Proiect Puiu Ionela

download Proiect Puiu Ionela

of 28

description

/.

Transcript of Proiect Puiu Ionela

CUPRINS

ARGUMENT

CAPITOLUL I. Modificarea vitezei prin legarea n serie i paralel a motoarelor de traciune electric.

CAPITOLUL II.Motor de curent continuu cu excitaie separat alimentat de un redresor monofazat cu doua pulsuri (bialternan).

CAPITOLUL III. Acionri de curent continuu cu mutatoare trifazate cu dou pulsuri (bialternan).

CAPITOLUL IV.Instructiuni de Securitate i Sntate a Muncii.

BIBLIOGRAFIE

ARGUMENT

La motorul de curent continuu, de regul inductorul este stator, iar indusul rotor.Circuitul magnetic al mainii este format din jugul statoric masiv sau lamelat (din tole), poli principali lamelaipe care se gsesc bobinele nfurri inductoare i miezul magnetic lamelat al rotorului n crestturile cruia este nfurarea indus. Motoarele mai mari, pentru nbuntirea funcionrii lor, sunt prevzute cu poli auxiliari, numii i de comutaie care au o nfurare proprie. n motoarele de curent continuu cmpul inductor esteprodus de nfurarea de excitaie aezat pe polii principali sau de magnei permaneni.nfurarea indus de pe rotor este conectat la colector,rolul acestuia este de a redresa curentul alternativ din nfurarea indusa pentru a da n circuitul exterior curent continuu.nfurarea de excitaie a motoarelor de curent continuupoate fi alimentat de la surse exterioare mainii cnd se spune c maina are excitaie separat sau chiar de la main cnd se spune c maina este autoexcitat.Mainile cu autoexcitaie pot avea nfurrile de excitaie conectate n derivaie, serie i mixt. Mainile electrice sunt maini care transform lucrul mecanic n energie electric sau invers. Dup transformarea care are loc se deosebesc:- generatoare care transform energia mecanic n energie electric;- motoare care transform energia electric n energie mecanic. Mainile electrice au trei regimuri de funcionare:- regimul de generator cnd transform energia mecanic n energie electric;- regimul de motor cnd transform energia electric n energie mecanic;- regimul de frn cnd primesc att energie electric ct i mecanic i le transform n cldur. Maina de curent continuu clasic, cu nfurare de excitaie i colector, a fost cea mai utilizat main n acionrile electrice reglabile i poziionri. Folosirea sa a fost determinat de posibilitatea obinerii unui domeniu larg de variaie a vitezei, domeniu impus de majoritatea proceselor tehnologice.Dup mai bine de un secol de cnd a fost conceput popularitatea sa a nceput s scad odata cu introducerea mainilor de curent alternativ n acionri electrice industriale tot mai complexe. Dezavantajele mainii de curent continuu se datoreaz costului mai ridicat de fabricaie al ntreinerii, determinat de uzura colectorului i a periilor i pericolului de funcionare n medii inflamabile sau cu pericol de explozie. Elemente constructive de baz ale mainii de curent continuu: Statorul (inductorul) produce un flux magnetic inductor necesar funcionrii mainii i este format din:- carcas executat din material magnetic,oel i rar font sub form cilindric pe care sunt fixai cu buloane,polii de excitatie; -carcasa i polii de excitaie formeaz partea fix a circuitului magnetic prin care se nchid liniile cmpului magnetic de excitaie i pentru a asigura o valoare ridicat a induciei electromagnetice pe o poriune cat mai mare a circumferinei indusului miezurile polilor de excitaie au ctre indus o poriune mai lat numit pies polar;- poli principali executai din tole de oel strnse cu nituri.n partea din spre rotor polul are o pies polar sau talpa polar al crei rol este acela de a repartiza mai uniform fluxul n ntrefier;- poli auxiliari ce au rolul de a mbuntii comutaia sunt executai din oel sau tole din oel i se monteaz ntre polii principali;- bobinele polare sunt bobinele de excitaie montate pe polii de excitaie i legate n general n serie i bobine auxiliare ce se monteaz pe polii de comutaie i sunt parcurse de curentul principal al mainii. Rotorul este format din:- arbore executat din oel ce are rolul de a transmite cuplul mecanic;- pachetul de tole al rotorului se execut din tabl silicioas cu grosimea de 0,5 mm mpachetat pe arbore i strns ntre supori de bobinaj.Este de form cilindric i are la exterior prevazute crestturi n care se introduce bobinajul indus;- colectorul este format din lamele de cupru de seciune trapezoidal, izolate ntre ele cu plci i izolate fa de piesele de strngere cu manete conice sau cilindri izolani;- bobinajul indus este format din bobine executate din conductoare izolate de cupru, introduce i crestturile pachetului de tole capetele fiind lipite la colector.- ventilator are rolul de a realiza o circulaie de aer necesar rcirii mainii. Crucea portperii.Pe colector freac periile pentru a face legatura electric ntre bobinajul indus i cutia de borne.Periile se execut din praf de crbune, grafit sau praf de cupru prin presare. Ele sunt montate n casete metalice, numite portperii, care sunt fixate de o pies de font sau oel denumit colierul sau crucea portperii. Legturile ntre portperii i placa de borne se fac din cablu de cupru izolat. Scuturile i lagrele au rolul de a permite montarea rotorului n interiorul statorului i rotirea lui. Cutia de borne face legturile electrice din interiorul mainii a legturilor electrice la reeaua electric. Tiristorul este un "redresor cu siliciu comandat", care n lipsa semnalului de comand, blocheaz trecerea curentului n ambele sensuri. La apariia unui impuls de comand, tiristorul ajunge n stare de conducie, permind trecerea curentului ntr-un singur sens.Intrarea tiristorului n conducie se obine "injectnd" n grila un impuls pozitiv de curent, de amplitudine i durata corespunztoare. CAPITOLUL I.Modificarea vitezei prin legarea n serie i paralel a motoarelor de traciune electric.

n traciunea electric de curent continuu,la vehiculele cu mai multe motoare (locomotive,tramvaie,electrocare,locomotive de min) se aplic metoda conectrii motoarelor n serie,pentru pornire i deplasare cu viteze mici,dup care se trece la conexiunea paralel,pentru functionarea pe caracteristic mecanic natural.La conectarea n serie a doua motoare alimentate de la o surs de tensiune conectat U,funcionarea are loc pe o caracteristic artificial de tensiune corespunztoare valorii U/2,la care viteza unghiular de mers n gol ideal este jumtate din cea de la tensiunea nominal 0=0/2.Caracteristica mecanic la legarea n serie este dat de ecuaia:

;

unde: R este rezistena circuitului rotoric a unui motor.

