|
|
|
Fig. 49
Dar, 
, iar 
, de unde 
, astfel incat:
,
in care:
U - tensiunea de alimentare
Rr -rezistenta circuitului rotoric
-fluxul de excitatie
M - momentul motor
Ke,Km-constante,
deci ecuatia unei drepte cu panta inversa si ordonata la origine (pt. M=0):
, (numita turatie de mers in gol).
Asadar, putem scrie: 
, care reprezentata caracteristica naturala a
motorului reprezentata grafic in figura 50 , curba 1.
Fig.50
Deoarece
rezistenta rotorului
si , 
, rezulta o caracteristica naturala rigida. Ea se prelungeste in
cadranul II cu caracteristica generatorului recuperativ, care se
obtine pentru 
Pentru
(-
) se obtine similar caracteristica naturala 6,
corespunzatoare rotatiei motorului in sens invers.
Caracteristicile
artificiale 2- se obtin prin
introducerea de rezistente aditionale Ra in circuitul rotoric. Cu cat
cu atat si panta 
,deci se obtine
un fascicol de drepte ce trec prin (
), avand panta crescatoare (caracteristici artificiale
rotorice).
Caracteristicile
artificiale 3 -se obtin prin reducerea
fluxului de excitatie 
(deci a curentului de
excitatie
prin aceasta
modificandu-se atat ordonata la origine cat si coeficientul unghiular b (
), (caracteristici artificiale de flux).
Caracteristicile artificiale 4 -se obtin prin modificarea tensiunii de alimentare U a rotorului la motorul cu excitatie separata, (caracteristici artificiale de tensiune).
Daca 
si se obtine caracteristica 5 care trece prin
origine si are panta dependenta de rezistenta circuitului
rotoric (caracteristica masinii ca generator) .
La
punerea motorului sub tensiune deoarece si 
,rezulta 
deci relatia
tensiunilor devine:
Deoarece
este mica, la
pornire apar curenti de pornire 
mult mai mari decat curentul
nominal: 
Variatia curentilor de pornire este reprezentata in figura 51
Daca
rotorul este blocat, se obtine curentul de pornire maxim maximorum
.
La o pornire normala curentul rotoric atinge valoarea
maxima 
, iar apoi, pe masura ce turatia n creste , curentul scade la valoarea nominala 
De obicei: 
, ceea ce constituie o suprasolicitare electrica
(si mecanica) atat a motorului cat si a instalatiei
electrice. De aceea pornirea directa este permisa numai la
motoare de putere redusa (
) si la porniri rare. La puteri mari se impune limitarea
, deci este necesara pornirea indirecta.
Curentul de pornire trebuie limitat la intervalul 
.
Curentul rotoric se stabilizeaza
la valoarea nominala dupa scurgerea timpului de accelerare (pornire) 
.
Fig. 51
Schema de pornire directa cu reversarea sensului (fig.52):
Fig. 52
In figura s-au notat :
sigurante fuzibile principale (de forta)
releu termic
sigurante pentru circuitul de comanda
releu de curent nominal, necesar ca in cazul intreruperii
accidentale a circuitului de excitatie motorul sa nu se ambaleze
datorita fluxului remanent ( 
dioda de
protectie a IE impotriva tensiunii electromotoare de autoinductie care
apare la intreruperea alimentarii circuituluide excitatie
-buton de oprire
-buton de pornire sens dreapta
-buton de pornire sens stanga
-contactor de functionare rotire dreapta
-contactor de functionare rotire stanga.
Rotirea in cele doua sensuri se realizeaza prin
perechile de contacte 
si
care asigura inversarea polaritatii tensiunii de alimentare
a rotorului.
Ponirea indirecta cu rezistenta in circuit rotoric (fig. 53):
Se
realizeaza prin introducerea in serie cu rotorul a unui reostat de pornire 
( fig.53, a ) sau a
unui grup de 2-5 rezistoare fixe ( fig. 53,b ), dimensionate astfel ca:
, (fig 51)
Ponirea
se face cu toate rezistoarele inseriate cu rotorul, iar pe masura ce
turatia 
se accelereaza
si curentul scade, se scurtcircuiteaza cate o rezistenta
pana la eliminarea totala a lor.
Se recomanda ca:
Corespunzator curentilor vom avea:
, deoarece 
Fig. 53
Diagramele de functionare sunt prezentate in figura 54.
