MASINA DE C.C. 7

18
Masina C.C.– Aspecte generale 1 Masini electrice – Curs şi aplicaţii Unitatea de învăţare nr. 14 CARACTERISTICILE GENERATOARELOR DE CURENT CONTINUU Cuprins Pagina Obiectivele unităţii de învăţare nr. 14 14.1 CARACTERISTICILE GENERATOARELOR DE CURENT CONTINUU Lucrare de verificare – unitatea de învăţare nr. 14 Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluare Bibliografie – unitatea de învăţare nr. 14

Transcript of MASINA DE C.C. 7

Page 1: MASINA DE C.C. 7

Masina C.C.– Aspecte generale

1 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Unitatea de învăţare nr. 14

CARACTERISTICILE GENERATOARELOR DE CURENT CONTINUU Cuprins Pagina

Obiectivele unităţii de învăţare nr. 14

14.1 CARACTERISTICILE GENERATOARELOR DE CURENT CONTINUU

Lucrare de verificare – unitatea de învăţare nr. 14

Răspunsuri şi comentarii la întrebările din testele de autoevaluare

Bibliografie – unitatea de învăţare nr. 14

Page 2: MASINA DE C.C. 7

Masina sincrona– Aspecte generale

2 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

OBIECTIVELE unităţii de învăţare nr. 14

Principalele obiective ale Unităţii de învăţare nr. 14 sunt:

• Familiarizarea cu regimul de functionare al generatorului de c.c.

• Înţelegerea noţiunilor de caracteristici ale generatorului de c.c.

14.1 CARACTERISTICILE GENERATOARELOR DE CURENT

CONTINUU Regimul de funcţionare al unui generator de curent continuu este definit de o serie de

mărimi t.e.m. E, tensiunea la bornele UA, curentul din înfăşurarea indusului IA, curentul din

înfăşurarea de excitaţie Ie şi turaţia n. Aceste mărimi sunt, în general, dependente unele de

altele.

Vom denumi caracteristică a maşinii funcţia care descrie dependenţa dintre două

dintre mărimile enumerate mai sus, celelalte rămânând constante. Importante pentru

funcţionarea unui generator de curent continuu sunt caracteristicile:

� E0 = f (Ie) pentru n = const. şi IA = 0, denumită caracteristică de mers în gol

� UA = f (Ie) pentru n = const. şi IA= const., denumită caracteristica de mers în

sarcină

� UA = f (IA) pentru n = const. şi Ie = const., denumită caracteristica externă

� Ie = f (IA) pentru n = const. şi UA = const., denumită caracteristica de reglaj

Aceste caracteristici se ridică în mod direct la platformele de încercare. În cazul unor

maşini de putere foarte mare, încercările în sarcină sunt oneroase şi se recurge uneori la

predeterminarea caracteristicilor în sarcină (b, c şi d) din caracteristica de mers în gol şi o

încercare de scurtcircuit, respectiv caracteristica Ik = f (Ie) pentru n = const. şi UA = 0. De fapt

este suficient un singur punct al acestei caracteristici, ridicat de obicei pentru valoarea Ik = In.

Întrucât caracteristicile generatoarelor de curent continuu depind de tipul de excitaţie

al acestora, vom examina pe rând caracteristicile celor 4 tipuri de generatoare.

Caracteristicile generatorului de curent continuu c u excita ţie separat ă

Page 3: MASINA DE C.C. 7

Masina C.C.– Aspecte generale

3 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Schema electrică de principiu pentru ridicarea, la platforma de încercări, a

caracteristicilor generatorului de curent continuu cu excitaţie separată este dată în fig. 2.38 .

Ea permite ridicarea tuturor caracteristicilor amintite mai sus.

Fig. 2.38

� Caracteristica de mers în gol E0 = f (Ie) pentru n = const. = nn şi IA = 0 arată

cum variază tensiunea la borne, la variaţia curentului de excitaţie, generatorul nefiind cuplat

la reţeaua de sarcină (întrerupătorul k este în permanenţă deschis). Reostatul Rc – denumit

reostat de câmp – din circuitul de excitaţie permite variaţia curentului de excitaţie Ie, care este

variabila independentă pentru caracteristica studiată.