La pornire se nsereaz att motoarele ct i rezistoarele de pornire (Fig.1.).Dup scoaterea complet a acestor rezistoare se trece la conexiunea paralel,eventual n serie cu unul din reostate.La locomotivele cu 4 motoare se pot obine 3 trepte de tensiune: -U/4-toate motoarele n serie;-U/2-dou cte dou motoare n paralel,conectate n serie;-U-toate motoarele n paralel.

Fig.1.Legarea n serie i n paralel a motoarelor de curent continuu cu excitaie n serie.

1.1.Modificarea vitezei cu ajutorul grupului generator-motor (Ward-Leonard). Alimentarea motorului de curent continuu de la un generator cu tensiune variabil (grupul Ward-Leonard sau grupul Ward-Leonard-Ilgner dac este prevzut cu Volant pentru atenuarea ocurilor de sarcin) a fost foarte raspndit la nceputul secolului XX ntr-o serie de acionri reglabile. Importana acestei metode de modificare a turaiei a nceput s scad pe la 1930,cnd s-au dezvoltat redresoarele de putere,reglabile,cu vapori de mercur, dar mai ales n a doua jumtate a acestui secol cnd s-au perfecionat dispozitivele semiconductoare de putere. Acionri cu grup generator-motor se ntlnesc la laminoare reversibile,teleferice de persoane,instalaii de extraxie miniere,macarale portal,maini-unelte de putere mare (raboteze,strunguri carusel) i n transmisiile electrice de la motoarele Diesel (locomotive Diesel electrice, acionarea navelor,excavatoarelor). Grupul generator-motor (Fig.2) const dintr-un generator de curent continuu,antrenat de un motor asincron trifazat (cu rotor n scurtcircuit la puteri mici i cu rotor bobinat,la puteri mari) sau de un motor sincron,un motor de acionare,de curent continuu cu excitaie separat i o maina excitatoare (excitatrice),care este un generator de curent continuu,de putere mai mic,antrenat de motorul de antrenare a generatorului. Contactoarele C1,C2 au rolul de a inversa sensul curentului de excitaie al generatorului, pentru a schimba polaritatea tensiunii de alimentare a motorului,la inversarea sensului su de rotaie (este posibil i inversarea sensului curentului de excitaie a motorului de curent continuu). Dup pornirea motorului de curent alternativ se regleaz tensiunea la bornele excitatricei cu ajutorul reostatului de excitaie Re.Se pune reostatul de excitaie de la generator pe poziia de rezisten maxim,pentru a se alimenta motorul cu tensiune progresiv cresctoare.Pornirea motorului de curent continuu va decurge cu flux maxim, pentru micorarea curentului de pornire,deci reostatul de excitaie de la motor se pune pe rezistena zero. Prin excitarea treptat a generatorului se mrete progresiv turaia motorului i a mainii de lucru acionate.Modificarea vitezei peste viteza unghiular nominal se face prin slbirea cmpului motorului de acionare.Aceast metod de reglare poate asigura un domeniu de 2:1,iar prin modificarea tensiunii domeniului de reglare poate ajunge la 10:1,deci sistemul de acionare asigur un domeniu de reglare 20:1.

Fig.2.Schema de principiu a grupului generator-motor. Frnarea de oprire sau de micorare a vitezei se face prin recuperarea energiei cinetice acumulate n masele aflate n micare.Se micoreaz curentul de excitaie al generatorului,astfel nct tensiunea electromotoare indus n nfurarea motorului devine mai mare decat a generatorului.Sensul curentului se inverseaz,motorul devine generator,generatorul motor, antrennd motoare de curent alternativ care devine generator i furnizeaz reelei energia recuperat. Caracteristicile mecanice ale motorului de acionare se deduc cu ajutorul schemei echivalente din figura 3.

Fig.3.Schema echivalent a grupului generator-motor.

KGGG,KMMM sunt tensiunile electromotoare induse n nfurarea indusului generatorului,respectiv a motorului,iar R=RG+RM este rezistena total a circuitului.Prin aplicarea teoremei a II-a a lui Kirchhoff se poate scrie:

Introducnd n aceast ecuaie expresia cuplului electromagnetic al motorului M=KMMI rezult:

sau

unde

Se observ c

deci rigiditatea caracteristicilor mecanice ale unui motor alimentat de un generator de putere comparabil este mai mic dect n cazul alimentrii de la o reea de putere mult mai mare dect puterea motorului (dac puterea reelei se consider infinit,tensiunea la borne nu depinde de sarcina motorului). n domeniul de flux maxim,constant,caracteristicile mecanice au aceeai rigiditate (Fig.4,a) fiind drepte paralele,iar n domeniul de slbire a cmpului,rigiditatea este cu att mai mic ,cu ct curentul de excitaie este mai mic. Modificarea vitezei se face n 2 zone:de la 0 la viteza nominal,prin creterea tensiunii de alimentare,la flux constant,iar peste viteza nominal,la tensiune constant i flux diminuat.Impunnd constant curentul indusului,pentru a se meine nclzirea motorului n limitele admisibile, modificarea vitezei de flux constant se face cu cuplu constant (M=KI),iar la tensiune constant,prin slbirea cmpului,la putere constant (Fig.4,b), deoarece prin diminuarea fluxului,la curent constant,cuplul scade invers proportional cu viteza,deci puterea motorului se menine constant.

