ACTIONARI ELECTRICE 6

8/14/2019 ACTIONARI ELECTRICE 6

1/15

4 Motoare de curent continuu cu excitaie derivaie

Sunt cele mai rspndite la acionarea mainilor de lucru, deoarece asigur ocaracteristic de acionare rigid i ofer posibiliti largide reglare a turaiei.

4.1 Caracteristici mecanicen regim de motor, tensiunea electromotoare esteopus sensului curentului n indus, astfel c aplicndlegea a doua a lui Kirchhoff la circuitul acest circuit(conform cu figura), rezult:

rr IRUE =

Dar, n**KE e = , iar rm I**KM = , de unde

=*K

MI

m

r , astfel nct:

M**K*K

R

*K

U

*K

I*RU

*K

En

me

r

ee

rr

e

2

=

=

= ,

n care:U - tensiunea de alimentareRr - rezistenta circuitului rotoric - fluxul de excitaieM - momentul motor Ke, Km - constante,

36


2/15

deci ecuaia unei drepte cu pant invers i ordonata la origine (pt. M=0):

=

0

*K

Un

e

, (numit turaie de mers n gol).

Putem deci scrie: M*bnn = 0 , relaie care reprezint caracteristica natural amotorului, curba 1.

Deoarece rezistena nfurrii indusului este foarte mic rezult o nclinaie b acurbei i deci o caracteristic natural rigid. Ea se prelungete n cadranul al doileacu o caracteristic de tip generator recuperativ, care se obine pentru n > n0

Pentru (-n0) se obine similar caracteristica natural -1, corespunztoare rotaieimotorului in sens invers.

Caracteristicile artificiale 2 (2a, 2b) se obin prin introducerea de rezisteneadiionale Ra n circuitul rotoric. Cu ct Ra este mai mare cu att i panta b crete, ideci se obine un fascicol de drepte caretrec prin originea coordonatelor avndpanta cresctoare (caracteristici artificialerotorice).

Caracteristicile 3 (3a, 3b) se obinprin reducerea fluxului de excitaie (deci a curentului de excitaie Ie), i prinaceasta se modific att ordonata laorigine ct i coeficientul unghiular b (scade, iar no i b cresc), (caracteristiciartificiale de flux).

Caracteristicile artificiale 4 (4b) seobin prin modificarea tensiunii dealimentare U a indusului la motorul cuexcitaie separat, (caracteristici artificiale

de tensiune).Dac Ur = 0 n0 = 0 i se obinecaracteristica 5 care trece prin origine iare panta dependent de rezistenacircuitului indusului (5a, 5b) caracteristica mainii n regim degenerator.

4. 2 Pornirea motorului de curentcontinuu

La punerea motorului sub tensiunedeoarece E = kex x n i n = 0, rezultE = 0 deci relaia tensiunilor devine:

r

RprRprrR

UIRIRIEU ==+= maxmax **

Deoarece Rr este mic, la pornire apar curenide pornire Irp mult mai mari dect curentul nominal:

r

RnR

EUI

= .

Variaia curenilor de pornire se poate analiza

din reprezentarea alturat.Dac rotorul este blocat, se obine curentul de

pornire maxim maximorum IMM.

Caracteristicile mecanice alemotorului de c.c.

Variaia curenilor de pornire

37


3/15

La o pornire normal curentul rotoric atinge valoarea maxim IRpmax, iar apoi, pemsur ce turaia n crete, curentul scade la valoarea nominal IRn

De obicei ( )[ ] RnRp II *2014...8max = , ceea ce constituie o suprasolicitare att amotorului ct i a instalaiei electrice. De aceea pornirea direct este permis numaila motoare de putere redus (P < 1Kw), la porniri rare. La puteri mari se impunelimitarea IRpmax# IRn, deci este necesar pornirea indirect.

Curentul de pornire trebuie limitat la intervalul IRpmin < IRp < IRpmax.Curentul rotoric IRp se stabilizeaz la valoarea nominala Irn dup depirea

timpului de accelerare (pornire) ta.4. 2. a Schema de pornire direct cu inversarea sensului de rotaien figur s-au notat:

e1 sigurane fuzibileprincipale (de for)e2 releu termic

e3 sigurane pentrucircuitul de comand

d releu de curentnominal, necesar ca ncazul ntreruperiiaccidentale a circuitu-lui de excitaie motoruls nu se ambalezedatorit fluxuluiremanent ( 0 n, )D diod de protecie a IE

mpotriva tensiuniielectromotoare de

autoinducie care apare lantreruperea alimentarii circuitului de excitaieb1 - buton de oprireb2 - buton de pornire sens dreaptab3 - buton de pornire sens stngaC1 - contactor de funcionare rotire dreaptaC2 - contactor de funcionare rotire stnga.