La mersul în gol:

0000 60Φ=Φ== CN

n

a

pUE A (2.75)

C fiind o constantă pentru o maşină dată funcţionând la n = const. = nn. Înseamnă că funcţia

E0 = f (Ie), respectiv caracteristica de magnetizare a maşinii (fig. 2.39). Dacă maşina a mai

fost excitată, la Ie = 0, fluxul nu este nul, din cauza remanenţii polilor de excitaţie, deci există

şi E0rem de valoare redusă (3 + 8 % din UAn). La creşterea lui Ie, Φ0 şi respectiv E0 cresc la

început liniar, apoi – din cauza saturării circuitului feromagnetic al maşinii – creşterea nu mai

este proporţională cu Ie, ci mult mai redusă. Caracteristica se ridică până la valori E0 ce

depăşesc cu 20 + 50 % tensiunea nominală a maşinii (cu această ocazie se verifică şi

rigiditatea izolaţiei între spirele înfăşurării indusului, la maşinile noi, conform STAS 1893-87).

Reducând apoi valoarea curentului de excitaţie se constată că se descrie o ramură descendentă a

caracteristicii de mers în gol diferită de ramura ascendentă (când Ie creşte), din cauza fenomenului de

Page 4: MASINA DE C.C. 7

Masina sincrona– Aspecte generale

4 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

histerezis. Practic se consideră drept caracteristică de mers în gol curba medie pe ordonată între cele

două ramuri ale circuitului de histerezis (curba punctată din fig. 2.39 ).

Fig. 2.39

� Caracteristica în sarcin ă UA = f (Ie) pentru n = const. = nn şi IA = const. arată

cum variază tensiunea la borne când se modifică Ie, la o anumită sarcină păstrată. În acest

scop întrerupătorul k se închide pe reostatul de sarcină R, reglabil. Pentru diferite valori ale

sarcinii (obişnuit 2/4, 3/4,4/4 şi 5/4 din In) se obţine o familie de curbe aproape paralele între

ele şi în raport cu E0 = f (Ie), trasate cu atât mai jos cu cât valoarea curentului de sarcină

este mai mare (fig. 2.40).

� Caracteristica extern ă UA = f (IA) ridicată pentru n = const. = nn şi Ie = const.

evidenţiază capacitatea generatorului de a-şi menţine tensiunea la borne, în anumite limite

admisibile pentru receptoare, atunci când sarcina variază, fără a interveni în excitaţia maşinii.

Pentru ridicarea caracteristicii externe se păstrează constantă turaţia n = nn şi se

fixează curentul de excitaţiei Ie care asigură pentru generatorul funcţionând în sarcină şi

debitând curentul nominal IAn, tensiunea la borne nominală UAn (punctul A în fig. 2.41 ). Din

această situaţie caracteristica se obţine prin variaţia lui IA, respectiv prin variaţia reostatului

de sarcină R (k fiind închis). La valoarea limită R = ∞ (k deschis), caracteristica determină pe

axa ordonatelor 0EUU AOA == .

Page 5: MASINA DE C.C. 7

Masina C.C.– Aspecte generale

5 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Fig. 2.40 Fig.2.41

Fie punctul B intersecţia dintre orizontala dusă prin valoarea UA0 a ordonatelor şi

verticala dusă prin valoarea IAn a absciselor. Segmentul AB determină variaţia de tensiune de

la mersul în sarcină la mersul în gol. Având în vedere ecuaţia de funcţionare a generatorului:

pAAA UIREU ∆−−=

se poate explicita această variaţie de tensiune. Căderea de tensiune ∆Up în contactul

perie – colector variază proporţional cu curentul de sarcină (curba a, în fig. 2.41 ). Căderea

de tensiune RAIA în circuitul indusului este de asemenea proporţională cu curentul de sarcină

IA (curba b). Adunând pe ordonată valorile pAAA UIRU ∆++ se deduce curba c, care

reprezintă funcţia E = f (IA) şi care se numeşte caracteristica internă a maşinii. După cum se

observă la aceeaşi sarcină, E diferă puţin de E0, din cauza reacţiei indusului. În fig. 2.41

curba d reprezintă funcţia E0 = f (IA) = const. fiindcă Ie = const.

