Masina de curent continuu

Evolutia dezvoltarii masinii de curent continuu.

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemanator. Astfel, a putut observa că masina se roteste, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator.Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici si bobinele polare concentrate care creeaza câmpul magnetic de excitatie. Pe axul motorului este situat un colector ce schimba sensul curentului prin înfasurarea rotorică astfel încat câmpul magnetic de excitatie sa exercite în permanentă o fota fata de rotor. Între primele aplicatii ale fenomenului inductiei electromagnetice, descoperit în anul1831 de Faraday, se afla masina de curent continuu, respectiv dispozitivul de conversieelectromecanica a energiei, functionând pe principiul electromagnetic. Generatorul de curent electric pulsatoriu, inventat de Ritchie în 1833, marcheazainventarea într-o forma primara a colectorului. Se succed apoi dezvoltari legate si de numeleunor inventatori cum ar fi:Hjorth – 1851, construirea generatorului cu autoexcitatie;Siemens – 1856, construirea indusului în dublu T, respectiv plasarea înfasurarilorîn crestaturi;Pacinotti – 1860 construirea indusului în inel, prevazut cu crestaturi, a caruidezvoltare industriala este facuta de Gramme începând cu anul 1866;

Elemente constructive

Masina de curent continuu se compune în principal dintr-un inductor care înconstructia clasica formeaza statorul, capabil sa genereze în întrefier un câmp magneticheteropolar si un indus, care constituie rotorul masinii.Statorul masinii din figura are 2p = 4 poli, denumiti poli principali sau poli inductori. Miezul magnetic al acestor poli poate fi masiv, sau din tole de 0,5…2 mm grosime, asamblate prin nituire. Cea de-a doua varianta este mai usor de executat si în plus asigura reducerea pierderilor datorate eventualului caracter pulsatoriu al câmpului magnetic. Bobinele apartin circuitului de excitatie al masinii, fiind plasate în jurul acestor miezuri; modul lor de conectare este astfel încât sensul câmpului magnetic sa alterneze de la un pol la altul în lungul periferiei statorului. Câmpul magnetic creat de polii principali se închide prin jugul magnetic statoric, care poate îndeplini uneori si rolul de carcasa a masinii, prin întrefierul dintre stator si rotor si apoi prin miezul magnetic al rotorului. La masinile de puteri medii si mari între polii principali inductori se plaseaza polii decomutatie, ale caror bobine sunt conectate de asemenea astfel încât câmpul magnetic alacestora sa alterneze de la un pol la altul; se foloseste si denumirea de poli auxiliari pentruacesti poli. Masinile de puteri medii si mari, precum si cele destinate sa functioneze în regimuri cuvariatie rapida a sarcinii, sunt echipate cu o înfasurare de compensare a câmpului de reactie al indusului, plasata în piesele polare ale polilor inductori, în imediata vecinatate a întrefierului. Aceasta înfasurare se conecteaza în serie cu înfasurarea indusului, axa magnetica a acesteia fiind axa polilor principali.

Elemente constructive ale masinii de curent continuu:-1 – carcasa; -2,3 – scuturi; -4 – pol principal; -5 – pol de comutatie;-6 – miezul rotorului; -7 – bandaj; 8 înfasurarea rotorului;-9 – ax; -10 – suport portperii; -12 – colector; -13 – capac exterior; -14, 15 – rulmenti; -16 – cutie de borne;-17 – bulon; -18 – bobina polului de comutatie; -19 – bobina polului de excitatie; -20 – inel de ridicare;-21 – ventilator; -22 – perie; -23 – colier port-perie.