Fig.4.Caracteristici mecanice ale motorului de acionare cu grup generator-motor (a) i variaia cuplului i a puterii,la curent maxim admisibil,n cele 2 zone de modificare a vitezei:iEG variabil i iEM variabil (b). Viteza maxim a motorului este limitat de comutaie i de rezistena mecanic la valori de la 2 la 3 ori viteza nominal.Viteza minim a acionrii este de circa 10% din viteza nominal.La viteze mai mici,tensiunea la borne devine comparabil cu cderea de tensiune pe indus i funcionarea devine instabil,orice variaie de sarcin atrgnd variaii mari de vitez sau chiar oprirea motorului.Funcionarea acionrii cu grup generator-motor poate avea loc n toate cele 4 cadrane. Dac este necesar reducerea vitezei,la cuplu constant,de exemplu din A n A,se reduce curentul de excitaie al generatorului de la ieG3 la ieG2 (Fig.3,a).Dac aceast se face rapid,funcionarea sare n cadranul II,n punctul B,dup care se face frnare cu recuperare,pe caracteristica ieG2,pn n punctul A,funcionarea revenind n cadranul I. Acionarea cu grup generator-motor are urmtoarele avantaje:a) domeniu mare de modificare a vitezei,fr pierderi de energie;b) timp redus de pornire,datorit variaiei line a vitezei,la cuplu constant;c) frnare cu recuperare,n ntreaga gam de viteze,prin simpla modificare a curentului de excitaie (cu ct variaia curentului de excitaie al generatorului este mai brusc,cu att cuplul de frnare este mai mare i frnarea mai rapid);d) n circuitul de putere al motorului nu sunt necesare aparate de comutaie sau de protecie,motorul fiind legat nemijlocit la bornele generatorului;e) excitaia generatorului se preteaz la reglare automat.Utiliznd amplificatoare se pot comanda acionri de ordinul megawailor cu semnale de comand de ordinul wailor.

1.2.Modificarea vitezei motoarelor de curent continuu cu mutatoare cu tiristoare.

Motor cu excitaie separat alimentat de un redresor monofazat cu un plus (monoalternan). Se consider tiristorul ideal,echivalent cu un ntreruptor (Fig.5) care se nchide dup un unghi =t,numit unghi de comand i se deschide n momentul anulrii curentului prin circuit (se neglijeaz cderea de tensiune pe ventil n sens de conducie i curentul invers). Dac fluxul de excitaie este constant,iar viteza unghiular se consider constant n decursul unei perioade (situaie care intervine n practic la sistemele de acionare cu moment mare de inerie),tensiunea electromotoare indusa n nfurarea motorului este constant, Ue=k=const. Polarizarea direct a tiristorului,necesar pentru o comand eficient,are loc numai cnd tensiunea alternativ depeste ca valoare tensiunea electromotoare indusa.

sinUe (Fig.6), deci arcsin pentru si arcsin pentru

,U fiind valoarea efectiv a tensiunii alternative. Din momentul deblocrii tiristorului,tensiunea aplicat motorului ua devine egal cu tensiunea reelei u,fiind valabila ecuaia:

u=RiA+LAe

n care: iA-curentul prin indus,R; LA-rezistena i inductivitatea circuitului rotoric; Ue-tensiunea electromotoare indus n rotor.

Forma de variaie n timp a curentului depinde de raportul R/LA.Curentul crete continuu pn la o valoare maxim,care are loc la unghiul ,nmagazinndu-se energie n cmpul magnetic al nfurrii indusului Ai2A dup care scade,energia acumulat fiind retrocedat circuitului de alimentare (energia cmpului magnetic crete i scade odat cu intensitatea curentului rotoric:

Fig.5.Motor cu excitaie separat de la un redresor cu mono alternan (a) i diagramele tensiunilor si curentului (b). Bilanul puterilor,obinut nmultind ecuaia u=RiA+LAe cu iA:

arat c puterea absorbit de la reea,uiA,acoper puterea electromagnetic UeiA, transformat de motor n putere mecanic (UeiA=kiA=M,M fiind cuplul electromagnetic al motorului),pierderile n nfurare,Ri2A i creterea energiei nmagazinate temporar n cmpul magnetic al nfurrii indusului.Din momentul corespunztor unghiului ,cnd curentul ncepe s scad,energia cmpului magnetic ncepe s fie cedat napoi circuitului.Dup anularea tensiunii alternative (t=) puterea ui devine negativ,deoarece curentul prin tiristor nu ii poate schimba sensul,att reeaua de curent alternativ ct i motorul primesc energie din cmpul magnetic al nfurrii indusului,ceea ce face ca prin circuit s existe curent i la valori negative ale tensiunii alternative,pn la anularea energiei localizate n cmpul magnetic (unghiul ).

Fig.6.Explicativ la determinarea domeniului de comand posibil a tiristoarelor.

Intregnd ecuaia u=RiA+LAe ntre i ,respectiv i :iAUe)]d(t)AdiAAim.Ae)]d(t)AdiAim. Se observ c aria suprafeei cuprinse ntre curba u(t) i RiA(t)-Ue considerat de la unghiul pn la unghiul este egal cu aria corespunztoare variaiei curentului de la unghiul pn la anularea sa (unghiul ).Unghiul de conducie a tiristorului poate fi deci determinat punnd condiia de egalitate a acestor arii.Ecuaia valorilor medii ale tensiunilor motorului:

UARIA+K Obinut prin integrarea ecuaiei u=RiA+LAe n care s-a pus u=uA arat ca pentru un anumit curent,determinat de cuplu rezistent la arborele motorului (M=KIA) viteza unghiular depinde de valoarea medie aplicat la perii,deci de valoarea medie a tensiunii redresate.Neglijnd cderea de tensiune pe rezistena indusului,rezult U=k,deci viteza unghiular este proporional cu valoarea medie a tensiunii de la bornele motorului,care este funcie de unghiul de comand .Motorul de curent continuu cu redresor comandat beneficiaz i de o metod economic de pornire,care se face comandnd redresorul cu unghiuri apropiate de n momentul conectrii motorului,iar pe msura creterii turaiei unghiurile de comand se micoreaz,evitndu-se n acest fel supracurenii de pornire. Durata trecerii curentului prin motor,ntr-o perioad,se poate prelungi prin utilizarea diodei de circulaie liber (diodei de fug),ca n figura 7.

Fig.7.Schema de conectare a diodei de circulaie liber (a) i diagramele tensiunilor i curentului (b).