Pornirea se face in 3 trepte pe caracteristicile artificiale: AB - CD - EF - GN
Pornirea
se face pe caracteristica 1 din punctul A pana in punctul B, cand se
atinge turatia 
pentru care putem
scrie :
Prin scurtcircuitarea lui 
se trece din 
pe caracteristica 2
Fig. 54
Motorul
functioneaza pe caracteristica 2 pana la atingerea turatiei
pentru care avem:
Prin scurtcircuitarea lui 
se trece din 
pe caracteristica 3
Motorul functioneaza pe caracteristica 3
pana la atingerea turatiei 
pentru care putem
scrie:
Prin scurtcircuitarea
lui 
se trece din 
si continua
functionarea pe caracteristica naturala 4 pana in punctul
nominal de functionare N .
Observatii:
-metoda este neeconomica din punct de vedere energetic, desi foarte utilizata ;
-pentru numar mic de trepte de pornire avem socuri mari de curent, dar reostatul este mai simplu. Pentru numar mare de trepte rezulta socuri mici, dar reostat scump;
-reostatul sau rezistorele se dimensioneaza ca putere pentru o functionare de scurta durata.
Pentru
respectarea parametrilor de pornire se recomanda ca aceasta sa se
realizeze automat,rezistoarele 
, fiind scurtcircuitate prin contactele unor contactori
comandati in urmatoarele moduri:
-in functie de turatia n, prin
detectarea tensiunii electromotoare cu ajutorul unor relee de tensiune, bazat
pe relatia:
-in functie de curentul rotoric (
) - folosind relee de curent;
-in functie de timp - folosind relee de timporizare.
Primele doua metode prezinta avantajul ca parametrii de pornire sunt realizati la orice regim de lucru (sarcina).
Pornirea prin reglarea tensiunii de alimentare U (fig.55)
Este folosita mai ales atunci cand este necesara si
reglarea n si consta in variatia continua sau in
trepte a tensiunii la perii 
fluxul de
excitatie ramanand constant: 
Reglarea continua a tensiunii U se poate realiza:
- cu convertizor rotativ - se aplica numai cand este necesara si reglarea turatiei n in limite foarte largi
- cu convertizor static, care poate fi:
- cu amplificator magnetic
- cu redresor comandat
- cu variatoare electronice de tensiune continua
Reglarea in trepte a tensiunii U se realizeaza:
cu transformator cu prize in secundar
cu instalatii de redresare.
Asa cum s-a mai aratat, pentru motoarele de curent continuu, sunt valabile urmatoarele relatii:
sau 
In care
reprezinta ordonata
la origine care este functie de tensiunea U de alimentare, astfel ca la modul
general putem scrie: 
Deoarece la pornire
se impune: 
, si corespunzator 
, cu 
, rezulta 
Reglarea se face pe caracteristici artificiale, dupa cum urmeaza (fig. 55) :
Fig. 55
AB - functioneaza pe caracteristica 1 pana in B, pentru care putem scrie:
,
iar apoi se comuta pe caracteristica 2 (se sare in C) pentru care avem:
CD - functioneaza pe caracteristica 2 pana in D, pentru care putem scrie:
,
iar apoi se comuta pe caracteristica 3 (se sare in E) pentru care avem:
EF - functioneaza pe caracteristica 3 pana in F, pentru care putem scrie:
,
cand se comuta pe caracteristica 4 (se sare in G) pentru care avem:
functionarea motorului continuand pe caracteristica naturala.
3.Franarea motorului de curent continuu
In regim de franare motorul primeste putere mecanica de la arbore si putere electrica de la retea si le transforma ireversibil in caldura, dezvoltand totodata un cuplu de franare.
Franarea electrica se foloseste in urmatoarele scopuri:
- mentinerea constanta a vitezei atunci
cand apar cupluri datorate unor forte potentiale (de inertie,
gravitatie) sau variaza momentul rezistent 
.
- reducerea vitezei unghiulare impusa de procesul tehnologic sau in scopul opririi.
- mentinerea in repaus a organului de lucru atunci cand apar cupluri destabilizatoare.
Avantajele franarii electrice:
- lipsa uzurii mecanice
- gabarit redus (lipsesc franele mecanice)
- dezvoltarea unor cupluri de franare cu valori controlabile
- posibilitatea recuperarii partiale a energiei (transformarea energiei cinetice in energie electrica)
Metode de franare electrice:
dinamica (in regim de generator fara recuperarea energiei)
recuperativa (in regim de generator cu recuperarea energiei)
prin inversarea sensului de rotatie (propriu-zisa)
Franarea dinamica a motorului c.c.
Consta
in decuplarea alimentarii rotorului si cuplarea lui pe o
rezistenta de franare 
. Excitatia fiind cuplata, motorul trece in regim
de generator nerecuperativ, energia electrica produsa fiind consumata
(transformata in caldura) pe rezistenta de franare.
Deoarece 
, rezulta:
, de unde:
deci, o dreapta ce trece
prin origine cu coeficientul unghiular negativ. (caracteristicile 2, 3, 4,-fig.