Statorul este echipat în partile frontale cu scuturi portlagare, pentru sustinerea sicentrarea rotorului. Sistemul de perii colectoare este fixat pe unul din aceste scuturi, uneoriastfel încât periile sa poata fi decalate în directie azimutala. Indusul sau rotorul masinii de curent continuu consta dintr-un miez magnetic realizatdin tole de otel electrotehnic, uzual cu grosimea de 0,5 mm. Partea dinspre întrefier a acestuimiez contine crestaturi repartizate uniform, în care se plaseaza înfasurarea indusului. Infasurarea indusului este de tipul repartizata în crestaturi, în doua straturi, inchisa, cumultiple prize conectate la lamelele colectorului. Colectorul, situat la una din extremitatile frontale ale rotorului, este constituit dintr-osuccesiune de lamele din cupru în directie azimutala, izolate fata de restul rotorului. Acestelamele asigura legatura electrica între înfasurarea indusului si periile colectoare. In functie de modul de alimentare al infasurarii de excitatie se diferentiaza:- masini cu excitatie separata, sau independenta, la care înfasurarea de excitatie estealimentata de la o sursa separata, exterioara masinii;- masini cu autoexcitatie, categorie din care fac parte:- masinile derivatie, la care înfasurarea de excitatie este conectata în paralel cuînfasurarea indusului;- masinile serie, unde înfasurarea de excitatie este conectata în serie cu înfasurareaindusului;- masini cu excitatie mixta, care combina variantele anterioare, cel putin una dintreînfasurarile de excitatie fiind alimentata de la o sursa separata.

Principiul de functionare al masinii de curent continuu

Fie o spira dreptunghiulara,plasata simetric pe un miez magnetic cilindric,care la rândul sau se afla în câmpul magnetic inductor creat de polii N si S.

Prin antrenarea rotorului, supus cuplului de antrenare Ma al unei masini motoare, spira se roteste cu viteza unghiulara , laturile spirei în lungul miezului magnetic având viteza tangentiala v , perpendiculara pe vectorul inductie magnetica B din întrefier. Variatia acestei inductii în raport cu coordonata si reprezinta la alta scara variatia în timp a tensiunii electromotoare indusa în spira, ue = 2B Lv,unde L este lungimea axiala a spirei . Prin urmare, tensiunea la bornele A1, A2 ale structurii simple are o variatie alternativa în timp. Infasurarea rotorica parcursa de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenti. Rotorul se deplaseaza în câmpul magnetic de excitatie pana cand polii rotorici se aliniaza în dreptul polilor statorici opusi. In acelasi moment, colectorul schimba sensul curentilor rotorici astfel incat polaritatea rotorului se inverseaza si rotorul va continua deplasarea pana la urmatoarea aliniere a polilor magnetici.

Generatorul de curent continuu

In regimul de generator, masina transforma puterea mecanica primita pe la arbore de la un motor (care antreneaza masina) în putere electrica debitata într-o retea de curent continuu. Sa presupunem ca masina de c.c. este antrenata de catre un motor primar (motor Diesel,turbina cu abur, turbina hidraulica etc.), cu viteza (turatia n) constanta. Motorul primar dezvolta pentru aceasta cuplul activ Ma cu acelasi sens ca si viteza de rotatie. Mai presupunem ca înfasurarea de excitatie a masinii de c.c. este asigurata de un curent Ie de la sursa de c.c. oarecare, care poate fi un redresor, un acumulator, un alt generator de c.c. sau chiar masina electrica considerata (autoexcitatie).

In aceste conditii, in sectiile înfasurarii rotorului, invartite in campul magnetic de excitatie, se vor induce t.e.m., care se regasesc la bornele exterioare A1 si A2 sub forma unei tensiuni de mers în gol, egala cu t.e.m. culeasa de perii ( U E 0 ).

