nc11-13 mcc.pdf

Maina electric de curent continuu 82D 2013

Autor: conf. dr. ing. Cleante Petre MIHAI

111. Maina de curent continuu

11.1 Noiuni introductive Maina de curent continuu este o main electric rotativ, reversibil (poate funciona att n regim de motor ct i n regim de generator) cu o utilizare destul de mare n prezent, dar mai restrns dect a mainii asincrone sau sincrone. Generatoarele se folosesc pentru alimentarea unor instalaii de electrochimie, ca generatoare de sudur, ca generatoare principale i pentru ncrcarea bateriilor de acumulatoare pe nave etc.

Motoarele de curent continuu se folosesc n acionrile electrice ce necesit variaia turaiei ntr-o plaj foarte larg i n traciunea electric.

11.1.1. Elemente constructive de baz Maina de curent continuu se compune din stator (inductor) i din rotor (indus). Statorul este constituit din: carcas n form de coaj cilindric din font sau oel (obligatoriu material feromagnetic, deoarece

face parte din circuitul magnetic), prevzut cu cutie de borne, tlpi de prindere, crlig de ridicare; scuturi care nchid la capete carcasa, prevzute cu lagre (cu rulmeni) n care se rotete axul

rotorului, scuturi realizate din acelai material cu carcasa; polii principali realizai din oel (n numr de 2p - unde p este numrul de perechi de poli ai

mainii) i polii auxiliari (tot n numr de 2p) mpreun cu nfurrile lor; portperii n care sunt dispuse periile colectoare (n numr de 2p) realizate din crbune, cupru, bronz

grafitat sau materiale speciale coninnd obligatoriu cupru i crbune, realizate prin sinterizare. La unele maini de puteri mici, poli inductori sunt realizai cu magnei permaneni, deci nu mai

au nfurri inductoare. Descoperirea n ultimele dou decenii a materialelor magnetice cu pmnturi rare, care au condus la realizarea de magnet permaneni performani, au permis creterea puterii mainilor fr nfurri de excitaie.

Rotorul este format din: axul sau arborele

mainii pe care este dispus un ventilator necesar pentru rcirea mainii;

circuitul magnetic de form cilindric solidar cu axul, format din tole de oel electrotehnic, cu crestturi periferice longitudinale n care sunt introduse laturile active ale bobinelor nfurrii rotorice numite secii;

colectorul este realizat din lamele de cupru avnd form de pan n seciune, izolate ntre ele cu plcue de mic, fixate ntr-un butuc din material izolant printr-un sistem de coad de rndunic. Extremitile seciilor sunt conectate la lamelele colectorului (prin intermediul unor prelungiri radiale ale acestora numite stegulee). Pe lamelele de colector calc tot timpul rotirii periile colectoare. Periile colectoare sunt astfel plasate nct seciile legate la lamelele de colector pe care acestea calc s se gseasc cu laturile active n axele neutre ale mainii (bisectoarele unghiurilor formate de axele polare unde cmpul magnetic este nul i deci n aceste secii s nu se induc tensiuni electromotoare i s nu fie parcurse de cureni.

Fig. 11.1. Seciune prin maina de curent continuu

Electrotehnic i maini electrice 82D 2013


2

nfurrile mainii de curent continuu a) nfurrile inductoare sau de excitaie sunt bobine plasate pe polii principali ai mainii.

Maina de curent continuu poate fi prevzut i cu poli auxiliari ale cror bobine sunt nseriate cu nfurarea rotoric (indusul) i au rolul de a compensa fluxul magnetic de reacie al indusului n axele neutre. La mainile cu o construcie mai pretenioas, n tlpile polare (partea polilor dinspre rotor) sunt practicate crestturi n care sunt introduse bobine nseriate cu rotorul, parcurse deci de curentul rotoric dar n sens contrar sensului din bobinele rotorice aflate sub acea talp polar. Aceast construcie permite compensarea fluxului magnetic de reacie al indusului n axele polare care tinde s micoreze fluxul magnetic inductor (avnd sens opus acestuia sub talpa polar).

Fig. 11.2. Seciune n colectorul mainii de curent continuu

b) nfurrile rotorice (ale indusului) alctuiesc circuite nchise, simetrice, compuse din bobine numite secii cu laturile active situate n crestturi. n fiecare cresttur sunt doua laturi active de la dou secii diferite una la fundul crestturii (jos) i alta la suprafa (sus). Fiecare secie are o latur activ ntr-o cresttur plasat sus i o a doua latur n alt cresttur plasat jos. Deschiderea (distana ntre laturile active) y a unei bobine, n numr de crestturi sau centimetri, se numete pasul bobinei i poate fi egal cu pasul polar (distana n numr de crestturi sau centimetri la periferia rotorului ntre doi poli) sau mai mic ca pasul polar, n care caz se numete pas scurtat y .

nfurrile indusului pot fi de dou tipuri: bobinaj buclat i bobinaj ondulat. Capetele unei secii la bobinajul buclat sunt legate la dou lamele de colector vecine, iar la bobinajul ondulat se afl conectate la lamele de colector distanate cu aproape dublul unui pas polar.

Numrul de perii este egal cu numrul de poli 2p. Periile sunt legate ntre ele din dou n dou jumtate dintre ele fiind conectate la borna "+" a indusului i jumtate la borna "-". Fiecare perie este astfel plasat nct lamelele de colector vecine pe care calc s fie conectate la o secie care are laturile active plasate n axele neutre ale mainii n care cmpul magnetic este nul (sau aproape nul datorit fluxului de reacie al indusului). Astfel n secia scurtcircuitat de perie nu se induc tensiuni electromotoare, nu apar cureni care la ntrerupere s conduc la apariia scnteilor la colector. Se spune (inexact) ca periile sunt plasate n axele neutre, dar datorit rotirii capetelor de bobin fa de crestturile din care acestea au ieit, periile sunt fizic plasate decalat fa de aceste axe.

ntre periile de polariti diferite se vor nseria un numr de secii care vor forma o cale de curent, toate seciile formnd un numr de cai de curent n paralel, ntotdeauna par, maina caracterizndu-se prin numrul de perechi de ci de curent a. Rotorul mainii are un numr de ci de curent 2a care, n funcie de tipul nfurrii, este egal sau mai mare ca numrul de perechi de poli 2p ai mainii. Cile de curent sunt (constructiv) practic identice i deci fiecare are o rezisten ra, este parcurs de curentul Ia i este sediul unei tensiuni electromotoare induse Ea.

Dipolul echivalent al indusului va fi caracterizat de rezistena indusului ri = ra / 2a, curentul prin indus Ii = 2a Ia i tensiunea electromotoare echivalent E = Ea (Fig. 10.3.).