Rotirea in cele dou sensuri se realizeaz prin perechile de contacte C11 iC12 care asigur inversarea polaritii tensiunii de alimentare a rotorului.

4. 2. b Pornirea

indirect cu rezisten ncircuit rotoric (fig. 53):

Se realizeaz prinintroducerea n serie curotorul a unui reostat depornire Rp sau a unui grupde 2 - 5 rezistoare fixedimensionate n aa felnct:

admpp RRII

max__max_< ,

Pornirea indirect cu rezisten n circuitul indusului

38


4/15

Pornirea se face cu toate rezistoarele nseriate cu rotorul, iar pe msur ceturaia n se accelereaz i curentul scade, se scurtcircuiteaz cte o rezisten pnla eliminarea total a lor.

Se recomand ca:( )

nRRpII *3,1...1,1

min_=

( ) nRRp II *5,2...5,1max_ =

Corespunztor curenilor vom avea:maxmin MMM


5/15

max_0min_03*

**

*1

pRr

pR

prI

K

RnI

K

RRnn

=

+=

Prin scurtcircuitarea lui Rp1se trece din F n G i continu funcionarea pecaracteristica natural 4 pn n punctul nominal de funcionare N .

Observaii:- metoda este ne economic din punct de vedere energetic, dei este foarteutilizat ;

- pentru numr mic de trepte de pornire avem ocuri mari de curent, dar reostatuleste mai simplu. Pentru numr mare de trepte rezult ocuri mici, dar reostatscump;

- reostatul sau rezistoarele se dimensioneaz ca putere pentru o funcionare descurt durat.Pentru respectarea parametrilor de pornire se recomand ca aceasta s se

realizeze automat, rezistoarele Rp, fiind scurtcircuitate prin contactele unorcontactoare comandate n urmtoarele moduri:

- n funcie de turaia n, prin detectarea tensiunii electromotoare cu ajutorul unor

relee de tensiune, bazat pe relaia: E = kex

x

n- n funcie de curentul rotoric (Ir) folosind relee de curent;- n funcie de timp folosind relee de temporizare.

Primele dou metode prezint avantajul c parametrii de pornire sunt realizai laorice regim de lucru (sarcin).

4. 2. c. Pornirea prin reglarea tensiunii de alimentare UEste folosit mai ales atunci cnd este necesar i reglarea n i const n

variaia continu sau n trepte a tensiunii la perii 0 < U < Un fluxul de excitaiermnnd constant: n=

Reglarea continu a tensiunii U se poate realiza:

- cu convertizor rotativ se aplic numai cnd este necesar i reglarea turaiei nn limite foarte largi- cu convertizor static, care poate fi:

- cu amplificator magnetic- cu redresor comandat- cu variatoare electronice de tensiune continu

Reglarea n trepte a tensiunii U se realizeaz:- cu transformator cu prize n secundar- cu instalaii de redresare.

Aa cum s-a mai artat, pentru motoarele de curent continuu, sunt valabileurmtoarele relaii:

M**K

R

*K

Un r

2

= sau rr I**K

R

*K

Un

=

n care:

=

*K

Uno reprezint ordonata la origine care este funcie de tensiunea U de

alimentare, astfel ca la modul general putem scrie:

=*K

Un i

io

Deoarece la pornire se impune: max_pmin_p rrr III


6/15

AB funcioneaz pe caracteristica 1 pn n B, pentru care putem scrie:

min_prr I**K

R

*K

Un

= 11 ,

iar apoi se comuta pe caracteristica 2 (se sare n C) pentru care avem:

max_pr

r

I**K

R

*K

U

n =

2

1

CD funcioneaz pe caracteristica 2 pn n D, pentru care putem scrie:

min_prr I**K

R

*K

Un

= 22 ,

iar apoi se comut pe caracteristica 3 (se sare n E) pentru care avem:

max_prr I**KR

*KUn

= 32

EF funcioneaz pe caracteristica 3 pn n F, pentru care putem scrie:

min_prr I**K

R

*K

Un

= 33 ,

cnd se comut pe caracteristica 4 (se sare n G) pentru care avem:

max_prr I**K

R

*K

Un

= 43 ,

funcionarea motorului continund pe caracteristica natural.

