteristic` de mers în gol, ca ]i în cazul generatorului cu excita\ie deriva\ie, alimentând înf`]urarea de excita\ie de la o surs` separat` de tensiune, caracteristica rezultat` având aceea]i

134 5. Ma]ina de curent continuu forma ca în figura 5.14.

Caracteristica extern` a generatorului cu excita\ie deriva\ie este prezentat` în figura 5.19.

fig. 5.19

n cazul unei înf`]ur`ri de excita\ie în serie adi\ionale, fluxul inductor se m`re]te ]i astfel tensiunea electromotoare E cre]te cu cre]terea curentului de sarcin`. Rezult` compensarea par\ial` sau complet` a c`derii de tensiune la sarcina nominal`, dup` cum arat` caracteristica(1), sau supercompensarea c`derii de tensiune la sarcina nominal`, dup` cum arat` caracteristica(2) pentru a compensa c`deri suplimentare de tensiune. În cazul în care înf`]urarea de excita\ie serie este conectat` diferen\ial rezult` o mic]orare a fluxului inductor pe m`sura cre]terii sarcinii, ceea ce permite ob\inerea unei caracteristici externe rapid descresc`toare, dup` cum arat` caracteristica(3).

Principala aplica\ie o reprezint` generatoarele de sudur` cu arc. Pentru a nu ap`rea dezexcitarea generatorului în acest caz, înf`]urarea de excita\ie principal` trebuie alimentat` de la o surs` separat`.

Ca racteristica de reglaj nu are sens la generatoarele cu excita\ie în deriva\ie.

5.8. Func\ionarea ma]inii de curent continuu ca motor 5.8.1. Tipuri de motor de curent continuu

A]a cu s-a ar`tat [n capitolul introductiv, dup` modul de alimentare a înf`]ur`rii de

excita\ie, Motoarele de curent continuu (MCC) pot fi de dou` feluri : cu excita\ie separat` (fig. 5.1) ]i autoexcitate. Motoarele cu autoexcita\ie, dup` modul de conectare al înf`]ur`rii de excita\ie, pot fi (fig. 5.2): - motor cu excita\ie în deriva\ie; - motor cu excita\ie în serie; - motor cu excita\ie mixt`.

5.8.2. Ecua\iile de func\ionare ale motorului de curent continuu

Adoptând conven\ia de asociere a sensurilor de referin\` de la receptoare pentru curen\i ]i tensiuni ca în figura 5.20 ecua\ia tensiunilor pentru MCC este: aa IREU += (5.32)

5.8.3. Diagrama energetic` ]i randamentul MCC 135

fig. 5.20

Schimbând conven\ia de sens pozitiv ]i pentru cupluri, expresia cuplului electromagnetic în regim de motor este: aM IKM φ= (5.33)

Expresia tensiunii electromotoare r`mâne neschimbat`: φnKE E= (5.34)

5.8.3. Diagrama energetic` ]i randamentul MCC În regim de motor, ma]ina prime]te de la re\eaua de alimentare puterea electric` P = UI din care o parte se transform` în c`ldur` prin efectul Joule – Lentz în circuitul de excita\ie Pex=UIe ]i în circuitul indusului PJ = RaIa

2 . Puterea r`mas` Pem = P1-Pex-PJ (5.35) reprezint` puterea electromagnetic` care apare sub forma puterii electrice EIa ]i a puterii mecanice echivalente ΩM .

fig. 5.21

În continuare se mai produc pierderile în fierul indusului PFe ]i pierderile mecanice prin frec`ri ]i ventila\ie Pmv, rezultând în final puterea mecanic` util` la arbore P2= Ω2M . Urm`rind

transform`rile energetice din MCC se poate realiza diagrama energetic` prezentat` în figura 5.21. Din diagrama energetic` rezult` randamentul MCC care are expresia:

1

1

1

2

P

PPPPP

P

P mvFeJex −−−−==η (5.36)

Caracteristica randamentului are aceea]i alura ca în cazul ma]inilor electrice. Randamentul nominal al MCC este cuprins între 0,75 ]i 0,95 pentru puteri nominale cuprinse între 1kW ]i 10 MW, valorile mai mici corespunzând puterilor mai mici.