311.2. Fenomene electromagnetice n maina de curent continuu

11.2.1. Tensiunea electromotoare indus n rotor Cmpul magnetic produs de poli magnetici inductori are liniile de cmp radiale n ntrefierul dintre stator i rotor. Alegnd ca origine a unghiului din ntrefier o axa neutr a mainii, variaia induciei magnetice Bo() create de nfurarea de excitaie la o main cu p perechi de poli are forma din figur cu o valoare aproape constant sub tlpile polare, anulndu-se n axa polar. Pe aria de sub un pol magnetic, de lungimea acestuia (a circuitului magnetic rotoric respectiv a unui conductor plasat in cresttur) l i de limea unui pas polar (lungimea arcului de cerc ntre dou axe neutre) fluxul magnetic inductor creat de nfurarea de excitaie o se poate calcula mult mai uor considernd o valoare medie Bom a induciei magnetice.

Fig. 11.3. Schia nfurrii rotorului i schema electric echivalent

Prin micarea conductoarelor (din crestturi) ale seciilor rotorice n cmpul magnetic inductor creat de nfurrile de excitaie, se induc tensiuni electromotoare (t.e.m.) periodice n fiecare conductor rotoric, avnd valoarea medie eom proporional cu lungimea laturii active l , cu inducia magnetic medie Bom i cu viteza tangenial vt a acestuia: )Bv(e omtom = l . Deoarece lungimea este axial, viteza este tangenial iar inducia este radial, deci sunt vectori perpendiculari, rezult c valoarea produsului mixt are valoarea omtom Bve l= .

n conductoarele din zona unui pas polar tensiunile electromotoare au acelai sens. Tensiunea electromotoare rezultant Eo creat de cmpul magnetic inductor n nfurarea rotoric (egal cu t.e.m. pe o cale de curent Eoa) va fi egal cu t.e.m indus n toate cele Na=N/2a conductoare de pe o cale de curent, cu N numrul total de conductoare ale nfurrii rotorice, deci Eo = eom Na. Cunoatem c inducia medie n ntrefier este l= /B oom iar viteza tangenial n funcie de viteza unghiular i diametrul == /p/D cerc 2l al rotorului are expresia: == /p/Dvt 2 . n consecin expresia tensiunii electromotoare rezultante devine:

=

= ooo a

pNa

NpE22ll .

Fig. 11.4. Distribuia cmpului magnetic creat de excitaie



4

Astfel = omo kE cu a2Npk m = o

constant a mainii ce depinde numai de parametrii constructivi ai acesteia. Deoarece viteza unghiular se poate exprima n funcie de turaia mainii prin relaia = 2 n , expresia t.e.m. induse se mai poate pune sub forma:

nkE oeo = unde a/Npkk me == 2 este o alt constant a mainii.

11.2.2. Reacia indusului La funcionarea n sarcin a mainii, cile de curent ale indusului sunt parcurse de cureni ramificai la conexiunea cu lamelele de colector care sunt n contact cu periile colectoare. Curenii din rotor produc

un cmp magnetic propriu, numit cmp de reacie al indusului, care, mpreun cu cmpul magnetic al polilor auxiliari i eventual al nfurrilor de compensare de pe tlpile polilor principali, se adaug cmpului magnetic inductor, modificnd repartiia cmpului magnetic n ntrefier i valoarea fluxului longitudinal (din axa polar) corespunztor unui pas polar. Cmpul magnetic rezultant induce n cile de curent tensiunea electromotoare oEE corespunztoare unui flux o :

nkkE em == 11.2.3. Cuplul electromagnetic al mainii de curent continuu

Cuplul electromagnetic al mainii este cuplul exercitat de cmpul magnetic asupra rotorului i este datorat forelor Laplace de interaciune ntre cmpul magnetic i conductoarele rotorice parcurse de curentul pe o cale de curent. Fora Laplace )B(IF mac = l asupra unui conductor rotoric are orientare tangenial deoarece lungimea conductorului (ca vector) l este axial iar inducia medie Bm este radial i are mrimea

===

aI

aIBIF iimac 22 lll unde curentul pe o cale de curent este egal,

evident, cu tot curentul din indus mprit la numrul de ci de curent. Cuplul asupra celor N

conductoare rotorice M = N Fc D/2 va avea expresia ii IaNpp

aINM =

=

22. Rezult c

expresia cuplului electromagnetic are forma:

im IkM = unde aNpk m = 2

este constanta cunoscut deja de la expresia tensiunii electromotoare induse n rotorul mainii. Cuplul electromagnetic, dependent de tensiunea electromotoare indus n rotor, se poate

calcula i pe alt cale, fiind raportul dintre puterea electromagnetic (vehiculat ntre stator i rotor la nivelul ntrefierului) i viteza unghiular. Puterea electromagnetic (transmis de la rotor la stator n regim de generator i de la stator la rotor n regim de motor) are expresia:

=== MIkIEP imiem . Deoarece cuplul are prin definiie expresia = /PM em rezult c: im IkM = formul ce a fost demonstrat i pe alt cale. Cuplul electromagnetic care se exercit asupra rotorului este orientat n sensul de rotaie, fiind astfel un cuplu activ la maina ce funcioneaz n regim de motor. La maina care funcioneaz n regim de generator cuplul electromagnetic se exercit asupra rotorului n sens opus sensului de rotaie, adic este un cuplu rezistent (maina fiind antrenat de un motor primar).

Fig. 11.5. Tensiunea electromotoare indus



511.2.4. Comutaia mainii de curent continuu

n timpul funcionrii mainii de curent continuu seciile nfurrii indusului sunt scurtcircuitate pe rnd i apoi ntrerupte prin trecerea periilor de pe o lamel de colector pe alta. Dac n seciile scurtcircuitate apar tensiuni electromotoare induse, n aceste secii vor apare cureni care prin ntrerupere conduc la amorsarea arcurilor electrice ntre perii i lamelele de colector, fenomen numit comutaia mainii de curent continuu. Aceste scntei la colector conduc la o rapid deteriorare a periilor i lamelelor, situaie care este inacceptabil. O mbuntire considerabil a comutaiei se realizeaz prin plasarea periilor astfel nct seciile scurtcircuitate s aib laturile active n axele neutre ale mainii, unde cmpul magnetic este nul. Problema este c n axele neutre geometrice (bisectoarele unghiurilor formate de axele polare) cmpul magnetic nu este nul, datorit cmpului magnetic de reacie al indusului, dependent de valoarea curentului rotoric, care se suprapune peste cmpul inductor dnd natere cmpului magnetic rezultant, care se anuleaz n axele neutre fizice. Poziia axelor neutre fizice nu este fix, deoarece aceasta depind de distribuia i valorile cmpului de reacie al indusului. La mainile de foarte mic putere mai puin pretenioase (mai ieftine), se plaseaz periile n axele neutre fizice corespunztoare funcionrii n sarcin nominal i se echipeaz maina cu perii de rezisten mare din grafit, micorndu-se intensitatea curentului n secia scurtcircuitat, pentru a reduce scnteierile la colector (soluie care conduce la micorarea randamentului mainii). La mainile de medie i mare putere soluia adoptat const n plasarea n axele neutre geometrice ale mainii a unor poli auxiliari echipai cu nfurri parcurse de curentul rotoric care produc, n aceste axe, un cmp magnetic opus celui de reacie al indusului, deci care compenseaz cmpul de reacie al indusului. La maini mai pretenioase (dar mai scumpe) se face o compensare a cmpului magnetic de reacie al indusului i n dreptul axelor polare, prin plasarea n crestturi practicate pe tlpile polare ale polilor principali a unor nfurri parcurse de curentul rotoric care produc un cmp de sens opus celui rotoric. nfurrile de pe poli auxiliari mpreun cu nfurrile de compensare de pe polii principali constituie cea ce se numete excitaia serie a mainii, care are rolul de a compensa cmpul magnetic de reacie a indusului, de a fixa axele neutre fizice i de a mbuntii radical comutaia mainii de curent continuu.