Variaţia de tensiune de la mersul în sarcină la mersul în gol se exprimă în procente din

tensiunea nominală, potrivit relaţiei:

[ ] 100% 0

An

AnA

An

A

U

UU

U

U −=∆ (2.76)

La generatoarele cu puteri mijlocii, această variaţie de tensiune este cuprinsă între 5-

10%.

În cazul în care rezistenţa de sarcină se micşorează foarte mult, ajungând la R = 0,

generatorul este pus în scurtcircuit net la borne, tensiunea UA devine nulă, iar curentul în

sarcină IA creşte foarte mult, atingând pentru UA = 0 valoare de scurtcircuit IASC mult mai

mare decât valoarea nominală IAn. Regimul de scurtcircuit nu poate fi suportat de generator

din cauza pierderilor chimice foarte mari şi a comutaţiei defectuoase. De aceea, se iau

măsuri de protecţie a generatorului fuzibile, întreruptoare automate sau relee de protecţie,

care declanşează reţeaua în câteva fracţiuni de secundă de la producerea scurtcircuitului.

Page 6: MASINA DE C.C. 7

Masina sincrona– Aspecte generale

6 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Excepţia de la cele arătate mai sus fac generatoarele pentru sudare, construite special, cu o

caracteristică externă mai căzătoare, la care AnASC II 2≈ .

� Caracteristica de reglaj Ie = f (IA) ridicată pentru n = const. = nn şi

UA = const. = Un, arată cum trebuie variat curentul de excitaţie pentru ca în condiţiile variaţiei

curentului de sarcină IA, tensiunea la borne să nu se modifice.

Calitativ alura acestei caracteristici se poate sesiza având caracteristica externă. Într-

adevăr, din aceasta se observă că la creşterea curentului de sarcină IA, tensiunea la borne

scade. Pentru a păstra constantă tensiunea la borne, trebuie mărit curentul de excitaţie, în

scopul compensării reacţiei indusului şi căderilor chimice de tensiune. Prin urmare

caracteristica Ie = f (IA) are o alură crescătoare pornind de la valoarea Ie0 necesară producerii

t.e.m. E0 = UA0 = UAn atunci când IA = 0.

Ridicarea caracteristicii se efectuează prin variaţia rezistenţei de sarcină R de la

valoarea ∞ până la o valoare corespunzătoare unui curent ce depăşeşte cu 15-20% curentul

nominal şi apoi în sens invers, acţionând la fiecare măsurătoare şi asupra reostatului de

câmp Rc, astfel ca tensiunea la borne să rămână constantă. Din cauza histerezisului se obţin

două ramuri diferite la creşterea şi descreşterea curentului de sarcină (fig.2.42 ). Se

consideră drept caracteristică de reglaj curba medie pe ordonată a celor două ramuri (curba

punctată).

� Predeterminarea caracteristicilor de func ţionare în sarcin ă. La maşinile de

puteri foarte mari este uneori dificil să se efectueze încercări directe în sarcină. În această

situaţie se preferă să se predetermine caracteristicile în sarcină din încercarea de mers în gol

şi o încercare în scurtcircuit.

Pentru aceasta se construieşte triunghiul de scurtcircuit, reprezentând în acelaşi

sistem de axe (fig. 2.43 ) caracteristica de mers în gol (1) şi de scurtcircuit (2). Caracteristica

de scurtcircuit reprezintă funcţia Ik = f (Ie) pentru n = const. = nn şi UA = 0.

Page 7: MASINA DE C.C. 7

Masina C.C.– Aspecte generale

7 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Fig. 2.42 Fig. 2.43

Este suficient un singur punct al acestei caracteristici, obişnuit pentru Ik = In, deoarece

caracteristica este o dreaptă care trece prin originea axelor, dacă maşina este nesaturată, iar

Φrem = 0.