Dup anularea tensiunii alternative curentul nu se mai nchide prin surs,ci prin diod,care preia curentul tiristorului n intervalul t(,).Energia cmpului magnetic nu mai este retrocedat sursei,ci contribuie la prelungirea duratei curentului (care se determin prin egalitatea ariilor haurate diferit).n acest fel se micoreaz i puterea reactiv luat de redresor de la reea,mrindu-se factorul de putere al sistemului. n schemele de redresare analizate mai sus curentul prin motor se ntrerupe n fiecare perioad,regimul de funcionare al motorului este regim de curent interrupt.Este posibil i funcionarea n regim de curent nentrerupt,dac inductivitatea rotorului are valoare mare,la cupluri mari de sarcin i viteze mici (la redresoarele monofazate cu un plus acest regim intervine rar). Caracteristica mecanic n regim de curent nentrerupt,la schema cu diod de circulaie liber,se determin calculnd valoarea medie a tensiunii redresate,pe o perioad:UAsintd

Din UARIA+K rezult:(1+cos )

Deci caracteristica mecanic este rigid,viteza unghiular de mers n gol ideal 0 fiind determinat de unghiul de comand a tiristorului.Caracteristicile mecanice artificiale pentru diferite unghiuri de comand sunt de fapt caracteristici artificiale de tensiune.La cuplu rezistent constant viteza cuplului motorului se modific prin modificarea unghiului de comand a tiristorului. Schemele de redresare monofazate cu un singur plus se aplic numai la puteri mici (pn la 500 W),datorit urmtoarelor particularitai:-regimul de curent interrupt este caracterizat de un raport mare ntre valoarea efectiv (care determin nclzirea motorului) i valoarea medie a curentului, care d cuplul electromagnetic mediu,deci motorul nu este bine utilizat, nclzindu-se la sarcini relativ mici;-la acionrile cu moment de inerie redus,viteza unghiular oscileaz n jurul valorii medii,iar funcionarea motorului nu este lin,ci sacadat;-dac motorul este alimentat prin transformator,pentru modificarea tensiunii, componenta continu a curentului,care parcurge secundarul ntr-un sens, satureaz circuitul magnetic,nrutind funcionarea transformatorului.

CAPITOLUL II.Motor de curent continuu cu excitaie separat alimentat de un redresor monofazat cu doua pulsuri (bialternan).

Se consider puntea semicomandat din figura 8,a.n intervalele de timp n care tiristoarele sunt blocate,diodele D3 i D4 joac rolul unei diode de circulaie liber,mbuntaind factorul de putere al redresorului. Schema se utilizeaz la acionri care nu impugn frnarea cu recuperare,deoarece puntea semicomandat nu poate funciona n regim de invertor.Se presupune,ca n cazul precedent,c datorit momentului mare de inerie la arborele motorului,turaia sa nu variaz n decursul unei perioade,deci la flux constant, tensiunea electromotoare indus Ue=k este constant. Pentru un anumit unghi de comand ,dac inductivitatea rotorului este relativ mic,curentul se ntrerupe la fiecare alternan (Fig.8,b).Motorul funcionez n regim de curent interrupt.Dac inductivitatea din circuitul rotorului este mare (LA/RT,unde T este perioada tensiunii de alimentare), energia nmagazinat n cmpul magnetic este suficient pentru a prelungi durata curentului pn n momentul deblochrii tiristorului urmtor (Fig.8,c). Curentul este ondulat,dar nentrerupt,situaia ideal obinndu-se dac n circuitul rotorului exist asa numita bobin de netezire,de reactan mult mai mare dect rezistena circuitului,a crei inductivitate se opune variaiei curentului,care i menine valoarea constant (Fig.8,d).

Fig.8.Motorul de curent continuu cu excitaie separat alimentat de la o punte monofazat semicomandat (a) si forma curentului pentru cazul:unei inductiviti rotorice mici (curent ntrerupt);(b) inductiviti rotorice mari (curent nentrerupt) (c);inductiviti rotorice infinite a bobinei de netezire (curent perfect netezit) (d). Caracteristicile mecanice ale motorului au aliur diferit,dup cum curentul este ntrerupt sau nentrerupt.Se analizeaz caracteristicile mecanice pentru 3 unghiuri de comand:;; (Fig.9).La o anumit scar, tensiunea electromotoare i viteza unghiular pot fi reprezentate prin acelai segment.Pentru (Fig.9,a) comanda este posibil numai pentru Ue/2 adic Ue;1.Curentul i1 pentru 1 are o durat ce se poate determina cu regula egalitii ariilor,valorii medii a curentului i corespunde cuplul electromagnetic mediu M1.La o alt vitez 2 curentul poate fi nentrerupt i2 i i corespunde cuplul mediu M2.n regim de curent nentrerupt ecuaia caracteristicii mecanice se poate scrie pentru valorile medii ale tensiunii redresate aplicate motorului i curentul IA (determinate grafic cu ajutorul ariei limitate de curba curentului i axa abciselor).

UA

Se poate deci scrie,n valori medii:

UAA;MIA;

Fig.9.Determinarea caracteristicilor mecanice ale motorului cu excitaie separat alimentat de o punte redresoare semicomandat: a); b); c)

Deci aceeai variaie ca i la motorul alimentat se la o surs de tesniune constant (pentru un dat).

n mod asemntor se pot construe i caracteristicile pentru celelalte dou unghiuri de comand considerate.Se observ c la la sarcini mici,motorul se poate ambala,la fel ca i motorul cu excitaie n serie,datorit regimului e curent ntrerupt.Caracteristicile mecanice ale unui motor cu excitaie separat alimentat de o punte monofazat semicomandat sunt artate n figura 10 cu unghiul de comand luat ca parametru.

Fig.10.Caracteristicile mecanice ale motorului cu excitaie separat pentru diferite unghiuri de comand a tiristoarelor.