4.3. Frnarea motorului de curent continuu

Diagramele de tensiune i caracteristicile artificiale

41


7/15

n regim de frnare motorul primete putere mecanic de la arbore i putereelectric de la reea i le transform ireversibil n cldur, dezvoltnd totodat uncuplu de frnare.

Frnarea electric se folosete n urmtoarele scopuri:- meninerea constant a vitezei atunci cnd apar cupluri datorate unor forepoteniale (de inerie, gravitaie) sau variaza momentul rezistent Mr.

- reducerea vitezei unghiulare impus de procesul tehnologic sau n scopul opririi.- meninerea n repaus a organului de lucru atunci cnd apar cupluridestabilizatoare.

Avantajele frnrii electrice:- lipsa uzurii mecanice- gabarit redus (lipsesc frnele mecanice)- dezvoltarea unor cupluri de franare cu valori controlabile- posibilitatea recuperrii pariale a energiei (transformarea energiei cinetice nenergie electric)

Metode de frnare electrice:

- dinamic (n regim de generator frrecuperarea energiei)- recuperativ (n regim de generatorcu recuperarea energiei)- prin inversarea sensului de rotaie(propriu-zis)

4. 3. a. Frnarea dinamic amotorului c.c.

Const n decuplarea alimentriirotorului i cuplarea lui pe o rezisten defrnare fR . Excitaia fiind cuplat,motorul trece n regim de generatornerecuperativ, energia electric produsfiind consumat (transformat ncldur) pe rezistena de frnare.DeoareceU = 0, rezult:

2**

*

me

fr

KK

MRRn

+= , de unde:

b

nMf = ,

deci, o dreapt ce trece prin origine cucoeficientul unghiular negativ.(caracteristicile 2, 3, 4,). Se observ c,cu ct fR este mai mic, cu attmomentul de frnare este mai mare,fiind maxim pentru 0=fR (rotor n scurtcircuit, caracteristica naturala cagenerator 5). Punerea n scurt nu seutilizeaz datorit ocului termic imecanic la care este supus motorul.

Frnarea dinamic este brusc,

dar Mf scade odat cu scderea lui n, deaceea, pentru o oprire mai rapid se

Frnarea dinamic

Pornire frnare cu o singur treaptintermediar

42


8/15

poate face frnarea n trepte (caracteristicile 2, 3, 4, 5), n cadrul unor comutriautomate.

4. 3. b. Pornire frnare cu o singur treapt intermediard1 - releu de curent nominald2 - releu de tensiune pentru pornire

d1 - releu de tensiune pentru frnareRp, Rf - rezisten de pornire (frnare)C1, C2 - contactor de pornire (frnare)

Pornirea se realizeaz prin apsarea butonului 1b , prin aceasta fiindalimentat bobina C1. Ca urmare se deschide contactulC13, iar apoi prin inchidereacontactului C11 se realizeaza pornirea motorului cu rezistenta pR inseriata cu rotorul.Prin cresteteaturatiei are locvariatia tensiunii labornele rotoruluicare este detectatade releul detensiune d2, care lavaloareaprogramata atensiunii isi inchidecontactuld2,untndrezistenta depornire Rp (se saredin punctul B in

punctul C). Incontinuare motorulfuncioneaz pecaracteristicanatural 2.

La oprire, prinapsarea butonuluib2 se ntrerupealimentareabobinei C1, astfel nct, prin deschiderea contactului C1 se ntrerupe alimentarearotorului (salt din punctul D in E), iar prin nchiderea contactului C13 se cupleaz

releul de tensiune 3d care i nchide contactul 3d . Prin alimentarea bobineicontactorului C2, acesta i nchide contactul C2, legnd rezistenta de frnare Rf inparalel pe circuitul rotoric. Energia electrica produs de maina electric, care trecein regim de generator (caracteristica 3), este transformat in cldura pe rezistenta R r+ Rf pn la anularea turatiei. Diagramele de funcionare, caracteristici mecanice icurent sunt redate mai jos.

Frnarea are loc din E pn n F, cnd releul d3, prin deschiderea contactuluipropriu ntrerupe alimen-tarea bobinei C2, care decupleaz rezistorul Rf, incontinuare oprirea fiind inerial.