56). Se observa ca, cu cat este mai mica, cu
atat momentul de franare este mai mare, fiind maxim pentru 
(rotor in scurt circuit, caracteristica naturala ca generator
5). Punerea in scurt nu se utilizeaza datorita socului termic
si mecanic la care este supus motorul.
Fig. 56
Franarea
dinamica este brusca, dar 
scade odata cu
scaderea , de aceea, pentru o oprire mai rapida se poate face
franarea in trepte (caracteristicile 2,3,4,5), in cadrul unor comutari
automate.
Exemplu-schema de pornire - franare cu o singura treapta intermediara (fig. 57):
Fig. 57
- releu de curent nominal
- releu de tensiune pentru pornire
- releu de tensiune pentru franare
- rezistenta de pornire (franare)
- contactor de pornire (franare)
Diagramele de functionare sunt reprezentate in figura 58:
Pornirea
se realizeaza prin apasarea butonului , prin aceasta fiind alimentata bobina C1. Ca urmare se
deschide contactul
, iar apoi prin inchiderea contactului se realizeaza pornirea
motorului cu rezistenta inseriata cu rotorul. Prin crestetea turatiei are loc
variatia tensiunii la bornele rotorului care este detectata de releul de
tensiune , care la valoarea programata a tensiunii isi inchide
contactul ,suntand rezistenta de pornire (se sare din punctul B
in punctul C). In continuare motorul functioneaza pe caracteristica naturala
La oprire, prin apasarea butonului se intrerupe
alimentarea bobinei C1, astfel incat, prin deschiderea contactului se intrerupe
alimentarea rotorului (salt din punctul D in E), iar prin inchiderea
contactului se cupleaza releul de
tensiune care isi inchide
contactul . Prin alimentarea bobinei contactorului C2, acesta isi
inchide contactul C2, legand rezistenta de franare in paralel pe circuitul rotoric. Energia electrica produsa de
masina electrica, care trece in regim de generator (caracteristica 3), este transformata
in caldura pe rezistenta 
pana la anularea
turatiei.
Fig
58
Franarea
se realizeaza din E pana in F, cand releul , prin deschiderea contactului sau intrerupe alimentarea
bobinei C2, care decupleaza rezistnta , in continuare oprirea fiind inertiala.
depinde de tensiunea
de declansare a releului
Intensitatea
franarii poate fi reglata prin alegerea corespunzatoare a valorii sau prin
utilizarea unui reostat de franare.
Are
loc in cazul in care motorul conectat la retea este obligat de mecanismul
antrenat sa se roteasca cu o turatie mai mare ca cea de
functionare: 
Deoarece
si 
, deci din relatia:
deci motorul trece in regim de generator consumand energie mecanica si dezvoltand un cuplu de franare. Energia electrica produsa este furnizata retelei.
La nivelul caracteristicilor de functionare lucrurile
se petrec astfel (figura 59): punctul de functionare se muta din A in B,
pentru care se dezvolta momentul de franare
Acelasi efect de franare recuperativa se obtine si daca se reduce tensiunea de alimentare (se trece pe caracteristica 2).
Pentru
rezulta 
, deci se trece de pe caracteristica 1 pe caracteristica 2
(din A
C) pentru care la turatia apare un 
, ce tinde spre zero pe masura ce 
Fig. 59
Consta in schimbarea sensului de circulatie a curentului prin indus, realizata prin schimbarea polaritatii tensiunii la bornele indusului cu pastrarea sensului de rotatie;
Prin
inversarea polaritatii: 
Initial:
La franare:
Grafic, lucrurile se prezinta astfel (fig. 60) :
- punct de functionare
(caracteristica 1)
La
inversarea polaritatii: 
, si
, pentru care: 
si apare franarea din unde este necesara intreruperea
alimentarii.
Franarea nu este totala, iar oprirea in C este dificila. Se lucreaza pe caracterisica artificiala 3 si nu pe cea naturala 2 pentru care apar solicitari electrice si mecanice inadmisibile.
a)
b)
Fig. 60
O alta metoda de franare este aceea cu reostat de franare inseriat cu rotorul (fig. 61) .
Marind
rezistenta se schimba caracteristica
de functionare si totodata si momentul motor
(se trece de pe caracteristica
1 pe caracteristica 2), turatia scade din punctul B pana in punctul C pentru
care avem turatie nula (s-a realizat oprirea) si 
,
(a) (b)
Fig. 61
4 Reglarea turatiei motorului de curent continuu
Motoarele de curent continuu sunt mai avantajoase in raport cu motarele de curent alternativ in ceea ce priveste reglarea vitezei, avand un domeniu de reglare mai mare si fiind mai economice.