2.1.Motorul cu excitaie n serie alimentat de o punte monofazat. Schema de alimentare a motorului cu excitaie n serie de la un redresor cu tiristoare n punte monofazat se aplic la locomotivele electrice de curent alternativ.La sistemul de traciune n curent alternativ de frecven industrial, la care utilizarea motorului monofazat cu collector ntmpin dificulti din cauza comutaiei,motorul cu redresor este folosit aproape exclusive. Redresorul monofazat de pe locomotiv alimenteaz motorul cu o tensiune, care pe lng component continu,are un bogat coninut de armonici superioare de ordin par,dintre care cea mai important este armonica a doua (de 100 Hz).Spectrul de armonici ale curentului se poate diminua dac se mrete inductivitatea circuitului.Componenta alternativ a curentului ce strbate nfurarea de excitaie determin o variaie a fluxului inductor,care induce n seciile rotorului scurtcircuite de perii,n procesul de comutaie, tensiuni electromotoare de tip transformatoric,inexistente la motoarele excitate cu flux constant.Aceste tensiuni induse creeaz dificulti comutaiei,deoarece polii de comutaie sunt ineficieni pentru anularea lor,tensiunile induse prin rotaie fiind defazate cu /2 fa de tensiunile transformatorice.Tensiunile induse necompensate,din secia care comut determin apariia scnteilor la collector. Netezirea complet a curentului de excitaie,prin utilizarea unor bobine de netezire de reactan foarte mare ar duce la gabarite i costuri exaggerate.Din acest motiv,pentru meninerea practice constant a curentului de excitaie,component alternativ a curentului motorului se deviaz printr-un resistor de untare,conectat n permanen n paralel cu nfurarea de excitaie (Fig.11).

Fig.11.Motorul de curent continuu cu excitaie n serie alimentat de o punte semicomandat i diagram de variaie a curentului (nentrerupt). La flux de excitaie constant numai component continu a curentului indusului d natere unui cuplu util valoarea medie a cuplului dat de armonicile superioare fiind egal cu 0.Pentru evitarea supranclzirii motorului cauzate de armonicile superioare,se limiteaz amplitudinea armonicii a doua la 30% din component continu a curentului cu ajutorul bobinei de netezire (valoarea stabilit din considerente tehnico-economice).Printr-o dimensionare corespunztoare a rezistorului de untare armonic a doua din curentul de excitaie se poate reduce la 3% din valoarea componentei continue. Motorul la care se suprim armonicile superioare din curentul de excitaie se numete motor de curent ondulat.Este posibil alimentarea motorului de la redresor fr a mai fi nevoie de bobin de netezire,pentru ca armonicile superioare ale fluxului s produc cuplul util cu armonicile superioare ale curentului indusului.Motorul trebuie dimensionat ns pentru a face fa pierderilor suplimentare cauzate de armonicile superioare i comutaiei nrutite,la fel ca i motorul monofazat cu colector (jugul statoric din tole i gabarit mai mare),acest tip de motoare se numete motor cu tensiune ondulat.Caracteristicile mecanice ale motorului cu excitaie n serie alimentat de la redresorul monofazat au aceeai aliur ca i la alimentarea de la o surs de tensiune continu,dar sunt mai cztoare (mai moi).Determinarea lor exact ntmpin dificulti din cauza ecuaiilor transcendente ce intervin la calculul curentului,chiar n regim de curent nentrerupt i n ipoteza neglijrii comutaiei redresorului i a saturaiei motorului.

2.2.Acionri reversibile cu motor de curent continuu i mutator monofazat.

Funcionarea motorului de acionare n toate cele 4 cadrane,impus de unele maini de lucru,este posibil dac se folosesc dou redresoare (complet comandate),conectate n opoziie.Cele dou redresoare pot funciona separat, cte unul pentru fiecare sens de rotaie,sau concomitant,n cazul n care un grup fucioneaz ca redresor,iar cellalt ca invertor. Se consider schema de redresare cu priz median din figura 12,a.Spre deosebire de mutatoarele reversibile la care un grup de tiristoare lucreaz,iar cellalt este blocat,la mutatorul cu funcionare concomiten a celor dou grupuri apare un curent de circulaie ntre redresor i invertor,pentru a crui limitare se conecteaz bobinele cu miez de fier K1 i K2.

Fig.12.Mutator monofazat reversibil cu curent de circulaie (a).Diagramele tensiunilor redresate de cele dou grupuri de tiristoare (b).Diagramele tensiunii i curentului de circulaie (c).

Fiecare grup de tiristoare V1 i V2 respectiv V3 i V4 este comandat cu un unghi care s asigure aceeai tensiune medie redresat,de exemplu A,B respectndu-se condiia AB.Curentul de circulaie icirc apare din cauza diferenei ucirc dintre valorile momentane ale celor dou tensiuni redresate,de valori medii egale (Fig.12,b).Aceast diferen,de form alternativ,creeaz un curent pulsatoriu,a crui amplitudine depinde de unghiul de comand,fiind maxim la .Pentru un anumit sens de rotaie a motorului (de exemplu,dreapta) grupul de tiristoare V1-V2 funcioneaz ca redresor activ,cu un unghi de comand A (Fig.13),tensiunea medie redresat fiind mai mare dect tensiunea electromotoare,maina funcioneaz n regim de motor.

Fig.13.Funcionarea mutatorului n primele dou cadrane.

Prin acest redresor circul suma dintre curentul motorului im i curentul de circulaie icirc.Grupul de tiristoare V3-V4 este comandat cu B,deci lucreaz n regim de invertor,dar pasiv,deoarece este parcurs doar de curentul de circulaie.Dac turaia motorului are tendina s creasc,ca urmare a scderii sarcinii,sau dac se d comand de micorare a turaiei sau de oprire, tensiunea electromotoare devine mai mare ca tensiunea redresat medie, curentul rotoric se anuleaz i schimbndu-i sensul,trece prin grupul invertor B(V3,V4),care devine activ,iar redresorul A(V1,V2) devine pasiv,fiind parcurs doar de curentul de circulaie. La funcionarea cu alt sens de rotaie,printr-o comand adecvat grupului de tiristoare care fusese redresor () devine invertor () i invers.Trecerea grupului de tiristoare din stare activ (parcurse de curentul motorului) n stare pasiv (parcurse doar de curentul de circulaie) ca i regimul energetic al mainii de acionare (motor sau generator), depinde deci de jocul valorii absolute UA-UB ale tensiunilor redresate de cele dou grupuri (valori medii) i a tensiunii electromotoare induse n motor Ue. Curentul de circulaie produce pierderi suplimentare n nfurrile bobinelor de limitare i n tiristoare,iar bobinele mresc costul instalaiei,dei au i un rol de netezire a curentului motorului.Cu toate acestea,schema reversibil cu curent de circulaie este mai avantajoas dect schema cu grupuri independente de tiristoare (fr curent de circulaie) prin simplitatea comenzii, care nu mai trebuie s blocheze grupul de tiristoare n concordan cu sensul de circulaie a energiei i prin asigurarea unui curent nentrerupt prin motor. Pentru limitarea curentului de circulaie,este recomandabil s nu se lucreze cu unghiuri de comand mai mari de 30(respectiv 150).Schema descris este aplicat la variatorul de turaie cu tiristoare de fabricaie romneasc,destinat alimentrii unui motor de curent continuu de 110 V,2.2 kW.Variatorul este prevzut cu regulator automat al turaiei motorului i cu limitare de curent.