Elemente constructive

Generatorul de curent continuu prezinta doua elemente constructive principale: unstator numit si inductor şi un rotor numit si indus. Statorul se compune din: carcass, scuturi portlagar, poli magnetic aparenti,(principalisi auxiliari), înfasurari(de excitatie, de compensare si auxiliare), suport portperii si cutie de borne. Carcasa confectionata din material feromagnetic (de regula otel masiv) serveste pentru inchiderea campului magnetic intre doi poli alaturati. Poli magnetici principali sunt realizati din tole, au talpa polara lata si sunt echipati cu o infasurare de tip concentrat (de excitatie) realizate din bobine masive inseriate astfel incat doi poli succesivi sunt de nume contrar. Generatoarele de medie si mare putere sunt echipate suplimentar cu înfasurări de compensare (distribuite în crestaturi longitudinale practicate in talpile polilor principali) si infasurari auxiliare (realizate din bobine masive dispuse pe miezurile polilor auxiliari) inseriate cu infasurarea rotorică. Polii auxiliari sunt realizati din tole, au talpa ingusta si sunt dispusi pe axele neutre, alternand cu polii principali. Rotorul se compune din: miez magnetic, infasurare indusa, colector lamelar, arbore şi ventilator centrifugal. Miezul magnetic realizat din tole are forma cilindrica si prezinta crestaturi longitudinale in care este dispusa infasurarea rotorică. Aceasta este realizată din mai multe bobine inseriate ce formează un circuit inchis. Capetele fiecarei bobine sunt conectate la cate doua lamele a colectorului, asa fel dispuse încât atunci cand lamelele trec pe sub perii (care scurcircuiteaza temporar bobina) laturile acesteia se afla în axele neutrale ale polilor principali. Pe colector calca . 2p . grupuri de perii din grafit (dispuse în axele polilor principali) prin intermediul carora infasurarea rotorica se leagă la cutia de borne. Daca un rotor se invarte între doi poli magnetici stationari, curentul din rotor circula intr-o direcţie pe parcursul unei jumatati de rotatie si in cealalta pe parcursul celeilalte jumatati. Pentru a produce o trecere constanta, intr-o singura direcţie a curentului dintr-un astfel de dispozitiv, este necesară furnizarea unui mijloc prin care curentul rezultat să aiba acelasi sens pe parcursul intregii rotatii. La masinile mai vechi aceasta este realizata cu ajutorul unor placute colectoare, un inel de metal impartit in doua, montat pe axul rotorului. Cele doua jumatati sunt izolate si sunt bornele bobinei. Perii fixe de metal sau carbon sunt tinute pe placutele colectoare in timp ce acestea se rotesc, conectand electric bobina la fire exterioare. In timp ce rotorul se învarte, fiecare perie intra în contact alternativ cu placutele colectoare, schimbandu-si poziţia in momentul cand curentul din bobina isi schimba sensul. Astfel circuitul exterior la care generatorul este conectat este alimentat cu un curent continuu. Generatoarele de curent continuu sunt de obicei folosite la tensiuni mici pentru a evita scanteile dintre perii si placute care rezultă la tensiuni mari. Cel mai mare potential obtinut in general de astfel de generatoare este de 1500 de volţi. In unele masini mai noi aceasta inversare se face folosind dispozitive electronice de mare putere, cum ar fi de exemplu diode redresoare. Generatoarele moderne folosesc rotoare cilindrice care, de obicei sunt constituite dintr-un numar mare de bobinaje asezate longitudinal in lacasuri speciale si conectate la placute colectoare. Intr-un bobinaj în care este un numar mic de locasuri, curentul produs va creste si scadea în functie de partea de camp magnetic prin care rotorul trece. Un bobinaj

compus din mai multe segmente si un rotor circular conecteaza in permanenta circuitul aproape constant deoarece intotdeauna un bobinaj longitudinal se deplaseaza printr-o suprafată cu un camp magnetic intens. Câmpurile de la generatoarele moderne sunt de obicei din patru sau mai multi poli, pentru a creste marimea si puterea campului magnetic. Cateodata poli mai mici sunt adaugati pentru a compensa distorsiunile din fluxul magnetic cauzat de efectul magnetic al rotorului.

Infasurarea generatorului care produce campul magnetic inductor, numita inasurare de excitatie, este situata în stator si este alimentata in curent continuu. Campul magnetic inductor statoric poate fi produs si cu ajutorul unor magneţi permanenti. Infasurarea de excitatie a maşinii de curent continuu poate fi alimentata în mai multe feluri: de la surse exterioare de curent continuu, cand se zice ca avem excitatie separata, sau chiar de la bornele generatorului de curent continuu, cand se zice ca avem generator cu autoexcitaţie. In ultimul caz înfasurarea de excitatie poate fi conectata în paralel, in serie sau mixt fata de înfasurarea rotorică.