In montajul din figura 62 reglarea
turatiei se realizeaza prin utilizarea a doua reostate (
pentru reglarea curentului rotoric si
pentru reglarea fluxului de excitatie).
Fig. 62
Reglarea se realizeaza pe baza formulelor:
, dar
cu
si caile
de reglare a turatiei
prin variatia
tensiunii la bornele rotorului 
, la 
si 
prin variatia
fluxului de excitatie , la 
si 
prin variatia
tensiunii sursei de alimentare 
, la
Se realizeaza conform montajului de figura 63:
Fig. 63
- reostat serie - reostat derivatie
Reglarea se bazeaza pe relatiile:
, 
De cele mai multe ori 
,dar 
- coeficientul unghiular al caracteristicii
1.
, -pe caracteristica naturala
2.
-pe caracteristica
artificiala
Observatie.: teoretic 
dar practic 
Dezavantaje :
- este voluminos si
scump (functionare de durata)
- la
mici, posibilitatile de reglare scad.
- randament redus ,deci se foloseste la motoare de puteri mici.
Reglarea turatiei motorului de curent continuu prin
variatia (fig. 64)
Reglarea se poate face in doua moduri:
- cu reostat in circuitul IE, metoda aplicata la motoarele de puteri mici-mijlocii, cu excitatie in derivatie;
- prin utilizarea unei surse de tensiune reglabila pentru alimentarea independenta a IE.
Fig. 64
, 
Cum: 
si 
Observatie
- cu scaderea se obtin caracteristici artificiale tot
mai elastice;
- deoarece caracteristica
naturala 2 se obtine pentru 
turatia poate fi reglata numai in
sens crescator;
- pentru 
, fluxul de reactie a
indusului poate influenta mult de excitatie si caracteristica poate
sa devina urcatoare (functionare instabila). Reglarea
se limiteaza la domeniul : 
- deoarece cu 
, acesta trebuie limitat din
considerente termice trebuie sa ne incadram in hiperbola
de putere ct.: 
, deci cu 
- randament bun care scade
putin cu cresterea datorita pierderilor pe si
Reglarea turatiei motorului de curent continuu prin variatia tensiunii de alimentare (fig.65)
Metoda presupune o sursa proprie de alimentare a motorului, reglabila, si se foloseste cand este necesar un domeniu larg de reglare. Sursa poate fi:
- un generator rotativ de c.c.;
- o instalatie de redresare cu tensiune reglabila.
Cum 
, 
Se obtine un domeniu larg de
reglare a turatiei la
Fig. 65
Pentru reglarea turatiei la puteri mari se utilizeaza grupul generator - motor (Ward - Leonard) a carui schema este urmatoarea:
Fig. 66
- motor de curent alternativ trifazat ce antreneaza cele doua generatoare de c.c.: 
- excitatrice pentru alimentarea 
si 
- generator pentru alimentarea 
si au puteri aproximativ
egale, iar este de putere mult
mai mica (ce poate fi inlocuita cu un redresor la instalatiile
stationare).
Prin
reglarea 
se regleaza 
si deci tensiunea 
de excitatie a si
Prin
reglarea 
se regleaza 
, deci tensiunea de alimentare a
motorului Inversarea
polaritatii , deci a sensului de
rotatie a se face prin perechile de contacte si 
prin care se inverseaza (prin se regleaza deci
turatia
Prin reglarea 
se regleaza 
, deci turatia motorului . Uneori inversarea sensului se face prin inversarea (prin inversarea polaritatii 
la 
Pornirea
se regleaza: pe 
maxima
pe minima min si max
se
selecteaza sensul de rotatie prin contactele sau
se
porneste si se regleaza 
pana la obtinerea dorita;
se
mareste turatia prin micsorarea 
(a tensiunii de alimentare a
se
continua cresterea turatiei prin marirea (regl.
Obs.: daca scade scade si devine generator iar motor franarea sistemului
Oprirea(franarea):
se reduce
turatia din (prin micsorarea rezistentei lui);
se reduce
turatia din (prin marirea rezistentei lui);
cand 
se comanda schimbarea cu
se
micsoreaza si apoi se mareste , prin aceasta turatia
crescand in sens invers;
Avantaje
reglarea continua a turatiei in limite largi;
posibilitatea franarilor lente sau bruste (eventual cu recuperarea energiei);
regimuri tranzitorii scurte;
utilizarea unor reostate de
mica putere cost redus si
randament 
ridicat;
Dezavantaje
necesita cel putin 3 masini electrice;
puterea
este de circa 3 ori mai mare ca cea necesara la 
randament global redus.
Utilizari
masini unelte mari;
laminoare;
macarale mari;
ascensoare rapide;
transport feroviar si maritim.