11.3. Regimurile de funcionare ale mainii de curent continuu Maina de curent continuu poate funciona n trei regimuri: - regimul de generator; - regimul de motor; - regimul de frn.

n toate aceste regimuri ecuaiile tensiunii electromotoare, puterii i cuplului electromagnetic sunt aceleai: nkkE em == cu ke = 2 km

== MIEP iem respectiv im IkM = . Ecuaiile tensiunii U i puterii P vehiculate pe la bornele indusului, precum i sensurile

curentului rotoric iI , ale tensiunii electromotoare E, cuplului electromagnetic M, vitezei unghiulare de rotaie i puterilor electric P respectiv mecanic Pm schimbate de main cu reeaua electric respectiv cu mecanismul cu care este cuplat pe acelai ax, sunt diferite de la un regim de funcionare la altul.

11.3.1. Regimul de generator Ecuaiile de funcionare sunt: iIrEU = Jemiii PPIrIEIUP === 2 unde JP



6 este puterea transformat n cldur n circuitul rotoric prin efect Joule. Maina convertete puterea mecanic primit pe la ax de la un motor primar (motor cu explozie intern sau turbin hidraulic, cu abur sau cu gaze) n putere electric Pem, pe care o cedeaz (cea mai mare parte) unui consumator P cu excepia unei pri transformate n cldur n circuitul rotoric. Curentul prin rotor este n sensul tensiunii electromotoare induse iar cuplul electromagnetic este de sens opus sensului de rotaie fiind astfel un cuplu rezistent.

11.3.2. Regimul de motor Ecuaiile de funcionare sunt:

iIrEU += ; Jemiii PPIrIEIUP +=+== 2 . Maina convertete puterea electromagnetic Pem (parte din

puterea electric P primit de la o surs de curent continuu) n putere mecanic la ax pe care o cedeaz unei maini de lucru. Curentul prin rotor este n sens opus tensiunii electromotoare induse iar cuplul electromagnetic este n acelai sens cu sensul de rotaie, fiind astfel un cuplu motor.

11.3.3. Regimul de frn Ecuaiile de funcionare sunt:

EI)Rr(U if += ; Jemiifi PPP;IEI)Rr(IUP =++== 2 . Maina primete putere electric de la o surs de curent

continuu, primete putere mecanic pe la ax de la maina de lucru cu care aceasta este cuplat (pe care o convertete n putere electric Pem) i transform toat puterea rezultat n cldur. Deoarece n acest caz curentul rotoric ar fi foarte mare i cldura produs ar supranclzi maina, circuitul rotorului se nseriaz obligatoriu cu un reostat de frnare Rf cu o rezisten mare, de obicei reglabil. Curentul prin rotor este n acelai sens cu tensiunea electromotoare indus iar cuplul electromagnetic este de sens opus sensului de rotaie fiind astfel un cuplu rezistent (de frnare).

11.4. Modaliti de excitare ale mainii de curent continuu Modalitile de excitare ale mainilor de curent continuu sunt (n mare) dou, cu diferite variante funcie de particularitile constructive i de regimul de funcionare:

1) excitaie tip derivaie

A) maini fr compensarea reaciei indusului excitaie independent (sau separat) - fig. a excitaie derivaie - fig. b B) maini cu excitaie serie de compensare a reaciei indusului excitaie mixt independent - serie - fig. c excitaie mixt derivaie - serie - fig. d 2) excitaie serie - fig. e

11.4.1 Maini cu excitaie tip derivaie Excitaia tip derivaie se folosete att la generatoare ct i la motoare.

nfurarea de excitaie de pe polii principali se proiecteaz, de obicei, de aceeai tensiune nominal cu nfurarea indusului. De aceea poate fi alimentat, la o aceeai main fizic, fie separat, fie n derivaie cu rotorul, funcie de interesele utilizatorului.

Curentul de excitaie este relativ mic fiind 5% din valoarea curentului prin indus din care cauz conductorul nfurrii de excitaie este de seciune mic.

Reglajul curentului de excitaie i implicit al fluxului inductor o se poate face prin intermediul reostatului Rc, (Rc') nseriat cu excitaia derivaie (numit reostat de cmp) sau, la alimentarea separat, i prin reglajul tensiunii de alimentare Ue, n care caz nu mai este necesar acest reostat.



7nfurarea de excitaia serie

plasat pe polii auxiliari i - la unele maini - n crestturi practicate n tlpile polilor auxiliari este parcurs de curentul prin indus (n lipsa Rc"), sau numai de o parte a acestuia (reglat prin intermediul reostatului Rc") i creeaz un cmp magnetic c care se adun cu cmpul creat de excitaia derivaie (deci de sens opus cmpului de reacie al indusului).

Excitaia serie de compensare a reaciei indusului are o pondere cantitativ mic la cmpul din main, contribuia sa fiind calitativ mare la stabilizarea distribuiei cmpului i mbuntirea comutaiei. n mod obinuit reostatul Rc" lipsete, compensarea reaciei indusului fiind reglat prin proiectarea i construcia mainii. Acest reostat este folosit n paralel cu nfurarea numai atunci cnd este necesar reglajul (se poate numai n jos) curentului de compensare pentru obinerea unor caracteristici speciale ale maini.

Excitaia independent la mainile cu sau fr compensare a reaciei indusului se folosete la generatoare de tensiune mic (4 - 12 V) , la generatoarele de tensiune foarte mare (U>500 V) sau la generatoarele la care reglajul tensiunii se face automat (prin reglajul tensiunii de alimentare a excitaiei Ue). De asemenea excitaia independent este folosit la motoarele la care reglajul turaiei se face prin reglarea tensiunii de alimentare a indusului (curentul de excitaie trebuind s fie constant).

11.4.2. Maini cu excitaie serie nfurarea de excitaie serie, la aceste maini, este dispus pe polii principali, este parcurs de curentul rotoric (n lipsa Rc), sau numai de o parte a acestuia (reglat prin intermediul reostatului Rc) i creeaz un cmpul magnetic principal (inductor) la care se adaug cmpul de reacie al indusului. n acest fel tensiunea electromotoare indus este dependent de sarcin. Excitaia serie nu se folosete la generatoare ci numai la motoare utilizate n traciunea electric sau alte acionri speciale.