Infasurarea rotorică a generatorului de curent continuu, numita indusul masinii, în care se induce tensiunea electromotoare este o infasurare speciala de curent continuu care se conectează la un colector prevazut cu mai multe segmente de inel izolate între ele. Rolul colectorului este acela de a redresa mecanic tensiunea electromotoare indusa in rotor si de a furniza in exterior o tensiune constantă (curent continuu).

Principiul de functionare T.e.m. indusa intr-o sectie a infasurarii rotorice este o marime periodica alternativa în timp.Faptul ca la perii se poate culege o tensiune continua se explica numai prin intermediul colectorului si a sistemului de contacte alunecatoare perii-lamele. Daca între aceleasi borne A1 si A2 conectam o rezistenta de sarcina oarecare Rs, t.e.m. E va da nastere unui curent I care va strabate înfasurarea rotorului, având acelasi sens ca si t.e.m. E. La functionarea în sarcina, tensiunea UA la bornele înfasurarii rotorului va fi obtinuta de t.e.m. E în urma acoperirii unor caderi de tensiune cauzate de curentul I la trecerea prin înfasurarea rotorului, prin înfasurarea polilor auxiliari si prin înfasurarea de compensare (RaI) pe de o parte, si la trecerea prin contactele perii colector ale masinii pe de alta parte (Up).

Amorsarea generatorului de current continuu cu excitatie derivatieSe antreneaza generatorul la turatie nominal cu ajutorul un motor de

antrenare.Infasurarea de excitatie este conectata in paralel la bornele inducului, cu ajutorul unui invertor I ce permite conectarii sa se faca in doua moduri:a)Daca generatorul nu prezinta camp remanent(Erem=0), in momentul inchiderii intrerupatorului inversor I pe oricare din cele doua pozitii, curentul prin infasurarea de excitatie este nul(Ie=0), iar generatorul nu se poate amorsa.b)Daca masina pastreaza un camp remanent de la o functionare anterioara sau pur si simplu este magnetizata in acest scop (Eremdiferit de0), la inchiderea corecta pe pozitia inversorului I, infasurarea de excitatie este parcursa de un curent redus ca valoare corespunzator lui E0rem=(3-8)%Un.

Graficul amorsarii generatorului de curen continuu cu excitatie derivatie:

Caracteristica de funcţionare în gol este definită ca dependenţa dintre tensiunea la bornele înfăşurării rotorice şi intensitatea curentului de excitaţie, când circuitul de sarcină este deschis, adică U0 = U0(Iex), în condiţiile n = const., I = 0. Această dependenţă reprezintă, la altă scară, caracteristica magnetică la funcţionarea în gol (I = 0), deoarece în acest regim ec. (4.16) devine U0 E = ken, iar în condiţia n = const rezultă: U0 (ke·n)· (Iex) = const · (Iex) .

Caracteristica de mers în gol este caracterizată prin prezenţa celor două ramuri: ascendentă şi descendentă, datorate histerezisului materialelor magnetice din compunerea circuitului magnetic şi obţinute la variaţie monotonă a curentului de excitaţie, având ca puncte caracteristice cele două valori ale tensiunii remanente. Dacă încercarea se efectuează asupra unui generator care nu a mai

funcţionat, sau are miezul demagnetizat, curba ascendentă va începe din origine, cu alte cuvinte Ur1 = 0.

Caracteristica de funcţionareîn gol a generatorului de c.c.