5.8.4. Pornirea ]i reglarea vitezei MCC

În orice regim de func\ionare curentului indusului lui MCC rezult` din rela\ia:

a

a R

EUI

−= (5.37)

136 5. Ma]ina de curent continuu La pornire, când rotorul este în repaus, deci n = 0, tensiunea electromotoare este nul` E =0. La aplicarea tensiunii nominale U = Un rezult` un curent de pornire care dep`]e]te de 6..20 ori curentul nominal, valoare care este inadmisibil` din considerente de comuta\ie. Pentru limitarea curentului de pornire se utilizeaz` metoda de pornire cu reostat de pornire. Reostatul de rezisten\` Rp se conecteaz` în serie cu indusul ]i este reglabil în câteva trepte. Valoarea curentului de pornire este:

pap RR

UI

+= (5.38)

Rezisten\a maxim` a reostatului de pornire se alege astfel încât curentul de pornire s` nu dep`]easc` (1,5..1,8) In. Pe m`sura cre]terii tura\iei rotorului ma]inii, respectiv a tensiunii electromotoare induse E, se reduce în trepte rezisten\a reostatului de pornire, reostatul scutcircuitându-se în regim nominal. Pentru a dezvolta un cuplu de pornire mare este necesar ca fluxul inductor, respectiv curentul de excita\ie s` fie men\inut la o valoare cât mai ridicat`. La func\ionarea în regim nominal, curentul indusului este determinat de cuplul de sarcin`, care este aproximativ egal cu cuplul electromagnetic ]i fluxul magnetic inductor conform rela\iei (5.33):

φ

=M

a K

MI (5.38.1)

Din rela\iile (5.32), (5.33) ]i (5.34) rezult` pentru tura\ie rela\ia:

φφ

−=

φ−

=φ

=E

M

a

E

a

E K

MK

RU

K

IRU

K

En (5.39)

respectiv

MKK

R

K

Un

EM

a

E2φ

−φ

= (5.40)

Rela\ia (5.39) pune în eviden\` factorii care influen\eaz` tura\ia motorului ]i permite alegerea modalit`\ii de reglare a vitezei, în func\ie de tipul motorului cum se va prezenta în continuare. Pentru modificarea sensului de rota\ie se modific` fie semnul tensiunii aplicate la borne fie semnul fluxului inductor, respectiv semnul curentului de excita\ie.

5.8.5. Caracteristicile motoarelor de curent continuu

Caracteristicile de func\ionare ale MCC depind de tipul de excita\ie motiv pentru care sunt tratate separat. M`rimile care descriu func\ionarea motorului sunt tensiune la borne U, curentul indusului Ia, curentul de excita\ie Ie, tura\ia n ]i cuplul mecanic la arbore Me practic egal cu cuplul electromagnetic M. La MCC sunt importante caracteristicile mecanice M = f(n). În func\ie de tipul de excita\ie în anumite ipoteze se determin` caracteristicile M = f(I) ]i I = f(n).

5.8.5.1. Motorul de curent continuu cu excita\ie în deriva\ie ]i separat`

Motorul cu excita\ie separat` are acelea]i caracteristici ca ]i motorul cu excita\ie deriva\ie motiv pentru care în continuare vor fi analizate numai caracteristicile MCC cu excita\ie deriva\ie.

5.8.5. Caracteristicile motoarelor de curent continuu 137

fig. 5.22

Caracteristica de mers în gol reprezint` dependen\a dintre tura\ie ]i curentul de excita\ie la tensiune de alimentare constant` ]i pentru cuplu nul n = f(Ie), U = Un, M = 0.

φ=

EK

Un0 (5.41)

Rezult` o varia\ie hiperbolic` a tura\iei în func\ie de fluxul inductor respectiv în func\ie de curentul de excita\ie Ie ca în figura 5.22. Caracteristica de mers în gol se poate ridica experimental numai într-un domeniu limitat de curentul de excita\ie maxim realizabil IeM ]i de tura\ia maxim admis` nM limitat` de solicit`rile datorate

for\elor centrifuge.

fig. 5.23

Caracteristica tura\ie în gol arat` c` întreruperea circuitului de excita\ie (Ie=0) poate duce la ambalarea în gol a rotorului motorului pân` la tura\ii care pot periclita integritatea lui.Caracteristica mecanic` reprezint` dependen\a tura\iei n în func\ie de momentul M la tensiune de alimentare constant` U = Un = ct (pentru MCC cu excita\ie deriva\ie Un = Ue) ]i curent de excita\ie constant Ie=ct respectiv n = f(M)/ U =Un=ct, Ie=ct. Caracteristica mecanic` are expresia analitic` dat` de rela\ia (5.40) ]i este reprezentat` de figura 5.23.