11.5. Caracteristicile generatorului de curent continuu Ecuaiile de funcionare ale generatorului de curent continuu, deduse n paragrafele anterioare sunt: E = ke n , M = km I , U = E r I unde E este tensiunea electromotoare, ke , km sunt constante ale mainii, este fluxul rezultant prin aria cuprins sub un pas polar, n este turaia mainii, M este cuplul electromagnetic asupra rotorului, U este tensiunea la bornele indusului, r este rezistena rotoric (a nfurrii, colectorului i periilor) iar I este curentul indus.

11.5.1. Caracteristica de mers n gol Mersul n gol al generatorului este regimul n care I = 0. n acest

caz fluxul total va fi egal cu fluxul inductor = o( Ie ) , tensiunea electromotoare este E = Eo = ke o n iar tensiunea la borne n gol este Ug = Eo = Ug( Ie ). Caracteristica este definit ca: Ug = f ( Ie ) la I = 0 i n = n n = ct. Curba urmrete (la alt scar) caracteristica = f ( I e ) sau caracteristica de magnetizare B (H) a materialului din care este realizat circuitul magnetic al mainii. Magnetizarea remanent conduce la producerea unei tensiuni remanente Ur ( care permite autoexcitarea generatoarelor cu excitaie derivaie) ce poate fi anulat la un curent de excitaie coercitiv Iec .



8

11.5.2. Caracteristica extern Caracteristica extern este definit ca: U = f ( I ) la n = n n = ct. i I e = ct. Aceast caracteristic are mai multe variante, funcie de modurile de excitare, ponderea excitaiei serie i modului de conectare a acesteia: a) generator cu excitaie independent (separat). E ct. la I e = ct. (scade puin datorit reaciei indusului). Cderea de tensiune n sarcina nominal se datoreaz, n principal, cderii de tensiune pe rezistena indusului: Un = Ug U(I n) = ( 5 15 %) Ug r I . Acest tip de caracteristic se numete caracteristic dur . b) generator cu excitaie derivaie. La creterea curentului, crete cderea de tensiune pe rezistena indusului deci scade tensiunea la borne. nfurarea de excitaie fiind alimentat n paralel cu receptorul, la bornele indusului, rezult c I e = U / (R e + R c) va scdea. Deci: U I e E . n consecin U r I + E . Rezult o caracteristic extern mai cztoare dect la generatorul cu excitaie separat.

La generatoarele cu excitaie separat sau derivaie care au i nfurri serie proiectate strict pentru compensarea cmpului de reacie al indusului (pe care o vom numi compensare normal), tensiunea electromotoare este constant i practic egal cu cea indus de fluxul creat de excitaia derivaie ( E = E o ) astfel cderea de tensiune la borne este egal cu cderea de tensiune pe rezistena rotoric : U = r I respectiv U = r I + Eo. n acest caz caracteristica extern este a) respectiv b) aproape identic cu cazul a) respectiv b) dar mai puin cztoare. c,d) generator cu excitaie mixt (cu excitaia serie adiional la excitaia derivaie sau separat) .

Este posibil ca prin proiectare nfurrile serie s aib o pondere mai mare la crearea cmpului magnetic n main (de exemplu, avnd un numr mai mare de spire) astfel fiind posibil compensarea nu numai a reaciei indusului ci i a cderii de tensiune pe rezistena rotoric i chiar pe linia de alimentare a receptorului. Deci: I I e serie astfel > o E i U la nceput, apoi la cureni de sarcin mai mari, datorit saturaiei magnetice, scad. Aceste cazuri sunt: c) compensare suplimentar (pentru a compensa i cderea de tensiune pe rezistena rotoric); d) supracompensare (pentru a compensa cderea de tensiune pe rezistena rotoric i cderea de tensiune pe linia de alimentare a receptorului). e) generator de sudare, cu excitaie mixt avnd excitaia serie conectat diferenial cu excitaia derivaie. Aceast excitaie serie produce un cmp magnetic de acelai sens cu cmpul de reacie al indusului, mrind efectul acestuia de micorare a fluxului rezultant n main deci i a tensiunii electromotoare induse, odat cu creterea curentului de sarcin. Rezult o caracteristic extern puternic cztoare numit caracteristic moale . Acest tip de caracteristic este necesar la sursele folosite n procesul de sudare electric (cu arc electric n special, dar i la alte procedee).

11.5.3. Caracteristica de reglaj Caracteristica de reglaj este definit ca variaia curentului

de excitaie cu intensitatea curentului prin indus: Ie = f ( I ) la n = n n = ct. pentru ca U = U n = ct. Cu creterea curentului de sarcin, tensiunea la bornele generatorului scade (vezi caracteristica extern). Dar la aceeai cretere cresc i cderile de tensiune pe liniile de alimentare, care conduc i ele la scderi de tensiune la bornele receptoarelor. Acest lucru nu este convenabil pentru receptoare, care ar trebui s aib o tensiune la borne constant i ct mai apropiat de tensiunea nominal pentru a funciona la parametrii proiectai. De aceea generatoarele trebuiesc prevzute cu sisteme (de obicei automate) de pstrare a tensiunii constante la bornele lor, cu creterea curentului de sarcin, prin creterea tensiunii electromotoare induse, deci a curentului de excitaie. Cele dou cazuri prezentate n figur sunt ntlnite la:



9a) generatoare cu excitaie separat sau excitaie mixt, separat - serie, cu excitaia serie proiectat pentru compensare normal (numai a reaciei indusului); b) generatoare cu excitaie derivaie sau excitaie mixt, derivaie - serie, cu excitaia serie proiectat pentru compensare normal (numai a reaciei indusului).

Pentru cazurile c), d) i e), de la paragraful caracteristica extern, nu se pune problema pstrrii tensiunii constante la borne, deoarece la acestea se urmrete obinerea unor asemenea caracteristici externe n scopuri bine determinate. n cazul c) compensarea cderii de tensiune pe rezistena indusului se obine prin aportul suplimentar la creterea tensiunii electromotoare a excitaiei serie, obinndu-se practic o tensiune la borne generatorului constant i egal cu valoarea nominal. n cazurile d) i e) nu trebuie obinut o tensiune la borne constant ci una mai mare dect valoarea nominal i cresctoare cu creterea curentului de sarcina pentru compensarea cderii de tensiune pe linia de alimentare a receptorului, respectiv mai mica i puternic descresctoare pentru alimentarea instalaiilor de sudare.

11.5.4. Bilanul puterilor. Caracteristica randamentului generatorului de curent continuu Generatorul de curent continuu primete de la un motor primar putere mecanic Pm pe care o convertete n putere electric i o transmite receptoarelor. Aceast conversie i transmisie este nsoit de pierderi de putere care se transform ireversibil n cldur.