Generatorul de curent continuu cu excitatie derivatie

La generatorul de current continuu cu excitatie derivatie, infasurarea de excitatie, plasata de polii statorici ai masinii, este conectata in parallel cu infasurarea de pe rotor.In consecinta , la bornele acestei infasurari se regaseste aceeasi tensiune, si anume tensiunea nominal Un, ca si la bornele rotorice.Curentul ce strabate insa infasurarea de excitatie nu depaseste 20% din curentul nominal al masinii, motiv pentru care infasurarea de excitatie derivatie este realizata dintr-un numar mare de spire dar de sectiune mica. Generatorul de current continuu cu excitatie derivatie este de fapt un generator autoexcitat.Fapt pentru care putem spune ca acest tip de generator isi produce singur tensiunea necesara alimentarii infasurarii de excitatie. Presupunem ca maşina de curent continuu este angrenata de motorul primar cu o viteza de rotaţie n şi ca dezvolta cuplul activ Ma cu acelaşi sens ca şi viteza de rotaţie, rezultând o putere mecanica P1=MaΩ. Generatoarele pot avea mai multe tipuri de excitatie. Consideram un generator avand o excitatie separata sau independenta. In aceste conditii, in sectiile Infasurari rotorice, rotite în campul magnetic al polilor de excitatie, se vor induce t.e.m ,incat intre bornele A şi B ale masinii va apare o tensiune UAo egala cu t.e.m. Eo indusa intr-o cale de curent. Daca între aceste borne conectam o rezistenta oarecare, t.e.m. Eo va da nastere unui curent Ia, care va strabate infasurarea rotorului, avand in sectiile infasurarii acelasi sens ca si t.e.m. Eo.In cazul functionarii in sarcina, tensiunea Ua la bornele infsurarii rotorului va fi diferita det.e.m. Eo ,datorita caderilor de tensiune, determinate de trecerea curentului prin infasurarea rotorului, infasurarea polilor auxiliari si prin periile masinii. Caderea de tensiune in contactul perie-colector ΔU s-a neglijat, fiind foarte mica (1,5 - 4)V. Marimile care caracterizeaza funcţionarea generatorului de curent continuu sunt UA, IA, n si curentul de excitatie. Generatoarele de curent continuu cu excitatie derivatie au următoarele caracteristici:- caracteristica de funcţionare în gol( E0=f(Ie) pentru n=ct si I=0);

- caracteristica externă(U=f(I) pentru n=ct si Rc=ct);

-caracteristica de reglaj(Ie=f(I) pentru U=ct si n=ct);

-caracteristica interna(de sarcina)(U=f(Ie) pentru n=ct si I=ct sau Rs=ct);-caracteristica de scurtcircuit(Isc=f(Ie) pentru n=ct si U=0)

Generatorul de curent continuu cu excitatie separate

La generatorul de current continuu cu excitatie separate infasurarea de excitatie, plasata pe polii statorici ai masinii , este alimentata de la o sursa separata de current continuu , fapt ce determina ca pe placuta indicatoare a masinii sa fie indicata valoarea tensiunii de excitatie. Deoarece se studiaza regimul de generator , este necesara antrenarea din exterior de catre un motor.Presupunem ca maşina de curent continuu este angrenata de motorul primar cu o viteza de rotaţie n şi ca dezvolta cuplul activ Ma cu acelaşi sens ca şi viteza de rotaţie, rezultând o putere mecanica P1=MaΩ. Generatoarele pot avea mai multe tipuri de excitaţie. Consideram un generator avand o excitatie separata sau independenta. In aceste conditii, in sectiile infasurari rotorice, rotite in campul magnetic al polilor de excitatie, se vor induce t.e.m ,incat intre bornele A şi B ale masinii va apare o tensiune UAo egală cu t.e.m. Eo indusa într-o cale de curent. Daca intre aceste borne conectam o rezistenta oarecare, t.e.m. Eo va da nastere unui curent Ia, care va strabate infasurarea rotorului, avand in sectiile infasurarii acelasi sens ca şi t.e.m. Eo. In cazul functionarii in sarcina, tensiunea Ua la bornele infasurarii rotorului va fi diferit de t.e.m. Eo ,datorit caderilor de tensiune, determinate de trecerea curentului prin infasurarea rotorului, infasurarea polilor auxiliari si prin periile masinii. Caderea de tensiune in contactul perie-colector ΔU s-a neglijat, fiind foarte mica (1,5 - 4)V.Marimile care caracterizeaza functionarea generatorului de curent continuu sunt UA, IA, n sicurentul de excitatie. Generatoarele de curent continuu cu excitatie separata au următoarele caracteristici:

- caracteristica de funcţionare în gol(U0=E0=f(Ie) pentru n=ct si I=0;

-cracteristica interna(de sarcina)(U=f(Ie) pentru n=ct si I=ct);

- caracteristica externă(U=f(I) pentru n=ct si I0=ct;

- caracteristica de reglaj(Ie=f(I) pentru U=UN=ct si n=ct);

-caracteristica de scurtcircuit(Isc=f(Ie) pentru n=ct si U=0). Observatie! In cazul in care magnetismul remanet are o valoare mare este posibil ca, chiar in lipsa curentului de excitatie curentul prin indus sa depaseasca cu mult valoarea lui nominal.In aceasta situatie sigurantele montate pe cirsuitul inducului vor proteja infasurarea indudului.

Generatorul de current continuu cu excitatie mixta

Generatorul de current continuu cu excitatie mixta prezinta doua infasurari de excitatie:- infasurare de excitatie derivatie , constituind infasurarea de excitatie de baza care creaza fluxul inductor principal;- infasurare de excitatie serie utilizata de regula pentru corectarea caracteristicii externe . Daca fluxurile create de cele doua infasurari de excitatie au acelasi sens, atunci generatorul este mixt- additional, in caz contrar generatorul este mixt diferential. Dupa amorsarea generatorului, caracterul additional sau diferential al excitatiei se fixeaza prin inversarea leaturilor la bornele infasurarii serie.

Pentru montajul mixt aditional, fluxul creat de infasurarea serie se sumeaza cu cel creat de infasurarea derivatie, compensand astfel caderile de tensiune din masina.Compensarea este mai puternica la sarcini reduse si mai slaba la sarcini mari cand intervine saturatia circuitului magnetic si fluxul creat de infasurarea serie se face mai putin simtit.

Tensiunea la borne scade mai repede odata cu cresterea sarcinii datorita atat fluxului serie diferential cat si efectul dat de reactia indusului.Aceasta scadere a tensiunii la borne este mai pronuntata decat la un generator cu excitatie derivatie.

Generatoarele de curent continuu cu excitatie separata au următoarele caracteristici:- caracteristica de funcţionare în gol(E0=f(Ie) pentru n=ct si I=0);

- caracteristica externă(U=f(I) pentru n=ct si Ie=ct;

- caracteristica de reglaj(Ie=f(I) pentru U=ct si n=ct);

-caracteristica de scurtcircuit(Isc=f(Ie) pentru n=ct si U=0).

Motorul de curent continuu

1-carcas2-bobin_ polar

3-pol4- miez rotoric

5 bobinaj rotoric6-colector

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator.Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor. In general, sunt similare în construcţie cu generatoarele de curent continuu. Ele pot, de fapt să fie descrise ca generatoare care „functioneaza invers”. Cand curentul trece prin rotorul unui motor, este generat un camp magnetic care genereaza o forta electromagnetica, si ca rezultat rotorul se roteste. Actiunea periilor colectoare si a placutelor colectoare este exact aceiasi ca la generator. Rotatia rotorului induce un voltaj in bobinajul rotorului. Acest voltaj indus are sens opus voltajului exterior aplicat rotorului. In timp ce motorul se roteste mai rapid, voltajul rezultat este aproape egal cu cel indus. Curentul este mic, si viteza motorului va ramane constanta atat timp cat asupra motorului nu actioneaza nici o sarcina, sau motorul nu efectueaza alt lucru mecanic decat cel efectuat pentru invartirea rotorului.

Campul magnetic inductor este produs de bobine situate pe polii statorici ai motorului; acestea constituie infasurarea de excitatie a motorului de curent continuu. Alimentarea infasurarii de excitatie a motorului de curent continuu se poate face în mai multe feluri:

de la o sursa de curent continuu separate-motor cu excitatie separata; de la bornele motorului, infasurarea de excitatie fiind conectata in paralel cu infasurarea

principala (indusul, infasurarea rotorica)-motor cu excitatie derivatie, de la bornele motorului, infasurarea de excitatie fiind conectata in serie cu infasurarea