Mfmin depinde de tensiunea de declanare a releului d3.Intensitatea frnrii poate fi reglat prin alegerea corespunztoare a valorii Rf

sau prin utilizarea unui reostat de frnare.

Diagramele de funcionare

43


9/15

4. 3. c. Frnarea recuperativAre loc n cazul n care motorul conectat la reea este obligat de mecanismul

antrenat s se roteasc cu o turaie mai mare dect cea de funcionare: n > n0.Deoarece 0** nkU = i nkE **= UE> , deci din relaia:

r

rR

EUI

= Ir < 0 0**


10/15

n acest caz se introduce un reostat de frnare nseriat indusului. Mrindrezistenta Rf se schimb caracteristica de funcionare i totodat i momentul motorM (se trece de pe caracteristica 1 pe caracteristica 2), turaia scade din punctul Bpn in punctul C pentru careavem turaie nul (s-a realizatoprirea) si Mr = Ma,

5. Reglarea turaieimotorului de curent continuu

Motoarele de curent continuusunt mai avantajoase n raport cumotoarele de curent alternativ nceea ce privete reglarea vitezei,avnd un domeniu de reglare maimare i fiind mai economice.

In montajul din figur reglarea

turaiei se realizeaz prin utilizareaa doua reostate ( sR pentrureglarea curentului rotoric si eR

pentru

reglarea fluxului de excitaie).Reglarea se realizeaz pe baza relaiilor:

( )srr RRIEU ++= , dar rrr RIEU *+= srr RIUU *+= cu nkE **=

( ) ( ) k

RIU

k

RRIRIU

k

RRIU

k

En rrrsrrsrrsrr ** =++=+== , iar metodele de

reglare a turaiei sunt:1 - prin variaia tensiunii la bornele rotorului Ur, la n = ct. i = ct.,2 - prin variaia fluxului de excitaie , la U = ct. i Ur= ct.,3 - prin variaia tensiunii sursei de alimentare U, la = ct.

5.1. Reglarea turaiei motorului de curent continuu prin variaia UrSe realizeaz conform montajului din figur n care avem: U = Ualim, = ct,

Rs reostat serie, Rp reostat derivaie (paralel)Reglarea se bazeaz pe relaiile:

Reglarea turaiei prin utilizarea a doua reostate

Reglarea turaiei motorului de curent continuuprin variaia Ur

45


11/15

+=

=

+=

prs

rrr

ssr

III

IREU

IRUU

*

*

,pR

UI

nkE

d

rp =

= **

De cele mai multe ori =pR 0=pI rsr I

k

RR

k

Un *

+= , dar

rIkM **= ( )MmnM

k

RR

k

Un sr ** 02 =

+=

, n care, m este coeficientul

unghiular al caracteristicii.

1.( ) 2

1k

Rm r= , - pe caracteristica natural,

2.( ) 2

2k

RRm sr

+= - pe caracteristica artificial.

Observaie: teoretic 0 < n < n0 dar practic 0,35 n0 < n < n0Dezavantaje :

- Rs - este voluminos i scump (funcionare de durat),- la Mr mici, posibilitile de reglare scad,- randament redus ,deci se folosete la motoare de puteri mici.

5.2. Reglarea turaiei motorului de curent continuu prin variaia .Aceasta se poate face n dou moduri:

- cu reostat n circuitul IE, metod aplicat la motoarele de puteri mici imijlocii, cu excitaie n derivaie;- prin utilizarea unei surse de tensiune reglabil pentru alimentarea independent aIE ctUU r == , 21 ee II < 1 < 2

46


12/15

Cum ns:( )

MmnMk

R

k

Un r ** 02 ==

no1 > no2 i M1 > M2

Observaie:- cu scderea se obin caracteristici artificialetot mai elastice;- deoarece caracteristica natural 2 se obine

pentru Fmax turaia poate fi reglat numai nsens cresctor;- pentru


13/15

Pentru reglarea turaiei la puteri mari se utilizeaz grupul generator - motor(Ward - Leonard) a crui schem se red mai jos i are urmtoare componen:

- Mca - motor de curent alternativ trifazat care antreneaz cele dou generatoare dec.c. E i G;- E - excitatrice pentru alimentarea IEG i IEM;- G - generator pentru alimentarea Mcc;

Mca, G i Mcc au puteri aproximativ egale, iar E este de putere mult mai mic (cepoate fi nlocuit cu un redresor la instalaiile staionare).Prin reglarea ReE se regleaz EE i deci tensiunea UE de excitaie a G i Mcc.Prin reglarea ReG se regleaz EG, deci tensiunea U de alimentare a motorului

Mcc. Inversarea polaritii U, deci a sensului de rotaie a Mcc se face prin perechile decontacte C1 i C2 prin care se inverseaz EG (prin ReG se regleaz deci turaia Mcc).