La generatoarele cu excitaie independent acestea primesc i o putere electric (5 % din puterea indusului) pentru alimentarea excitaiei Pex(ind) . O parte din puterea mecanic se pierde prin frecri i pentru antrenarea ventilatorului necesar pentru rcire Pf,v. O mic parte din putere se pierde n circuitul magnetic rotoric unde cmpul magnetic este variabil n timp i au loc pierderi prin histerezis i cureni turbionari P Fe . Ce rmne se transform n putere electric la nivelul nfurrii rotorice - puterea electromagnetic Pem - din care se scad pierderile prin efect Joule n circuitul indusului PJ i - eventual - puterea necesar alimentrii excitaiei derivaie Pex (der) rmnnd puterea transmis receptoarelor P.

Pierderile prin frecri i ventilaie i pierderile n fier sunt independente de sarcin fiind aceleai de la mersul n gol din care cauz suma lor constituie pierderile de mers n gol Po = P f,v + PFe . Pierderile Joule n rotor fiind proporionale cu ptratul curentului rotoric sunt proporionale cu ptratul factorului de ncrcare nn P/PI/I == al generatorului i cu pierderile Joule nominale:

nJ2

J PP = . Puterea generatorului va fi proporional cu puterea nominal i factorul de ncrcare P Pn= .

Caracteristica randamentului este definit ca: =() la n=n n=ct. i U=Un=ct.

Randamentul generatorului va avea expresia : Jo)ind(exm PPP

PPP

P)P(P

P++=+=+= ,

deci : Jn

2on

n

PPPP)( ++

= care are o valoare maxim Jnon

nm PP2P

P+= la o valoare a

factorului de ncrcare Jn

oo P

P= cu valori n intervalul o = 0,7 o,9.



10 11.6. Caracteristicile motoarelor de curent continuu

Principalele caracteristici ale motoarelor de curent continuu sunt: caracteristica mecanic n = n ( M ) caracteristica curentului n = n ( I i ) caracteristica randamentului = ( P ) sau = ( )

Ecuaiile de funcionare ale motoarelor de curent continuu sunt: U = E + r Ii ; E = ke n ; M = k m Ii ; = ( Ie, Ii )

n general fluxul rezultant este o funcie neliniar de curentul de excitaie i curentul prin indus (datorit fenomenului de reacie a indusului ). Considernd ns contribuia excitaiei serie de compensare de pe polii auxiliari i eventual din crestturile practicate n tlpile polilor principali, fluxul rezultant se poate considera practic egal cu fluxul inductor o i deci o funcie numai de curentul de excitaie cu variaie asemntoare cu caracteristica de magnetizare a materialului din care este realizat circuitul magnetic al mainii.

11.6.1. Motoare cu excitaie tip derivaie n aceast categorie intr motoare cu excitaie derivaie sau

independent cu sau fr compensare a reaciei indusului (nfurri de excitaie serie pe polii auxiliari sau n crestturi din tlpile polilor auxiliari). Toate aceste motoare au caracteristici apropiate.

Motoarele cu excitaie mixt (cele mai des utilizate) au excitaia serie numai pentru compensarea reaciei indusului, fapt care face ca (Ie , Ii) o(Ie).

Vom lua ca model motorul cu excitaie derivaie. Ecuaiile de funcionare sunt: I = Ii + Ie , U = E + r Ii , E = ke n , M = km Ii . Rezult c:

ieee

i

eI

kr

kU

krIU

kEn =

== . innd cont c = mi kMI i notnd cu = eo k

Un turaia de

mers n gol, rezult expresiile caracteristicilor motoarelor:

ie

oi Ikrn)I(n = - caracteristica de curent; Mkk

rn)M(nme

o = - caracteristica mecanic. Motoarele cu excitaie tip derivaie:

au o caracteristic mecanic dur (turaia scade puin cu creterea cuplului);

au cuplul de pornire i curentul de pornire de valori foarte mari. La pornire trebuie limitat curentul (deci i cuplul) prin nserierea de rezistene suplimentate.

La pornire : n = 0, E = 0, ipIrU = , I U

rM k Iip p m ip= =, .

innd cont c r UIip

= i = eo kUn ecuaia caracteristicii de curent devine:

== eipi

oe

io kI

IUn

kIr

nn deci )II

1(nnip

io = sau

pip

i

o MM1

II

1nn == .

Rezult c, n valori relative, graficul caracteristicii curentului (identic cu caracteristica mecanic) , de forma unei drepte, se ntinde n trei cadrane ale sistemului de coordonate reprezentnd tot attea regimuri de funcionare ale mainii de curent continuu: a) Cadranul I regim de motor cuplul este activ, M > 0 n acelai sens cu sensul de rotaie n > 0; curentul prin indus Ii > 0 este n sens opus tensiunii electromotoare maina transform energia electric n energie mecanic



11 b) Cadranul II regim de generator cuplul este rezistent, M < 0 n sens opus sensului de rotaie n > 0; curentul prin indus Ii < 0 este n acelai sens cu tensiunea electromotoare maina transform energia mecanic n energie electric ; c) Cadranul IV regim de frn cuplul este pozitiv M > 0 dar este n sens opus sensului de rotaie n < 0 deci este un cuplu de frnare; curentul prin indus Ii < 0 este n acelai sens cu tensiunii electromotoare - maina transform energia mecanic n energie electric .

Motoarele cu excitaie de tip derivaie se utilizeaz la acionarea mainilor unelte grele (strunguri carusel, freze i raboteze mari, maini de rectificat, etc.), la acionrile principale ale laminoarelor sau altor instalaii tehnologice. Ele permit reglarea vitezei n limite foarte largi i au regimurile tranzitorii de pornire, frnare, oprire foarte scurte.

11.6.2. Motoare cu excitaie serie Motoarele cu excitaie serie are fluxul magnetic practic

proporional (pe poriunea aproape-liniar a caracteristicii de magnetizare) cu curentul de excitaie, deci i cu curentul prin indus:

L Ie = L Ii unde 1RR

R

ec

c



12 Motoarele serie sunt foarte robuste, suport uor suprasarcinile, ocurile de cuplu i cderile

mari de tensiune de alimentare.

La n = 0 E = 0 iar curentul de pornire e

pi rrUI += .

Caracteristica curentului devine:

++=

+= 1I)rr(U

Lkrr

Lkrr

ILkUn

iee

e

e

e

ie,

deci

= 1I

Inn

i

pi ; deoarece Lk

MIm

i = rezult c

ppii MMII = . n acest fel caracteristica curentului respectiv caracteristica mecanic n valori relative au expresiile:

= 1I/I

1n)I/I(npii

pii ,

= 1M/M

1n)M/M(np

p .