principala (indusul, infasurarea rotorica)- motor cu excitatie serie,

de la bornele motorului, infasurarea de excittie avand doua portiuni, una conectata in paralel cu infasurarea principala (indusul, infasurarea rotorica) iar celalta conectata in serie cu indusul- motor cu excitatie mixta. Infasurarea rotorica parcursa de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenti. Rotorul se deplaseaza in campul magnetic de excitatie pana cand polii rotorici se aliniaza în dreptul polilor statorici opusi. In acelasi moment, colectorul schimba sensul curentilor rotorici astfel incat polaritatea rotorului se inverseaza si rotorul va continua deplasarea pana la urmatoarea aliniere a polilor magnetici. Pentru actionari electrice de puteri mici si medii, sau pentru actionari ce nu necesita camp magnetic de excitatie variabil, in locul infasurarilor statorice se folosesc magneti permanenti. Cuplul dezvoltat de motor este direct proportional cu curentul electric prin rotor si cu campul magnetic de excitatie. Reglarea turatiei prin slabire de camp se face, asadar, cu diminuare a cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie acelasi curent strabate infasurarea de excitatie si infasurarea rotorica. Din aceasta consideratie se pot deduce doua caracteristici ale motoarelor serie: pentru incarcari reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de patratul curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lasat să functioneze în gol pentru ca in acest caz valoarea intensitatii curentului electric absorbit este foarte redusa si implicit campul de excitatie este redus, ceea ce duce la ambalarea masinii pana la autodistrugere. Motoarele de curent continuu cu excitatie serie se folosesc in tractiunea electrica urbană si feroviara (tramvaie, locomotive). Se porneste motorul de curent continuu cu excitatie derivatie, alimentat la tensiune nominala, cu reostatul de pornire Rp la valoare maxima si cel de camp Rc la valoare minima. Dupa pornire se reduce treptat valoarea reostatului de pornire pana la scurtcircuitare. Sarcina masinii de curent continuu este reprezentata de un generator sincron debitand pe o sarcina rezistiva variabila. Curentul de sarcina al masinii de curent continuu se modifica deci prin modificarea sarcinii rezistive a generatorului sincron.

La pornire, cand turatia motorului este nula, tensiunea electromotoare E indusa in infasurarea rotorica este nula si, ca urmare, curentul absorbit de motor este foarte mare, el poate fi de 6...20 de ori mai mare decat curentul nominal. Prin urmare este necesara reducerea acestuia cu ajutorul unui reostat de pornire inseriat cu circuitul rotoric. Curentul de pornire al motorului va fi:

I p = URa + Rp

Schimbarea sensului de rotatie se face fie prin schimbarea polaritatii tensiunii de alimentare prin schimbarea sensului campului magnetic de excitatie. La motorul serie, prin schimbarea polaritatii tensiunii de alimentare se realizeaza schimbarea sensului ambelor marimi si sensul de rotatie ramane neschimbat. Asadar, motorul serie poate fi folosit si la tensiune alternativa, unde polaritatea tensiunii se inverseaza o data in decursul unei perioade. Un astfel de motor se numeste motor universal si se foloseste in aplicatii casnice de puteri mici si viteze mari de rotatie (aspirator, mixer). Turatia motorului este proporționala cu tensiunea aplicata infasurarii rotorice si invers proporționala cu câmpul magnetic de excitatie. Turatia se regleaza prin varierea tensiunii aplicata motorului pana la valoarea nominala a tensiunii, iar turatii mai mari se obtin prin slabirea campului de excitatie. Ambele metode vizeaza o tensiune variabila ce poate fi obtinuta folosind un generator de curent continuu (grup Ward-Leonard), prin inserierea unor rezistoare in circuit sau cu ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate, choppere). Valoarea turatiei motorului de curent continuu se poate exprima astfel:

M M

Caracteristica mecanica a motorului de c.c. cu excitatie

separata

Caracteristica mecanica a motorului de c.c. cu excitatie serie

Face parte din categoria caracteristicilor mecanice moiDe aceea acest tip de motor este utilizat in tractiunea electrica si in instalatiile de ridicatPune probleme in regim de franare, recuperativa, dinamica sau prin contraconectare