La scurtcircuit UA = 0 şi Ek = RA Ik. Pentru t.e.m. Ek, din caracteristica de mers în gol

corespunde curentul de excitaţie Ie0k. Din caracteristica de scurtcircuit (2) pentru curentul de

scurtcircuit Ik corespunde un curent de excitaţie Iek > Ie0k. Curentul suplimentar Ies = Iek – Ie0k

este necesar pentru acoperirea efectului demagnetizat al reacţiei indusului – şi anume al

reacţiei demagnetizate (longitudinale). Triunghiul ABC se numeşte triunghi de scurtcircuit şi

are laturile proporţionale cu curentul din indus în domeniul în care caracteristica (1) şi (2)

rămân liniare, ceea ce este destul de riguros pentru curenţi care nu depăşesc simţitor

curentul nominal. Latura AB reprezintă căderea chimică de tensiune pe rezistenţa totală RA a

circuitului indusului (inclusiv rezistenţa de contact perii – colector). Latura BC reprezintă la

scara curentului de excitaţie măsura reacţiei demagnetizante a indusului, adică arată cu cât

trebuie mărit curentul de excitaţie pentru a compensa căderea de tensiune provocată de

reacţia indusului.

O caracteristică de scurtcircuit corespunzând dreptei (2’), pentru care Iek > Ie0k, ar

indica faptul că periile sunt rotite din axa neutră în aşa fel încât reacţia indusului este

magnetizantă şi triunghiul de scurtcircuit devine ABC’. Semnalăm faptul că în acest caz

încercarea de scurtcircuit este periculoasă, deoarece curentul de scurtcircuit Ik are tendinţa

să crească continuu.

Dacă maşina lucrează saturat, apare şi reacţia transversală a indusului şi triunghiul de

scurtcircuit se deformează în sensul creşterii catetei BC. Dacă periile sunt plasate în axa

neutră, deci nu există reacţie longitudinală, iar reacţia transversală este complet anihilată

Page 8: MASINA DE C.C. 7

Masina sincrona– Aspecte generale

8 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

printr-o înfăşurare de compensaţie, dispare latura BC, rămânând numai căderea chimică de

tensiune reprezentată de latura AB.

� Caracteristica de sarcin ă UA = f (I0) la n = const. = nn şi IA = const. se

predetermină din caracteristica de mers în gol E0 = f (Ie) dacă se trasează paralel cu el însuşi

triunghiul de scurtcircuit construit pentru Ik = IA = const., astfel ca vârful A să descrie

caracteristica de mers în gol; în această situaţie vârful C descrie caracteristica de sarcină

(fig. 2.44 ). Caracteristica de mers în gol apare în felul acesta ca un caz particular al

caracteristicii de sarcină, pentru IA = 0.

� Caracteristica extern ă UA = f (IA) se obţine tot din caracteristica de mers în gol

şi triunghiul de scurtcircuit construit pentru diverse sarcini (obişnuit 2/4, 3/4,4/4 şi 5/4 din In).

Pentru fiecare valoare a curentului IA se construieşte un triunghi de scurtcircuit, al cărui vârf A

se plasează pe caracteristica de mers în gol, ordonata vârfului C, care rămâne mereu pe

dreapta Ie = const., determină tensiunea la borne UA corespunzătoare sarcinii respective (fig.

2.45). Caracteristica astfel dedusă se trasează în cadranul II.

Fig. 2.44 Fig. 2.45

� Caracteristica de reglaj Ie = f (IA) se obţine din caracteristica de mers în gol şi

triunghiul de scurtcircuit construit pentru diverse valori ale curentului de sarcină IA.

Triunghiurile se plasează astfel încât latura BC rămâne în permanenţă pe dreapta UA =

const., iar vârful A atinge caracteristica de mers în gol.

În această situaţie vârful C determină curentul de excitaţie pentru sarcina respectiv (fig. 2.46).

Caracteristica de reglaj astfel dedusă se trasează în cadranul IV.

Predeterminarea caracteristicilor de funcţionare în sarcină prezintă o importanţă deosebită

şi pentru proiectanţi, care pot aprecia prin simple construcţii grafice efectul reacţiei indusului

şi pot prevedea măsuri pentru asigurarea funcţionării maşinii în limitele prevăzute de

standardele şi normele în vigoare.

Page 9: MASINA DE C.C. 7

Masina C.C.– Aspecte generale

9 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Fig. 2.46

Caracteristicile generatorului de curent continuu c u excita ţie deriva ţie

• Autoexcitarea generatorului deriva ţie. Fie un generator cu excitaţie derivaţie

antrenat de un motor primar cu viteză de rotaţie constantă şi conectat conform schemei

electrice din fog. 2.47. Cu ajutorul întrerupătorului inversor ki înfăşurarea de excitaţie poate fi

conectată în paralel la bornele înfăşurării indusului, într-unul din cele două sensuri posibile.