Prin reglarea se regleaz eM, deci turaia motorului ccM . Uneori inversareasensului ccM se face prin inversarea eM (prin inversarea polaritii UE pentru iEM).

Pornirea:

se regleaz: ReG pe R maxim ReM pe R minim U min i eM max se selecteaz sensul de rotaie prin contactele C1 sau C2; se pornete Mca i se regleaz REE pn la obinerea eU dorit; se mrete turaia n prin micorarea eGR (a tensiunii de alimentare a Mcc); se continu creterea turaiei prin mrirea ReM (regl. Me ).

Obs.: dac EG scade U scade i Mcc devine generator iar G motor frnarea sistemului

Oprirea (frnarea): se reduce turaia din ReM (prin micorarea rezistenei lui); se reduce turaia din ReG (prin mrirea rezistenei lui);

Grupul generator motor Ward Leonard

48


14/15

cnd n = 0 se comand schimbarea C1 cu C2; se micoreaz ReG i apoi se mrete MeR , prin aceasta turaia crescnd n

sens invers;

Avantaje: reglarea continu a turaiei n limite largi; posibilitatea frnrilor lente sau brute (eventual cu recuperarea energiei); regimuri tranzitorii scurte; utilizarea unor reostate de mic putere cost redus i randament ridicat;

Dezavantaje: necesit cel puin 3 maini electrice; puterea este de circa 3 ori mai mare ca cea necesar la ML; randament global redus.

Utilizri: maini-unelte mari, utilaje mari pentru prelucrri la cald; macarale mari; ascensoare rapide; transport feroviar i maritim.

6. SelsinulSelsinul nu este propriu zis o main motoare, ci un aa numit traductor de

poziie; l includem la acest capitol al mainilor electrice deoarece el dezvolt cuplumotor sau de frnare. El mai este numit i transformator trifazic monofazic, caurmare a unor fenomene similare celor care se petrec intr-un transformator.

In acest caz nfurarea primar este trifazic (trei nfurri nseriate) iar ceasecundar monofazic. Astfel, cele trei bobine din primar (m) induc trei t.e.m. nnfurarea secundar (a), a cror rezultant va avea o mrime dependent depoziia indusului a fa de cele trei bobine primare. Cele dou maini m1 (s o numitemitoare) i m2 (receptoare) sunt legate n faz iar secundarele n faz i opoziie.

S presupunem deci c poziia celor dou indusuri a1 i a2 este aceeai. nacest caz vectorii rezultantelor tensiunilor electromotoare din a1 i a2 sunt egali i auaceeai poziie. n aceast situaie cei doi cureni i12 i i21 sunt egali i n opoziie,suma lor fiind egal cu 0.

Rotind indusul a1 (emitorul) ntr-un sens oarecare t.e.m. se modifica att cavaloare ct i ca direcie. n acest caz, suma celor doi cureni nu mai este 0 i bobina

a2 va fi parcurs de un curent diferen i12 i21, care va determina un cmpmagnetic. Acesta din urm, n interaciune cu cmpul determinat de nfurrileinductorului, va produce un cuplumecanic ce va roti pe a2 n sensul ncare a fost rotit a1, pn cnd nouapoziie a sa va coincide cu a rotoruluiemitorului, adic pn cnd cei doicureni i12 i i21 se vor egala (suma lorva fi din nou 0).

Funcionarea aceasta se producenumai teoretic att de exact, deoarece

pe msur ce diferena dintre cei doicureni scade, cuplul care determinocuparea unei poziii similare de ctre

49


15/15

a2 fa de a1 este din ce n ce mai redus i, la un moment dat, prea mic pentru ca smai asigure rotirea. Pentru a crete precizia aceste sisteme se alimenteaz cucureni de frecven ridicat, ceea ce duce la creterea t.e.m. de inducie i astfel avalorilor absolute ale curenilor i12 i i21.

50

ACTIONARI ELECTRICE 6

Documents

Transcript of ACTIONARI ELECTRICE 6