Dac` fluxul inductor nu este influen\at de sarcin` atunci caracteristica mecanic` variaz` liniar cu sarcina. Dac` ma]ina este

saturat` ]i efectul reac\iei indusului mic]oreaz` fluxul inductor, pe m`sura cre]terii sarcinii, caracteristica mecanic` cap`t` o u]oar` curbur` pozitiv`. Motorul cu excita\ie deriva\ie are o caracteristic` mecanic` rigid`, care variaz` pu\in de la func\ionarea în gol la func\ionarea în sarcin`, ceea ce face convenabil` utilizarea acestui motor la ac\ion`ri cu vitez` practic constant`, independent` de sarcin`.

138 5. Ma]ina de curent continuu

fig. 5.24

Caracteristica curentului indusului I în func\ie de tura\ia n este dat` de expresia:

a

E

R

nKUI

Φ−= (5.42)

Caracteristica la flux Φ constant este o dreapt` a c`rei pant` poate fi modificat` cu ajutorul unei reostat introdus în serie cu circuitul indusului. Caracteristica de pornire în cazul folosirii unui reostat de pornire cu mai multe trepte este prezentat` în figura 5.24. În procesul de pornire curentul este men\inut în limitele maxI ]i minI

sco\ând treptele reostatului pân` la scoaterea complet` a reostatului din circuitul rotorului 00 =R , când

motorul

func\ioneaz` pe caracteristica natural`.

fig. 5.25

Din rela\ia (5.40) rezult` c` exist` dou` modalit`\i pentru a regla viteza motorului cu excita\ie separat` sau în deriva\ie. 1. Se poate regla viteza modificând tensiunea de alimentare U la curent de excita\ie constant. Familia de caracteristici mecanice ob\inute este prezentat` în figura 5.25. 2. Se poate regla viteza modificând curentul de excita\ie Ie la tensiunea de alimentare constant`. Familia de caracteristici mecanice ob\inute este prezentat` în figura 5.26.

Din aceste caracteristici rezult` c` modalitatea de reglare prin varia\ia tensiunii duce la caracteristici mai

bune, dar necesit` o surs` de alimentare de putere, cu tensiune reglabil`.

5.8.5. Caracteristicile motoarelor de curent continuu 139

fig. 5.26

Excita\ia trebuie alimentat` în acest caz de la o surs` separat`. Reglarea tura\iei prin modificarea curentului de excita\ie la tensiune constant` d` satisfac\ie numai în cazul în care tura\ia nu trebuie variat` în limite largi. În sistemele de ac\ion`ri electrice care necesit` reglarea tura\iei în limite largi, uzual se combin` cele dou` principii.

5.8.5.2. Motorul de curent continuu cu excita\ie în serie Caracteristica mecanic`. Prin conectarea înf`]ur`rii de excita\ie în serie cu indusul, motorul de

curent continuu dobânde]te o caracteristic` mecanic` supl`. Curentul de excita\ie fiind chiar curentul indusului, la sarcini mici, când circuitul magnetic este nesaturat, fluxul inductor Φ este propor\ional cu valoarea curentului indusului iar cuplul electromagnetic din rela\ia 5.9.2. variaz` cu p`tratul curentului. La sarcini mari circuitul magnetic se satureaz`, fluxul inductor tinde spre o

fig. 5.27.

valoare de satura\ie ]i cuplul electromagnetic tinde s` varieze propor\ional cu curentul. Caracteristica mecanic` a MCC în excita\ie serie are alura prezentat` în figura 5.27. Conform rela\iei 5.38.1 curentul indusului cre]te o dat` cu cuplul dezvoltat, iar conform rela\iei 5.40 tura\ia variaz` în sens invers cu fluxul inductor, respectiv cu curentul indusului (I=Ie). Rezult` o caracteristic` mecanic` de form` hiperbolic`. Din caracteristic` rezult` c` MCC cu excita\ie serie nu poate func\iona în gol (M=0) datorit` cre]terii inadmisibile a tura\iei. Pornirea motorului serie se poate efectua cu ajutorul unui reostat de pornire

conectat în serie cu motorul pentru limitarea curentului de pornire ]i reglajul cuplului, astfel încât s` se asigure o pornire lin`, f`r` ]ocuri. Odat` cu sc`derea curentului scade ]i cuplul electromagnetic la pornire. Reglajul tura\iei motorului serie se poate face prin modificarea tensiunii de alimentare sau prin modificarea fluxului inductor, prin conectarea unui reostat în serie cu motorul. Caracteristica mecanic` supl` a MCC cu excita\ie serie este avantajoas` în trac\iunea electric` permi\ând ob\inerea unui cuplu de pornire important ]i o varia\ie a tura\iei în limite largi. MCC serie se mai folosesc ]i la ac\ionarea ma]inilor de ridicat ]i de extrac\ie.