Fig. 2.47

Page 10: MASINA DE C.C. 7

Masina sincrona– Aspecte generale

10 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Dacă generatorul nu a mai funcţionat polii de excitaţie nu au un câmp remanat, prin urmare

Erem = 0 şi oricum ar fi închis ki, prin înfăşurarea de excitaţie nu circulă curent şi maşina nu se

excită.

Presupunem însă că maşina a mai fost excitată şi că există un câmp remanent al

polilor de excitaţie, respectiv o t.e.m. Erem = 0, când indusul generatorului este rotit cu viteza

nominală. Închizând acum întrerupătorul ki (k este deschis) prin înfăşurarea de excitaţie în

derivaţie va circula un curent de valoare redusă, fiindcă şi Erem este mică (3-8% din tensiunea

nominală). Dacă sensul închiderii lui ki a fost bine ales, curentul de excitaţie dat de Erem va

produce un câmp de excitaţie care va întări câmpul remanent, fluxul de excitaţie va creşte şi

va induce o t.e.m. E0 mai mare, care va conduce la creşterea curentului din înfăşurarea de

excitaţie, procesul tranzitoriu continuând în acest mod până se ajunge la o valoare stabilă a

t.e.m. E0. Acest proces poartă denumirea de autoexcitarea generatorului deriva ţie. Dacă

însă sensul închiderii lui ki este astfel încât curentul de excitaţie din înfăşurarea derivaţie

produce un câmp opus câmpului remanent, acesta va fi anulat şi procesul de autoexcitare nu

poate avea loc.

Pentru a determina valoarea stabilită a t.e.m. E0, la care se încheie procesul tranzitoriu

de autoexcitare, aplicăm legea inducţiei electromagnetice unui circuit format din înfăşurarea

indusului şi înfăşurarea de excitaţie în derivaţie:

( ) ( )dt

dieLLiRRRe eAeceA ++++=0 (2.77)

în care:

e0 – este t.e.m. instantanee la un moment t oarecare din intervalul de desfăşurare a

procesului de autoexcitare;

ie – este curentul din circuitul celor două înfăşurări;

RA – rezistenţa înfăşurării indusului, inclusiv a circuitului perii – colector;

Re – rezistenţa înfăşurării de excitaţie;

Rc – rezistenţa reostatului de câmp într-o anumită poziţie a cursorului;

LA – inductivitatea înfăşurării indusului;

Le – inductivitatea înfăşurării de excitaţie.

În afară de dependenţa dintre e0 şi ie stabilită prin ecuaţia (2.77) între aceste două

mărimi există şi legătura dată de funcţia ( )eife =0 , respectiv caracteristica de mers în gol –

curba (1) în fig. 2.48.

Page 11: MASINA DE C.C. 7

Masina C.C.– Aspecte generale

11 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Pentru o poziţie determinată a cursorului reostatului de câmp Rc = const., ca şi RA şi

Re care sunt mărimi constructive fixe ale maşinii; prin urmare căderea de tensiune (RA + Re +

Rc )ie variază proporţional cu ie şi poate fi reprezentată în sistemul de coordonate din fig. 2.48

prin dreapta (2) de pantă:

( )kRRRtg ceA ++=α (2.78)

unde k este constantă de proporţionalitate.

Fig. 2.48

Pentru o altă poziţie a cursorului reostatului de câmp deci pentru altă valoare R’c corespunde

o dreaptă care trece prin origine dar are altă pantă. În regim staţionar când dt

die = 0, relaţia

2.77 devine: ( ) eceA IRRRE ++=0 (2.79)

În intervalul de desfăşurare a procesului tranzitoriu de autoexcitare există relaţia:

( ) ( )dt

diLLiRRRe e

eAeceA +=++−0 (2.80)

căreia în fig. 2.48 , de exemplu pentru punctul A de pe caracteristica de mers în gol îi

corespunde grafic relaţia:

ABBCAC =− (2.81)

Segmentul AB dintre caracteristica (1) de mers în gol şi dreapta caracteristică de excitaţie (2)

dă măsura intensităţii procesului de autoexcitare. Acest proces se termină atunci când

0=dt

die , adică în punctul D de intersecţie a caracteristicii (1) şi dreptei (2).