2.3.Motor de curent continuu cu excitaie separat alimentat de la un mutator trifazat cu un plus.

Mutatoarele monofazate se utilizeaz numai la puteri mici (4...5kW) sau n acionrile unde nu exzist dect reea monofazat (cazul traciunii electrice n curent alternativ).La puteri mai mari se folosesc mutatoare trifazate cu un plus (n stea) sau cu dou plusuri (n punte).Dei schema n punte se aplic mai frecvent,avnd avantajul unei pulsaii mai mici a tensiunii redresate i o utilizare mai bun a transformatorului,pentru nelegerea mai uoar a fenomenelor se prezint schema n stea (cu punct neutru),care alimenteaz un motor cu excitaie separat ce acioneaz o instalaie de ridicat (Fig.14).

Fig.14.Motor de curent continuu cu excitaie separat alimentat de la un mutator trifazat cu un plus i diagramele tensiunii redresate pentru diferite unghiuri de comand: a); b); c). Se consider c n serie cu motorul este conectat o bobin de netezire a crei inductivitate este suficient de mare pentru a avea cu un curent fr pulsaii (perfect netezit).Tiristoare Ta,Tb,Tc de pe cele trei faze primesc la intervale regulate de timp impulsuri de comand defazate cu 2/3 radiani,n aceeai succesiune ca i a tesiunilor de faz Ua,Ub,Uc presupuse simetrice.Unghiul de comanda ,aceleai pentru toate tiristoarele,se msoar din momentul n care tiristorul considerat este capabil s intre n conducie,adic din momentul cnd tensiunea de faz respectiv devine mai mare decat a celorlalte dou (momentul comutaiei naturale). Dac impulsul de comand se aplic cu o ntrziere de 30 (Fig.14,a), tiristorul Ta aflat,de exemplu,n conducie,aplic motorului tensiunea Ua,pn la intrarea n conducie a tiristorului Tb,care i aplic tensiunea Ub i aa mai departe.Tensiunea redresat aplicat motorului este desenat cu linie plin.Valoarea sa medie este pozitiv,mutatorul funcioneaz n regim de redresor,iar maina n regim de motor,dezvoltnd cuplul M,de acelai sens cu ,care ridic greutatea sarcinii.n ipoteza neglijrii rezistenei rotorice,valoarea medie a tensiunii redresate este egal cu valoarea tensiunii electromotoare Ue iar unghiul de conducie a tiristorului este dat de egalitatea ariilor haurate. Prin mrirea unghiului de comand scade valoarea medie a tensiunii redresate,deci i tensiunea electromotoare i prin urmare turaia motorului. Dac unghiul de comand atinge valoarea de 90 (Fig.14,b),/UAUe,0 motorul se oprete,dar dezvolt cuplul care echilibreaz cuplul de sarcin, greutatea G fiind n repaus (motorul nu dezvolt putere mecanic,viteza unghiular fiind egal cu 0). Prin mrirea n continuare a unghiului de comand ,valoarea medie a tensiunii aplicat motorului devine negativ,rotorul i schimb sensul de rotaie,greutatea coboar,dar sensul curentului rmne acelai,fiind impus de ventile.n conformitate cu asocierea sensurilor pozitive ale curentului i tensiunii,motorul trece n regim de generator,cuplul dezvoltat avnd acelai sens ca nainte (curentul i fluxul magnetic avnd acelai sens),dar opunndu-se micarii,este un cuplu rezistent,mutatorul devenind invertor prin intermediul cruia energia potenial a greutii transformat de maina de acionare n energie electric este cedat reelei de alimentare.Acest sistem de acionare realizeaz frnarea cu recuperare. Caracteristica mecanic a motorului,n regim de curent netrerupt se obine ca i la redresorul monofazat prin introducerea n ecuaia de tensiune a valorii medii a tensiunii redresate UA i a curentului prin motor IA.Tensiunea medie redresat rezult fcnd media tensiunii pe perioada de conducie a unui tiristor (Fig.14,a):

UA sin [cos; deci; Caracteristicile mecanice pentru diferite unghiuri de comand,n ipoteza neglijrii rezistenei indusului,sunt date in figura 15.Se observ c pentru unghiurile de comand mai mici de 90 sistemul de acionare funcioneaz ca redresor-motor,iar pentru ca generator-invertor.n regim de curent ntrerupt,expresia analitic a caracteristicii mecanice este mult mai complicat,aliura caracteristicii n acest regim este asemntoare cu cea a motorului cu mutator monofazat.

Fig.15.Caracteristicile mecanice ale motorului de curent continuu cu excitaie separat alimentat de un redresor trifazat comandat pentru diferite unghiuri de comand a tiristoarelor.

CAPITOLUL III.Acionri de curent continuu cu mutatoare trifazate cu dou pulsuri (bialternan).