Dup cum se observ n figur maina de curent continuu cu excitaie serie funcioneaz n regim de motor (cnd cuplul este n acelai sens cu turaia) dar i n regim de frn (cnd cuplul este n sens opus sensului de rotaie deci este un cuplu rezistent). Motoarele cu excitaie serie sunt utilizate, n mod special, n traciunea electric deci pentru acionarea troleibuzelor, tramvaielor, vagoanelor de metrou i locomotivelor electrice. Datorit caracteristicilor speciale ale acestor motoare, ele mai sunt utilizate n acionri grele, cu mari ocuri de cuplu cum ar fi acionarea cuptoarelor rotative i a morilor cu bile sau cu role din industria metalurgic sau a materialelor de construcie.

11.6.3. Bilanul puterilor i caracteristica randamentului motoarelor de curent continuu Motorul de curent continuu absoarbe de la reea pe excitaie puterea Pex iar pe indus puterea electric Pa pe care o convertete n putere mecanic i o transmite mecanismelor antrenate. Aceast conversie i transmisie este nsoit de pierderi de putere care se transform ireversibil n cldur. O mic parte din puterea absorbit se pierde prin efect Joule n circuitul indusului PJ. Ce rmne se transform n putere mecanic la nivelul rotorului - puterea electromagnetic Pem proporional cu viteza unghiular i cu cuplul electromagnetic M. O parte din aceasta se pierde n circuitul magnetic rotoric unde cmpul magnetic este variabil n timp i au loc pierderi prin histerezis i cureni turbionari PFe, o alt parte din puterea mecanic se pierde prin frecri i pentru antrenarea ventilatorului necesar pentru rcire Pf,v , rmnnd puterea P - transmis mecanismelor antrenate proporional cu viteza unghiular i cu cuplul mecanic util Mm. Pierderile n fier i pierderile prin frecri i ventilaie precum i puterea necesar pentru excitaia derivaie (la excitaia serie puterea pentru excitare este proporional cu factorul de ncrcare i puterea nominal de excitare Pex= Pexn) sunt independente de sarcin fiind aceleai de la funcionarea n gol din care cauz suma lor constituie pierderile de mers n gol :

Po = P f,v + PFe ( + Pex,deriv). Pierderile Joule n rotor fiind proporionale cu ptratul curentului rotoric sunt proporionale cu

ptratul factorului de ncrcare al motorului i cu pierderile Joule nominale :

nJ2

J PP = unde ni

i

n II

PP = .

Puterea motorului va fi proporional cu puterea nominal i factorul de ncrcare P Pn= .



13Caracteristica randamentului este definit ca :

= ( ) la n = n n = ct. i U = U n = ct. Randamentul motorului va avea expresia :

Joa PPPP

PPP

PP

++=+== , Jn2onn

PPPP)( ++

=

cu un maxim nJon

nm PP2P

P+= la Jn

oo P

P= cu valori n

intervalul o=0,7o,9. 11.7. Pornirea motoarelor de curent continuu

La pornire att motoarele cu excitaie de tip derivaie ct i cele cu excitaie serie au un curent i cuplu mare de pornire care trebuie limitat pentru a nu solicita termic i mecanic motorul, pentru ca acest curent de pornire s fie suportat de sursa de alimentare i pentru ca acceleraiile prea mari la pornire s nu duneze mecanismului antrenat. Pornirea motoarelor de curent continuu se poate face n trei moduri: 1. prin conectare direct la sursa de alimentare; 2. cu reducerea tensiunii de alimentare a indusului; 3. cu reostat de pornire nseriat cu rotorul.

11.7.1. Pornirea prin conectare direct la sursa de alimentare Metoda este folosit la motoare de putere mic, cu rezistena suficient de mare astfel ca Iip Mrp situaie care depinde de alegerea Up. Dac ns Mp >>> Mrp , cuplul de accelerare rezultat poate afecta transmisia i maina de lucru.



14 b) Motoare cu excitaie serie

La motoarele de curent continuu cu excitaie serie din traciunea electric, unde se folosesc mai multe motoare (axul i motorul sau boghiul i motorul), se reduce tensiunea la pornire prin punerea tuturor motoarelor, la nceput, n serie apoi grupuri de cte dou n serie legate n paralel, pentru ca n final toate motoarele s fie legate n paralel cnd vor fi alimentate la tensiunea nominal.

11.7.2. Pornirea cu reostat de pornire nseriat pe indus a) Motor cu excitaie tip derivaie

Pornirea cu reostat de pornire este cea mai utilizat metod de pornire a motoarelor de curent continuu. Reostatul trebuie rcit cu aer sau cu ulei pentru eliminarea cldurii disipate. Reglajul n trepte al rezistenei se poate face manual sau automat pe msur ce

curentul din indus p

i RrEUI +

= scade ca urmare a creterii tensiunii electromotoare cu creterea turaiei. Pornirea se face cu un curent de excitaie deci i un flux magnetic inductor maxim (deci o turaie de mers n gol minim). Caracteristica de curent respectiv caracteristica mecanic n regimul de pornire cu reostat au expresiile:

ie

po Ik

Rrnn

+= ; Mkk

Rrnn 2

me

po

+= La pornirea manual ca rezistena de pornire se utilizeaz un

reostat cu ploturi care este scurtcircuitat treptat de un operator suficient de ncet pentru a nu se produce salturi prea mari de curent i de cuplu. La pornirea automat se utilizeaz trepte de rezisten care sunt scurtcircuitate treptat cu un sistem de contactoare comandate de relee de curent minim respectiv maxim astfel nct :

Ii min Ii Ii max ( deci Mmin M Mmax ). Se obine o pornire cu ocuri de curent i de cuplu controlate.

b) Motoare cu excitaie serie Dac se nseriaz cu motorul serie un reostat de pornire turaia de infinit devine

LkRrr

ne

pe

++= astfel caracteristica mecanic (i cea de curent) devine cu att mai cztoare cu ct

rezistena de pornire este mai mare. n acelai timp cuplul i curentul de pornire se micoreaz cu creterea acestei rezistene. Acest lucru aste folosit pentru pornirea motoarelor serie cu trepte de rezisten nseriate cu indusul.

La acionrile din traciunea electric unde se folosesc mai multe motoare (axul i motorul sau boghiul i motorul) se utilizeaz o metod combinat de pornire cu reducerea tensiunii de alimentare i nserierea de trepte de rezistent cu motoarele. Spre exemplificare sunt prezentate etapele de alimentare la pornire (i control al vitezei de deplasare) la un tramvai cu 4 motoare:

1) 4 motoare nseriate cu 4 rezistene; 2) 4 motoare n serie rezistene scurtcircuitate U = 1/4 Un; 3) 2 grupe, a 2 motoare nseriate cu cte 2 rezistene, legate n paralel; 4) 2 grupe, a 2 motoare n serie, legate n paralel - rezistene scurtcircuitate U =1/2 Un ; 5) 4 grupe, a un motor nseriat cu cte o rezisten, legate n paralel; 6) 4 motoare legate n paralel - rezistene scurtcircuitate U = Un .