Page 12: MASINA DE C.C. 7

Masina sincrona– Aspecte generale

12 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Este clar că procesul de autoexcitare nu poate avea loc dacă dreapta de excitaţie are

o pantă mai mare decât panta corespunzătoare porţiunii drepte a caracteristicii de mers în

gol:

( )KRcRRtg creAcr ++=α (2.82)

cum ar fi cazul de excitaţie (2’), când procesul de autoexcitare se opreşte în punctul F. Există

deci o valoare critică Rc a rezistenţei reostatului de câmp, respectiv o pantă crtgα , peste care

autoexcitarea nu poate avea loc.

Să remarcăm că valoarea rezistenţei critice depinde de viteza de rotaţie n a

generatorului care dictează panta porţiunii drepte a caracteristicii de mers în gol, deoarece:

eee nIKnkE '00 ≈Φ= (2.83)

pentru domeniul de liniaritate al caracteristicii.

De asemenea, în cazul când întrerupătorul K este închis pe rezistenţa de sarcină R,

curentul de sarcină fiind I, se pot scrie următoarele ecuaţii în regim staţionar:

( ) eceAA IRRIRE ++=0

RIIRE AA +=0 (2.84)

IA = I + Ie

de unde:

( ) eceA

ceA IRRR

RRRRE

++++=0 (2.85)

Se observă că intervine şi valoarea lui R, dar cum RA << R, se poate spune că

lucrurile nu se complică prea mult în cazul autoexcitării generatorului în sarcină, prinderea

având loc practic întotdeauna. Trebuie însă reţinut că la autoexcitarea generatorului cu

sarcina cuplată la borne panta dreptei de excitaţie tinde să cadă peste porţiunea dreaptă a

caracteristicii în mers în gol şi autoexcitarea începe să fie dificilă.

În sfârşit se remarcă faptul că la mers în sarcină înfăşurarea indusului furnizează

putere electrică atât receptorului conectat la borne, cât şi înfăşurării de excitaţie. Puterea

furnizată înfăşurării de excitaţie reprezintă numai 1 – 5% din puterea nominală a

generatorului; valorile mici ale intervalului corespund generatoarelor de puteri mari şi vice-

versa.

Ecuaţia de funcţionare şi bilanţul de puteri ale generatorului derivaţie nu diferă de cele

arătate la generatorul cu excitaţie separată, cu singura observaţie că puterea UAIe consumată

Page 13: MASINA DE C.C. 7

Masina C.C.– Aspecte generale

13 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

în înfăşurarea de excitaţie este luată din puterea electromagnetică AEIP = , iar curentul din

înfăşurarea de excitaţie este dictat de tensiunea la borne:

ce

Ae RR

UI

+= (2.86)

fiind variabil cu sarcina maşinii.

• Caracteristica de mers în gol . O caracteristică E0 = f (Ie) pentru n = const. şi IA

= 0 nu e compatibilă cu funcţionarea generatorului derivaţie fără sarcină la borne, fiind IA = 0

ar însemna Ie = 0. O asemenea caracteristică poate fi ridicată la platforma de încercări, dar

numai alimentând separat înfăşurarea de excitaţie.

Vom defini însă, la generatorul derivaţie, drept caracteristică de mers în gol, funcţia

UA0 = f (Ie), pentru I = 0 şi n = const. = nn. Cum însă Ie este în general foarte mic se pot

neglija căderile de tensiune în circuitul rotorului şi ca atare se poate scrie 00 EU A ≈ . În fapt

caracteristica de mers în gol a generatorului derivaţie are aceeaşi alură cu cea arătată la

generatorul de excitaţie separată (fig. 2.39 ).

• Caracteristica extern ă se defineşte prin funcţia UA = f (I) pentru n = const. = nn

şi Rc = const. întrucât, aşa cum s-a arătat, Ic este dictat de tensiunea la borne şi numai poate

fi menţinut constant dacă se păstrează neschimbată rezistenţa reostatului de câmp (rela ţia

2.86).

