Caracteristici de funcionare utilizate n sistemele de acionare electric cu maini de curent continuu

Acionri cu maini de curent continuu cu excitaie separat

Acionrile cu maini de c.c. cu excitaie separat se utilizeaz foarte frecvent n practic datorit posibilitilor sale bune de modificare i reglare a vitezei, de pornire, reversare, frnare economic i de conducere automat a SAE.

Dac tensiunea de alimentare a rotorului rmne constant, caracteristicile de funcionare i relaiile de calcul sunt aceleai pentru acionrile cu maini de c.c. cu excitaie separat (fig. 2.1,a) i cu excitaie derivaie (fig. 2.1,b). n cazul acionrilor cu vitez reglabil prin modificarea tensiunii rotorice, metod practicat doar la motoarele de c.c. cu excitaie separat, caracteristicile mecanice i relaiile capt forme specifice.

Simbolurile din figura 2.1 au urmtoarele semnificaii: A1A2 indusul, B1B2 nfurarea de comutaie; RA rezistena total a nfurrilor din circuitul rotoric (care include i rezistenele nfurrilor de compensaie i eventual de comutaie, dac exist); R rezistena nseriat cu indusul; F1F2, respectiv E1E2, nfurarea de excitaie, avnd rezistena RE; IA,IE i I curenii prin indus, excitaie i curentul total; U, UE tensiunea indusului, respectiv tensiunea de excitaie; E tensiunea electromotoare. Valoarea medie a tensiunii electromotoare la perii are expresia:

pi

Kka

pNE ===2

(2.3)

unde, s-a notat cu: p numrul perechilor de poli, a numrul de perechi de ci de curent a nfurrii rotorice, N numrul total de conductoare din crestturile rotorice, k = pN / 2pia constant mecanic a mainii electrice, - fluxul de excitaie, - vitez unghiulara a indusului, iar K = k - un factor dimensional, care devine constant dac fluxul nu variaz. tiind c puterea electromagnetic corespunztoare cmpului magnetic din ntrefier are expresia:

F1

F2

B2 B1A1 A2

RC RE

RA

ER

I

IE

U

+

-

+

-

UE

F1F2

B2 B1A1 A2

RC RE

RAE

R

IA

IEU

+

-

I

a) b)Fig. 2.1

Aem EIP = , (2.4)

din (2.4 i 2.3) rezult cuplul electromagnetic sub forma:

AAem KIIkPM ===

(2.5)

Cuplul nominal la arborele motorului electric de acionare, se calculeaz funcie de puterea mecanic nominal la arbore P2N i vitez nominal N a motorului, cu relaia:

N

NN

PM

22 = , (2.6)

n timp ce cuplul nominal electromagnetic

ANANN

emN KIIkPM ==

=

Dac se neglijeaz pierderile de putere n fierul rotorului PFe2 i cele mecanice i prin ventilaie Pmv, valorile nominale ale cuplului mecanic respectiv puterii mecanice la arbore se consider egale cu valorile nominale ale cuplului electromagnetic i respectiv puterii electromagnetice:

M2N = MN; P2N = PemN. (2.7)

n regim staionar, ecuaia tensiunilor din circuitul indusului, pentru regim de motor, se exprim prin relaia:

U = E + RA IA + Up E + RA IA, (2.8)

unde, Up reprezint cderea de tensiune la perii, care adesea se neglijeaz. Dac se neglijeaz i reacia indusului, astfel nct fluxul din ntrefier, la funcionare

n sarcin, se consider egal cu fluxul de excitaie 0, numit i flux de mers n gol ( 0 = const.), utilizarea relaiilor (2.3), (2.5) i (2.8) permite obinerea ecuaiei caracteristicii curentului de sarcin, sub forma

)1(0p

AIII

kR

kU

==

, (2.9)

i a caracteristicii mecanice,

)1(022p

AMMM

kR

kU

==

. (2.10)

unde,

Ap R

UI = ; A

pp RUkIkM == (2.11)

reprezint valorile curentului i respectiv cuplului de pornire (cnd = 0), iar

kU

=0 , (2.12)

viteza de mers n gol ideal (cnd I = 0, M = 0).

Caracteristicile curentului de sarcin i cele mecanice, se mai pot scrie sub forma:

= 0 - (2.13) unde,

AAA I

kRM

kR

== 22 (2.14)

reprezint cderea de vitez la funcionare n sarcin. Se constat ca la aceeai valoare a fluxului de excitaie, caracteristicile curentului de sarcin au aceeai alur cu caracteristicile mecanice. n figura 2.2a este reprezentat caracteristica mecanic natural, n valori absolute, a unei maini de c.c. cu excitaie separat, iar n figura 2.2b aceeai caracteristic, n valori raportate, cu precizarea regimurilor de funcionare ale mainii electrice de acionare.

Dac funcionarea mainii electrice are loc la flux constant, ecuaiile (2.9) i (2.10) se particularizeaz sub forma:

0

M

N

MN

1

N

IIp

0

1

1

motor femgenerator

a) b)Fig. 2.2

MMp

IK

RKU A

= , (2.15)

MKR

KU A

2= . (2.16)

innd seama de rel. (1.130) rezult c rigiditatea local a caracteristicii mecanice are expresia:

tan222 ==== KR

kR

dMdB AAl , (2.17)

i este redus ca valoare datorit[ valorii relativ sczute a rezistentei rotorice RA, iar caracteristica mecanic ia forma:

= 0 + Bl M (2.18)