Mutatoarele trifazate cu dou pulsuri (punte trifazat) sunt preferate la puteri mari,datorit pulsaiei mai reduse a tensiunii redresate i utilizrii mai bune a transformatorului de alimentare.Ca i la puntea trifazat,n regim de redresor este mai convenabil s se comande cu motor variabil numai 3 ventile,celelalte fiind deblocate tot timpul,puntea semicomandat avnd un factor de putere mai ridicat.Tiristoarele din figura 16 (punte complet comandat) primesc impulsuri de comand la intervale de /3 radiani,n succesiunea a1,a2,b1,b2,c1,c2. n permanen se afl n conducie simultan pe faze diferite cte un tiristor din grupul din stnga i unul din grupul din dreapta.n figur este reprezentat curentul n momentul cnd conduc simultan tiristoarele a1 i b2 cnd motorului i se aplic tensiunea de linie uabuaub.n momentul cnd se deblocheaz tiristorul urmtor C1 tensiunea uacuauc devine mai mare dect uab i curentul i schimb drumul trecnd prin ventilele a1 i c2. Tensiunea redresat are pulsuri ntr-o perioad a tensiunii de alimentare (cte dou pulsuri pentru fiecare faz).

Fig.16.Acionare cu motor de curent continuu cu excitaie separat i mutator trifazat n punte.

Puntea trifazat complet comandat poate funciona,printr-o comand adecvat ,n regim de invertor,iar prin utilizarea a dou puni conectate n paralel n opoziie,se poate obine un mutator de 4 cadrane. La alimentarea motoarelor de curent continuu de puteri mari (peste 1000 kW) i n special la tensiuni ridicate,se aplic scheme cu dou redresoare nseriate, alimentate de dou transformatoare diferite sau de un acelai transformator, prevzut cu dou nfurri secundare (Fig.17) de regul cu conexiuni diferite (una n stea i una n triunghi ).O astfel de schem se utilizeaz la motorul de acionare a instalaiei de extracie minier (3000 kW) prevzut cu regulator automat de turaie.nfurarea de excitaie a motorului este alimentat de la dou redresoare trifazate cu punct neutru,conectate n poziie,cte unul pentru fiecare sens de rotaie (Fig.17).

Fig.17.Motor cu excitaie separat alimentat de la dou mutatoare de mare putere nseriate.

Schemele cu redresoare nseriate permit o ameliorare a factorului de putere al instalaiei,precum i o micare a tensiunii inverse care solicit tiristoarele.

3.1.Modificarea vitezei motorului de curent continuu cu ajutorul contactoarelor statice de tensiune reglabil (choppere).

Sistemele de acionare la care sursa de curent continuu disponibil are tensiune fix (baterii de acumulatoare,fir de contact alimentat n curent continuu) pot aplica metoda de modificare a vitezei prin impulsuri de tensiune constant,cu frecven sau durat variabil.Impulsurile de tensiune sunt furnizate de un contactor static de curent continuu,la care prin modulaia limii sau frecvenei impulsurilor se obine o tensiune medie reglabil.Pentru meninerea curentului prin motor i n intervalele de timp in care contactorul este deschis (blocat),se recurge la o diod de circulaie liber (Fig.18,a).

Fig.18,a.Modificarea vitezei motorului de curent continuu cu contactoare statice de impulsuri modulate cu diod de circulaie liber. n momentul aplicrii tensiunii sursei la bornele indusului,curentul ncepe s creasc exponenial,cu constanta de timp TcL/R,L i R fiind inductivitatea i rezistena circuitului (Fig.18,b).

Fig.18,b.Modificarea vitezei motorului de curent continuu cu contactoare statice de impulsuri modulate.

Dup blocarea contactorului,curentul se nchide prin diod i scade exponenial,cu aceeai perioad.Dac perioada de repetiie a impulsurilor T este mult mai mic dect constanta de timp Tc a circuitului,curentul nu are timp s se anuleze,deci regimul de funcionare a motorului este de curent nentrerupt.n practic acest regim se obine pentru frecvene minime de comutaie de 100-500 Hz,frecvene care nu pot fi realizate de ctre contactoarele electromagnetice. n regim de curent nentrerupt,caracteristicile mecanice se determin prin introducerea valorii medii a tensiunii aplicate motorului fiind durata impulsului.Expresia analitic a caracteristicii mecanice este:

Caracteristicile mecanice pentru diferite durate relative sunt date n figura 19.La se obine caracteristica mecanic natural.Micornd durata relativ a impulsurilor,se micorez viteza unghiular a motorului la fel ca n cazul caracteristicilor artificiale de tensiune.

Fig.19.Caracteristicile mecanice ale motorului de curent continuu alimentat cu impulsuri de tensiune continu. La acionrile cu motoare de curent continuu alimentate cu impulsuri de tensiune constant se poate face frnare cu recuperare.Pentru aceasta este suficient s se pun contactorul n locul diodei de circulaie liber i diode n locul contactorului (Fig.18).n intervalul ta cnd contactorul conduce,curentul motorului trecut n regim de generator se nchide prin inductivitatea L,care nmagazineaz energie n cmpul su magnetic. n intervalul cnd contactorul este blocat,energia este restituit sursei (n cazul bateriei de acumulatoare, acestea se ncarc).Dac inductivitatea bobinei este suficient de mare, considernd curentul dat de generator practic constant,nseamn c recuperarea se poate produce chiar i la turaii mici,la care tensiunea electromotoare a generatorului devine mai mic dect a sursei,prin modificarea lui .

3.2.Comportarea motoarelor de curent continuu alimentate de la mutatoare cu tiristoare.