La generatorul cu excitaţie derivaţie, odată cu creşterea curentului de sarcină are loc o

scădere a tensiunii la borne nu numai din cauza reacţiei indusului şi căderilor chimice de

tensiune din circuitul rotoric, aşa cum era cazul şi la generatorul cu excitaţie separată, dar şi

din cauza micşorării curentului de excitaţie Ie, pe măsură ce tensiunea la borne scade, în

consecinţă alura caracteristicii externe este mai căzătoare (fig. 2.49 ).

Fig. 2.49

Page 14: MASINA DE C.C. 7

Masina sincrona– Aspecte generale

14 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

În afară de aceasta, caracteristica se deosebeşte de cea de la generatorul cu excitaţie

independentă prin aceea că pe măsură ce se micşorează rezistenţa de sarcină M, curentul I

nu mai creşte continuu spre valoarea Isc atinsă la R = 0, ci are o valoare limită Im, după care

scade spre o valoare Isc =A

rem

R

E .

Într-adevăr, la micşorarea rezistenţei de sarcină R, curentul creşte până la valoarea

limită Im, care este de (2-2,5). Im în mod obişnuit, după care maşina obişnuit; după care se

dezexcită şi curentul scade rapid. Punctul M al caracteristicii externe corespunde unei

rezistenţe de sarcină R care face ca panta dreptei de excitaţie să fie foarte aproape de panta

critică. Micşorând mai departe rezistenţa R, panta dreptei de excitaţie depăşeşte panta

critică, generatorul se dezexcită şi curentul scade la valoarea A

rems R

EI = , destul de mică. Nu

trebuie pierdut din vedere că această alură a caracteristicii se obţine prin variaţia lentă a

sarcinii şi în orice caz nu trebuie trasă concluzia că un scurtcircuit brusc la bornele

generatorului derivaţie nu ar fi periculos. În realitate, la scurtcircuitul brusc, curentul de

scurtcircuit al generatorului cu excitaţie derivaţie este tot atât de mare ca şi al generatorului

cu excitaţie separată, pentru că – în primele momente ale scurtcircuitului – curentul de

excitaţie şi t.e.m. indusă nu se modifică, datorită inerţiei magnetice a înfăşurării de excitaţie.

Variaţia de tensiune, de la mersul în sarcină nominală la mersul în gol, poate atinge

valori între 25+40% la generatoarele derivaţie.

• Caracteristica de reglaj IE = f (I), ridicată pentru UA = const. = UAn şi n = const.

= nn nu se deosebeşte calitativ de caracteristica omogenă a generatorului cu excitaţie

separată, dar sporul de excitaţie pentru a menţine pe UA constant este mai mare, la aceeaşi

sarcină, fiindcă şi căderea de tensiune, în sarcină, este mai mare.

Caracteristicile generatorului de curent continuu c u excita ţie serie

Schema electrică de principiu pentru ridicarea, la platforma de încercări, a

caracteristicilor generatorului de curent continuu cu excitaţie serie este indicată în figura

2.50.

Page 15: MASINA DE C.C. 7

Masina C.C.– Aspecte generale

15 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Fig. 2.50

Înfăşurarea de excitaţie legată în serie cu indusul, III Ae == şi pentru ca să se

stabilească o tensiune la borne trebuie închis întrerupătorul de sarcină K; procesul de

autoexcitare are şi aici trei condiţii:

• existenţa unui câmp remanent;

• conectarea potrivită a înfăşurării de excitaţie astfel încât să producă un câmp

de acelaşi sens cu câmpul remanent;

• încărcarea pe o sarcină de rezistenţă R mai mică decât rezistenţa critică – Rcn –

care satisface relaţia:

( ) crcreA tgRRRK α=++

Cum curentul de sarcină este şi curentul de excitaţie, tensiunea la borne va varia în

limite largi cu sarcina. La R > Rcr genratorul se dezexcită lăsând receptoarele nealimentate.

Din aceste cauze generatorul serie nu se foloseşte în mod curent. În afară de cele arătate

mai sus, la scurtcircuit pot apare curenţi foarte periculoşi pentru maşină.