140 5. Ma]ina de curent continuu

5.8.5.3. Motorul de curent continuu cu excita\ie mixt`

Motorul prezint` dou` înf`]ur`ri de excita\ie dintre care una conectat` în deriva\ie fie la bornele motorului, fie la bornele indusului iar cealalt` conectat` în serie cu indusul, respectiv cu circuitul de alimentare al motorului. Înf`]urarea de excita\ie serie se poate conecta în raport cu înf`]urarea

fig. 5.28

deriva\ie adi\ional, adic` astfel încât s` m`reasc` solena\ia dat` de înf`]urarea deriva\ie sau diferen\ial`. În cazul conexiunii adi\ionale înf`]urarea serie este principal` ]i magnetizeaz` ma]ina în acela]i sens cu sensul de magnetizare al înf`]ur`rii deriva\ie. Odat` cu cre]terea curentului de sarcin` cre]te ]i fluxul magnetic inductor, ceea ce are ca urmare sc`derea tura\iei motorului. În acest fel se ob\ine o caracteristic` mecanic` de form` intermediar` între cea a motorului serie ]i a celui deriva\ie, ca [n figura 5.28, o caracteristic` moale (c`z`toare), asem`n`toare cu caracteristica motorului serie cu deosebirea c` nu mai prezint` pericolul ambal`rii în gol, având totodat` posibilitatea modific`rii u]oare a tura\iei prin varierea curentului de excita\ie deriva\ie.

Asemenea motoare se folosesc în trac\iunea electric` de exemplu: troleibuze.În cazul conexiunii diferen\iale înf`]urarea de excita\ie deriva\ie este principal` ]i înf`]urarea de excita\ie serie magnetizeaz` ma]ina în sens opus.Odat` cu cre]terea curentului de sarcin` scade fluxul magnetic inductor, ceea ce poate avea ca urmare cre]terea tura\iei ]i chiar ambalarea acestuia în sarcin`. Înf`]urarea serie cu ac\iune diferen\ial` se folose]te rar întrucât poate da na]tere unor fenomene de instabilitate în func\ionare. La pornirea motorului aceast` înf`]urare trebuie scurcircuitat` deoarece reduce cuplul de pornire ]i înr`ut`\e]te condi\iile de pornire.

5.9. Func\ionarea MCC în regim de frân`

Ma]ina de curent continuu este utilizat` în ac\ion`rile electrice ]i pentru frânarea sistemelor ac\ionate. În acest scop, ma]ina func\ioneaz` fie în regim de generator care debiteaz` pe o re\ea proprie (frânare dinamic`) sau pe o re\ea de tensiune constant` (frânare recuperativ`), fie în regim de frân` propriu-zis` (frânare contracurent). Frânare dinamic`.Motorul de curent continuu cu excita\ie separat` sau deriva\ie func\ionând ca motor, se decupleaz` indusul de la alimentare de la re\ea, cuplându-se apoi circuitul indusului pe o rezisten\`. Motorul trece în regim de generator absorbind puterea mecanic` a agregatului ]i debitând energie electric` în re\eaua proprie.

Frânare recuperativ`. Motorul de curent continuu cu excita\ie deriva\ie func\ionând în regim de motor este antrenat` din exterior la o tura\ie mai mare decât n0 (tura\ia de mers în gol); ma]ina trece în regim de generator ]i debiteaz` în re\ea o putere electric`. Frânarea sistemului are loc la o tura\ie mai mare decât tura\ia la func\ionarea în gol; puterea primit` de ma]in` pe la ax de la mecanismul de ac\ionat este transformat` în putere electric` pe care ma]ina o transmite re\elei electrice.

Frânarea în contracurent. Ma]ina func\ionând în regim de motor i se decupleaz` indusul ma]inii de la re\ea, se invertesc bornele acestuia ]i se conecteaz` din nou la re\eaua de alimentare. Schimbarea sensului curentului din indus are ca urmare schimbarea sensului cuplului. Ma]ina func\ioneaz` în regim de frân` electric` adic`, prime]te putere mecanic` pa la ax ]i putere electric` pe la borne, putere pe care o transform` în c`ldur`.