Face parte din categoria caracteristicilor mecanice rigide- acest tip de motor este utilizat in actionari electrice reglabileReglarea vitezei si functionarea in regim de franare electrica nu pun probleme

M

K

R

K

U2

e

a

e

e

Ea

K

IRRU

n = Ek E Φ

=U − Ra I a '

k E Φ=

U − RaM '

kM Φ

k E Φ=

U −Ra

k M

M 'Φ

k E Φ

Aceasta expresie ne arata care sunt factorii ce influentează turatia motorului de curent continuu.

Motorul de curent continuu cu excitatie în derivatieLa motorul cu excitatie derivatie, la bornele infasurarii de excitatie se aplica aceeasi

tensiune(tensiunea nominal a masinii cu care este alimentata infasurarea rotorului).Daca tensiunea aplicata este mai mica atunci este posibil ca, pe perioada pornirii , cplul electromagnetic sa fie sufficient pentru a putea accelera masina pana la turatia de functionare normal. Motorul de curent continuu cu excitaţie în derivaţie are o caracteristică mecanică n(M’) rigidă deoarece fluxul magnetic de excitaţie Ф este constant (tensiunea Ue este constantă). Aceste motoare se folosesc în actionari electrice unde turatia este practic constanta independent de sarcina (cuplul M’). Regalarea turatiei la aceste motoare se poate face prin modificarea tensiunii U de alimentare sau prin modificarea curentului de excitatie (deci a fluxului de excitaţie Ф). Din expresia turatiei n se observa ca la o eventuala funcţionare în gol a motorului, cand M’ = 0, daca fluxul de excitatie Ф scade turatia motorului poate creste foarte mult.

Se observa ca turatia se poate modifica in limite largi prin modificarea tensiunii de alimentare (cazul b) dar este necesara o sursa de curent continuu cu tensiune reglabila.

Prin modificarea curentului de excitatie turatia se modifica, dar nu în limite prea largi. Se folosesc in practica actionarilor electrice sisteme ce combin cele doua principii de modificare ale turatiei

Motoarele de curent continuu cu excitatie derivatie au următoarele caracteristici:-caracteristica vitezei la mersul in gol(n=f(Ib) pentru UA=UN=ct si M2=o);

-caracteristica de functionare propriu-zisa(n=f(P1) pentru U2=f(P2) si n=f(P2);

-caracteristica mecanica (n=f(M2) pentru UA=UN=ct si Ie=ct).

Motorul de curent continuu cu excitaţie serieLa motorul de current continuu cu excitatie serie, infasurarea de excitatie este

inseriata cu infasurarea inducului astfel incat curentul de excitatie Ie este acelasi cu cel din indus si respectiv cu curentul I absorbit de motor de la retea.

Acest tip de motor trebuie cuplat la retea in sarcina si nu in gol.Motorul de curent continuu cu excitatie serie are o caracteristica mecanica de forma

celei prezentate in figura de mai jos. Caracteristica mecanica are o forma de variatie supla, favorabila sistemelor de tractiune electrica. Astfel, se observa ca la o crestere accidentala a cuplului rezistent, cand intervine inerent o micsorare a turatiei motorului (cand masina urca o panta, de exemplu) cuplul dezvoltat de motor creste pana ce va egala cuplul mecanic rezistent. Aceasta caracteristica este extrem de utila la masinile de ridicat sau la masinile de extractie. Este important de mentionat faptul că motorul cu excitatie serie nu poate functiona in gol , adica fara sa antreneze mecanic un utilaj care sa aiba un cuplu nrezistent. Daca valoarea cuplului scade foarte mult turatia motorului creste la valori foarte mari, indmisibile. De aceea pentru a limita turatia motorului la o valoare nmax este necesar ca valoarea cuplului sa nu scada sub o valoare minmă Mmin.

Turatia motorului cu excitatie serie se poate regla prin modificarea tensiunii de alimentare sau prin modificarea curentului de excitatie.

M

=U −(Ra+RE ) I

Ke Φ