Acest mod de alimentare este realizat cu ajutorul unui controler cu ajutorul cruia se realizeaz pornirea, reglarea turaiei i frnarea.



1511.8. Reglarea turaiei motorului de curent continuu

Se pune problema reglrii turaiei la motoarele cu excitaie de tip derivaie (derivaie, independent, mixt). Motorul serie are turaia foarte mult variabil cu cuplul rezistent aa c nu se pune problema unei reglri fine, continue de turaie ci numai problema unei reglri n trepte, prezentat la pornirea motoarelor serie. Ecuaia caracteristicii mecanice a motorului derivaie fiind

M)I(kk

)R(r)I(k

Une

2me

s

ee += rezult c sunt trei posibiliti de reglare a turaiei:

1. reglarea turaiei cu reostat nseriat cu indusul; 2. reglarea turaiei prin modificarea (micorarea) tensiunii sursei de alimentare; 3. reglarea turaiei prin modificarea (micorarea) curentului de excitaie

11.8.1. Reglarea turaiei cu reostat nseriat cu indusul Reglarea turaiei cu reostat nseriat cu indusul este, n fond, o

reglare prin micorarea tensiunii de alimentare a indusului (datorit cderii de tensiune pe reostat) i se utilizeaz atunci cnd nu se dispune de surs de alimentare cu tensiune reglabil.

Ecuaia familiei de caracteristici mecanice cu diferite valori Rs ale rezistenei reostatului de reglare are forma:

Mkk

Rrk

U)R,M(n 2me

s

es

+= . n legtur cu aceast metod pot fi formulate cteva observaii

i concluzii: Metoda poate fi utilizat i la motoare cu excitaie mixt (cu

excitaie serie de compensare a reaciei indusului), dar excitaia derivaie trebuie alimentat fie separat fie la aceeai surs cu indusul dar naintea reostatului serie, curentul de excitaie fiind maxim;

este o metod de reglare eficient (cu plaj mare de reglare a turaiei n ) mai ales pentru cupluri de sarcin mari, apropiate de cuplul nominal;

deoarece n < no reglajul turaiei este un reglaj n jos; la valori mari ale Rs caracteristica fiind mai puin dur (mai cztoare), turaia nu mai este stabil

(la variaii mici de cuplu rezistent se obin variaii mari ale turaiei); reostatul de reglaj Rs se utilizeaz i pentru pornire dar trebuie proiectat corespunztor, cu reglaj de

rezisten continuu sau n trepte ct mai mici i cu sisteme de rcire eficiente, acesta nclzindu-se puternic datorit cldurii produse prin efect Joule;

metoda de reglare are un randament energetic sczut datorit pierderilor mari de energie pe reostatul de reglaj.

11.8.2.. Reglarea turaiei prin variaia tensiunii sursei Metoda reglrii turaiei prin variaia tensiunii de

alimentare a indusului se utilizeaz la motoare cu excitaie separat, care permit meninerea unui curent de excitaie respectiv flux inductor constant. Ecuaia familiei de caracteristici mecanice cu diferite valori ale tensiunii de alimentare a indusului are

forma: Mkkr

kU)U,M(n 2

mee = , pentru fiecare valoare

a tensiunii existnd o alt turaie de mers n gol = eo kUn .



16 n legtur cu aceast metod pot fi formulate cteva considerente:

metoda poate fi utilizat i la motoare cu excitaie mixt (cu excitaie serie de compensare a reaciei indusului), dar excitaia derivaie trebuie alimentat obligatoriu separat, curentul de excitaie fiind maxim;

este o metod de reglare foarte eficient, cu plaj mare de reglare a turaiei, practic ntre zero i turaia nominal, att pentru cupluri de sarcin mari ct i pentru cupluri de sarcin mici;

deoarece tensiunea de alimentare nu poate depi tensiunea nominal cu mai mult de 15% (deoarece ar fi afectat izolaia mainii) reglajul turaiei este practic un reglaj n jos (depirea cu maxim 15% a turaiei nominale este utilizat foarte rar);

la orice valorare a tensiunii de alimentare caracteristica mecanic pstreaz aceeai pant (caracteristic dur), astfel turaia este stabil (la variaii mari de cuplu rezistent se obin variaii mici ale turaiei);

metoda se utilizeaz i pentru pornire cnd se alimenteaz la o valoare a tensiunii Up astfel nct cuplul de pornire s fie mai mare dect cuplul rezistent de pornire;

alimentarea se poate face cu un redresor alimentat cu tensiune variabil de la un autotransformator reglabil sau cu un redresor comandat cu tiristoare de putere;

metoda de reglare are un randament energetic ridicat deoarece nu implic pierderi de energie pe reostate i este foarte modern.

11.8.3. Reglarea turaiei prin variaia fluxului de excitaie Metoda de reglare a turaiei prin variaia fluxului de excitaie se poate

aplica la motoare cu excitaie separat sau derivaie cu sau fr excitaie serie de compensare a reaciei indusului i se realizeaz prin reglajul curentului de excitaie din reostatul de cmp Rc, tensiunea de alimentare a indusului rmnnd constant. Deoarece curentul de excitaie nu poate fi dect micorat prin creterea rezistenei reostatului, metoda se mai numete i reglaj de turaie prin slbirea excitaiei.

Ecuaia familiei de caracteristici mecanice cu diferite valori ale curentului de excitaie are forma:

M)I(kk

r)I(k

U)I,M(ne

2meee

e = , pentru fiecare valoare mai mic a fluxului inductor existnd o alt turaie mai mare de mers

n gol = eo kUn dar i o pant mai mare a caracteristicii. n

legtur cu aceast metod de reglarea turaiei pot fi formulate cteva considerente: metoda poate fi utilizat foarte simplu deoarece curentul de

excitaie este mic, de numai 5% din valoarea curentului prin indus, deci poate fi reglat continuu cu un reostat de curent mic;

este o metod de reglare foarte eficient, cu plaj mare de reglare a turaiei, practic ntre turaia nominal i turaia maxim admisibil a motorului (stabilit pe considerente mecanice de ctre constructor), att pentru cupluri de sarcin mari ct i pentru cupluri rezistente mici;

deoarece curentul de excitaie nu poate depi valoarea corespunztoare tensiunii de excitaie nominale i reostatului de cmp scurtcircuitat, reglajul turaiei este un reglaj strict n sus;

la valori mai mici ale curentului de excitaie, caracteristica mecanic are o pant mai mare (caracteristic mai puin dur), astfel turaia este mai puin stabil sau foarte stabil funcie de forma de variaie a caracteristicii mecanice a mecanismului antrenat (stabilitatea maxim se obine cnd cele doua caracteristici n(M) i n(Mr) sunt normale n punctele de intersecie situaie existent practic n figur) ;

metoda de reglare are un randament energetic ridicat deoarece implic pierderi foarte mici de energie pe reostatul de cmp datorit valorii mici a curentului de excitaie.