� Caracteristica de mers în gol , practic nu are sens, pentru că 0== IIe şi tensiunea

generatorului este egală cu Erem. Pentru studiu, se poate ridica o caracteristică de mers în

gol, alimentând înfăşurarea de excitaţie de la o sursă separată; se obţine o caracteristică

asemănătoare celei a generatorului cu excitaţie separată, care dă o indicaţie asupra

magnetizării maşinii.

� Caracteristica extern ă. UA = f (I) ridicată la n = const. = nn, dar la Ie = I, variabil, este

la început crescătoare, dar la curenţi mai mari de 1,5. In prezintă o scădere a tensiunii (fig.

2.51) datorită saturării circuitului magnetic şi efectului pronunţat al reacţiei indusului.

� Caracteristica de reglaj nu are sens, pentru că Ie = I.

Page 16: MASINA DE C.C. 7

Masina sincrona– Aspecte generale

16 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

În concluzie, generatoarele cu excitaţie serie nu se construiesc ca atare. În anumite

scheme de frânare, motoarele serie de tracţiune trec în funcţionare ca generator, debitând pe

o rezistenţă constantă.

Fig. 2.51

Caracteristicile generatorului de curent continuu c u excita ţie mixt ă

Schema electrică de principiu pentru ridicarea caracteristicilor generatorului de curent

continuu cu excitaţie mixtă este reprezentată în figura. 2.52. Generatorul are două înfăşurări

de excitaţie una derivaţie şi alta serie.

Fig. 2. 52

Page 17: MASINA DE C.C. 7

Masina C.C.– Aspecte generale

17 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

Dacă fluxurile celor două înfăşurări au acelaşi sens, generatorul are excitaţie mixtă

adiţională, în caz contrar are excitaţie mixtă diferenţială. De regulă, înfăşurarea derivaţie

constituie înfăşurarea de excitaţie de bază, iar înfăşurarea serie se utilizează numai pentru

corectarea caracteristicii externe.

� Caracteristica de mers în gol este cea a unui generator derivaţie, fiindcă

înfăşurarea serie nu este parcursă de curent.

� Caracteristica extern ă poate fi modificată, în raport cu cea a unui generator

derivaţie (curba a în fig. 2. 53 ), după ponderea şi sensul înfăşurării serie. Curba b reprezintă

caracteristica externă la care se doreşte ca şi la curentul nominal In să se păstreze tensiunea

de la mersul în gol; înfăşurarea serie se dimensionează corespunzător – ca număr de spire –

şi se conectează adiţional, asigurând o compundere normală a generatorului.

Pentru generatoare care alimentează linii relativ lungi este preferabil ca la bornele

generatorului mergând în sarcină să se obţină o tensiune mai mare decât la mersul în gol,

pentru a acoperi căderea de tensiune, pe linie, până la receptor – (curba c în figura 2.53 ). În

acest caz este mărit numărul de spire al înfăşurării serie, conectată adiţional, generatorul

fiind supracompundat .

Alteori, cum este cazul generatoarelor pentru sudare, la care pentru aprinderea arcului

trebuie o anumită tensiune de mers în gol, dar în sarcină, în timpul sudării, tensiunea trebuie

să fie redusă se preferă o caracteristică externă căzătoare (curba d în fig. 2.54 ). Pentru

aceasta înfăşurarea serie se conectează diferenţial, generatorul fiind anticompudat.

Fig. 2.53 Fig. 2.54

� Caracteristica de reglaj Ie = f (I) ridicată pentru UA = const. Un şi n = const. = nn are

sens pentru generatoarele compundate normal. Pentru a menţine tensiunea la borne

constantă, la curenţi de sarcină reduşi curentul de excitaţie trebuie scăzut uşor (intervine

Page 18: MASINA DE C.C. 7

Masina sincrona– Aspecte generale

18 Masini electrice – Curs şi aplicaţii

compundajul serie), apoi – pe măsură ce sarcina creşte trebuie redus la valoarea Ie sau chiar

crescut foarte puţin (fig. 2.54) pentru că intervine saturarea maşinii. Se poate spune

însă că la generatoarele compundate normal înfăşurarea serie joacă rolul unui regulator al

tensiunii la borne, fără a mai fi nevoie de reglarea curentului de excitaţie în funcţie de

sarcină.