1711.9. Frnarea motoarelor de curent continuu

Frnarea motoarelor de curent continuu este posibil att la motoarele cu excitaie de tip derivaie ct i la motoarele cu excitaie serie. Frnarea este obinut atunci cnd cuplul motorului are sens contrar sensului de rotaie. Acest lucru este obinut n cadranul II al caracteristicii mecanice n regimul de generator - la motoarele cu excitaie de tip derivaie i n cadranul IV al caracteristicii regimul de frn propriu-zis la toate tipurile de motoare de curent continuu. Intrarea direct n regimul de frn propriu-zis al unui motor poate aprea numai dac acesta este antrenat n sens invers de mecanismul cu care este cuplat, lucru posibil dac cuplul motor este redus (de exemplu prin nserierea indusului cu un reostat de rezisten mare). Antrenarea n sens invers a unui motor poate apare, de exemplu, la ridicarea unor greuti cu o macara acionat cu un astfel de motor, sau la urcarea unor rampe a vehiculelor electrice acionate cu motoare serie.

Declanarea regimului de frnare poate fi fcut la motoarele de curent continuu n trei moduri: 1. frnare n regim de frn propriu-zis prin contraconectarea alimentarii indusului, meninnd

acelai sens al fluxului de excitaie, la motoarele cu excitaie tip derivaie i la motoarele serie; 2. frnare dinamic - n regim de generator cu turaie de mers n gol nul ; 3. frnare recuperativ - n regim de generator cu turaie mai mare dect turaia de mers n gol - la

motoarele cu excitaie de tip derivaie.

11.9.1. Frnarea n regim de frn propriu-zis prin contraconectare a) Motoare cu excitaie de tip derivaie Frnarea motoarelor n regim de frn propriu-zis prin contraconectarea alimentrii indusului este posibil la toate variantele de excitare cu condiia ca s nu se schimbe sensul curentului de excitaie nici la excitaia principal (derivaie) nici la excitaia de compensare a reaciei indusului (serie). n figur este prezentat schema de contraconectare a unui motor cu excitaie mixt derivaie serie. Pentru frnare se inverseaz polaritatea tensiunii de alimentare a indusului concomitent introducndu-se o rezisten Rs foarte mare n serie cu indusul, rezisten care se micoreaz treptat, pentru meninerea unui cuplu de frnare mare. Ecuaia familiei de caracteristici mecanice n regimul de

frnare este: Mkk

Rrn)R,M(n 2me

sos

+= n cazul n care se dorete oprirea, cnd turaia se

anuleaz se deconecteaz alimentarea motorului. Dac se

urmrete schimbarea sensului de rotaie, se continu scurtcircuitarea n trepte a reostatului odat cu antrenarea motorului i creterea turaiei n sens invers pn la atingerea echilibrului ntre cuplul activ i cuplul rezistent. b) Motoare cu excitaie serie

Frnarea n regim de frn propriu-zis prin contraconectarea alimentrii indusului este posibil i la motoarele cu excitaie serie cu condiia ca s nu se schimbe sensul curentului de excitaie. Pentru frnare se inverseaz polaritatea tensiunii de alimentare a indusului concomitent introducndu-se o rezisten Rs foarte mare n serie cu indusul, rezisten care se micoreaz treptat, pentru meninerea unui cuplu de frnare mare. Ecuaia familiei de

caracteristici mecanice n regimul de frnare este: )R(nM1

Lk2U)R,M(n s

es = unde

LkRrr)R(n

e

ses

++= este turaia de infinit pentru diferitelor trepte de rezisten a reostatului serie.



18 n cazul n care se dorete oprirea, cnd turaia se anuleaz se deconecteaz alimentarea

motorului. Dac se urmrete schimbarea sensului de rotaie, se continu scurtcircuitarea n trepte a reostatului odat cu antrenarea motorului i creterea turaiei n sens invers pn la atingerea echilibrului ntre cuplul activ i cuplul rezistent. Frnarea cu contraconectare este foarte eficient att la motoarele derivaie ct i la motoarele serie. Se utilizeaz la motoarele de acionare a macaralelor i podurilor rulante grele precum i la motoarele serie din traciunea electric. Reostatul trebuie s permit reglajul rezistenei n trepte mici i trebuie prevzut cu sisteme de rcire eficiente datorit nclzirii puternice la care este supus. Randamentul energetic al metodei este sczut, datorit pierderilor importante n reostatul de frnare.

11.9.2. Frnarea dinamic Frnarea dinamic este posibil la motoarele cu

excitaie separat sau derivaie cu sau fr excitaie serie de compensare a reaciei indusului i const ntr-o frnare n regim de generator fr turaie de mers n gol care debiteaz pe o rezisten de frnare eventual reglabil.

Pentru frnare se decupleaz tensiunea de alimentare a indusului concomitent introducndu-se o rezisten Rf foarte mare n serie cu indusul, rezisten care se micoreaz treptat, pentru meninerea unui cuplu de

frnare mare. Ecuaia familiei de caracteristici mecanice n regimul de frnare este:

Mkk

Rr)R,M(n 2me

ff

+= n cazul n care se dorete oprirea, mai ales la punct fix, frnarea electric cu motorul trebuie dublat de o frn mecanic. La aceast metod la turaii mici cuplul de frnare are valori foarte mici i deci frnarea devine neeficient.

11.9.3. Frnarea recuperativ Frnarea recuperativ este posibil la motoarele cu excitaie

separat sau derivaie cu sau fr excitaie serie de compensare a reaciei indusului i const ntr-o frnare n regim de generator cu turaia mai mare dect turaia de mers n gol. Aceast frnare se numete recuperativ deoarece maina primete energie mecanic pe care o convertete n energie electric (deci o recupereaz) i o cedeaz reelei cu care este conectat (sursa care alimenta maina n regimul de motor). Aceast situaie apare atunci cnd maina este antrenat de mecanismul cu care este cuplat cu o turaie mai mare ca turaia de mers n gol corespunztoare tensiunii cu care este alimentat indusul. Curent aceast situaie este ntlnit la reglarea n jos a turaiei prin reducerea tensiunii de alimentare a indusului (vezi figura). La decelerare cnd se reduce tensiunea de alimentare a indusului se reduce i turaia de mers n gol corespunztoare, turaia n acel moment devine mai mare dect noua turaie de mers gol no2, punctul de funcionare sare pe noua caracteristic mecanic, maina intrnd astfel n regim de frnare n regim de generator cu recuperarea energiei. La



19accelerare cnd se crete tensiunea de alimentare a indusului creste i turaia de mers n gol, punctul de funcionare sare pe caracteristica mecanic superioar, aprnd astfel un cuplu de accelerare care aduce maina rapid n punctul de echilibru ntre cuplul activ i cuplul rezistent.

Aceste fenomene fac ca motoarele de curent continuu s aib regimuri tranzitorii foarte rapide, fapt care le face de nenlocuit n anumite acionri.

nc11-13 mcc.pdf

Documents