Mutatoarele cu semiconductoare de putere prezint dou aspect importante, care influeneaz comportarea motoarelor pe care le alimenteaz i anume: a)constant foarte mici de timp,care permit variaii brute de curent; b)pulsaii ale curentului redresat n jurul unei valori medii sau chiar ntreruperi ale curentului,n anumite regimuri de funcionare. Ambele aspecte au repercursiuni nefavorabile asupra comutaiei motoarelor.Pe de alt parte,armonicile superioare ale curentului indusului produc o nclzire suplimentar a nfurrii,fr a da cuplu util (dac fluxul de excitaie nu conine aceste armonici). Variaiile brute de curent nu pot fi urmrite fidel de ctre fluxul de comutaie, n special la motoarele ai cror poli auxiliari sunt masivi,din cauza curenilor turbionari produi de aceste variaii,care au un efect de ntrziere,opunndu-se variaiei fluxului din piesele masive.Din acest motiv,tensiunile electromotoare de autoinducie din seciile care comut nu mai pot fi compensate de tensiunile electromotoare induse prin rotaie de fluxul polilor auxiliari i comutaia este necorespunztoare. Pentru diminuarea curenilor turbionari din poli auxiliari acetia se confecioneaz din tole,iar unele motoare destinate alimentrii de la redresor au ntregul jug statoric confecionat din tole isolate,la fel ca motoarele de curent alternativ cu colector. La aceste motoare fluxul dat de nfurarea de comutaie poate urmri fr ntrzieri apreciabile variaii de curent.Ameliorarea comutaiei se obine i cu ajutorul nfurrii de compensaie,cu care sunt prevzute majoritatea motoarelor destinate acionrilor cu mutatoare. La motoarele de curent continuu cu excitaie n serie,utilizate la locomotivele cu redresoare,fenomenele se complic din cauza fulsaiei fluxului de excitaie,care produc tensiuni electromotoare induse pe cale transformatoric n secia scurtcircuit de perii tensiunii ce nu pot fi compensate de polii auxiliari.Fenomenele sunt diferite ca i msurile de ameliorare a comutaiei,la motoarele cu circuit magnetic statoric masiv cu circuit magnetic din tole sau cu jug masiv i poli auxiliari din tole. Curentul absorbit de la redresor de motorul de curent continuu ca valoare momentan,poate fi considerat ca fiind compus dintr-o component continu i un numr infinit de armonici superioare de aplitudine,a cror frecven depinde de numrul de pulsuri ale tensiunii redresate m (m=2 la puntea monofazat; m=6 la puntea trifazat).

i(t)=Imedvm sin(m)

unde: este faz iniial a armonicii de ordinul ; este pulsaia tensiunii de alimentare.

Gradul de pulsaie al curentului se poate aprecia cu ajutorul coeficientului de ondulaie,definit ca raport ntre valoarea efectiv a componentei alternative i valoarea componentei continue:

W

unde: Im reprezint valoarea efectiv a armonicii de ordinul .

Pierderile n nfurarea motorului sunt direct influenate de coeficientul de ondulaie.

pcuA2med2(1+w2)

Limitarea pulsaiei curentului se obine prin intermediul bobinelor de netezire, a cror inductivitate trebuie s fie cu att mai mare,cu ct este mai redus numrul de pulsaii ale tensiunii redresate m.Dac m este mare,pulsaia m a armonicilor este mare,deci i reactana m a bobinei de netezire,ceea ce face ca amplitudinea armonicilor s fie mic. Comutaia este influenat de pulsaia curentului prin aceea c tensiunile electromotoare de autoinducie poate avea valori mari dac secia comut n momentul n care curentul pulsator are valoarea maxim.La acelai tip de redresor gradul de ondulaie este determinat i de unghiul de comand a tiristoarelor,avnd valori mari la unghiuri mari de comand n regim de curent ntrerupt.Coeficientul de ondulaie admis la sarcina nominal este de 0,1...0,2. Mrirea pierderilor n nfurri datorit armonicilor superioare de unghiuri mari de comand a tiristoarelor este nsoit de o micorare a capacitii de evacuare a cldurii prin ventilaie,ca urmare a micorrii vitezei motorului.Din acest motiv,la acionrile cu mutatoare cu domeniu mare de reglare a vitezei se impune utilizarea rcirii cu ventilator independent,antrenat de un motor de curent alternativ. O alt consecin a pulsaiei curentului indusului o constituie pulsaia cuplului electromagnetic dezvoltat de motor.n general aceste pulsaii de cuplu nu sunt resimite n sistemul de acionare,datorit constantelor mari electromecanice de timp.Oscilaiile vitezei unghiulare ar putea s apar n regim de curent nentrerupt la acionrile cu moment redus de inerie,cum sunt cele cu motoare cu rotor disc sau cu rotor cilindric de diametru mic i lungime mare.Regimul de curent ntrerupt trebuie evitat din cauza rigiditii insuficiente a caracteristicilor mecanice,care face ca la variaii nensemnate ale cuplului rezistent s se produc variaii mari de turaie. n regim de curent nentrerupt se produce o cretere a cuplului de sarcin,pentru a se obine o cretere de valori a cuplului electromagnetic este necesar o cretere considerabil a impulsurilor de curent.Pentru acestea,teniunea electromotoare indus i de viteza unghiular a motorului trebuie s scad mai mult dect dac regimul de funcionare ar fi de curent nentrerupt,deci caracteristicile mecanice sunt moi,asemntoare cu ale motorului cu excitaie n serie.

CAPITOLUL IV.Instructiuni de Securitate i Sntate a Muncii.

Pentru mbuntirea condiilor de munc i nlturarea cauzelor care pot provoca accidente de munc i mbolnviri profesionale trebuie luate o serie de msuri,sarcini ce revin att conductorului locului de munc dar i lucrtorilor.Acestea sunt:1.Asigurarea iluminatului,nclzirii i ventilaiei n atelier.2.Mainile i instalaiile s fie echipate cu instruciuni de folosire.3.S fie asigurat legarea la pmnt i la nul a tuturor mainilor acionate electric.4.Mainile s fie echipate cu ecrane de protecie conform normelor de protecie a muncii.5.Atelierele s fie echipate n locuri vizibile cu mijloace de combatare a incendiilor.6.Atelierul s fie dotat cu mijloace de ridicat pentru manipularea pieselor mai mari de 20 kg.7.Muncitorii s poarte echipament bine ajustat pe corp cu manecile ncheiate iar prul s fie acoperit sau legat.8.nainte de nceperea lucrului va fi controlat starea mainilor,a dispozitivelor de pornire-oprire i inversare a sensului de micare.9.Se va verifica naintea lucrului dac atmosfera nu este ncrcat cu vapori de benzin sau alte gaze inflamabile sau toxice.10.La terminarea lucrului se deconecteaz legturile electrice de la prize,mainile vor fi oprite,sculele se vor aeza la locul lor iar materialele i piesele vor fi stivuite n locuri indicate.11.Muncitorii nu se vor spla pe maini cu emulsie de rcire i nu se vor terge pe mini cu bumbacul utilizat la curirea mainii.Dac pentru splarea minilor a fost necesar utilizarea produselor uor inflamabile se va folosi imediat ap i spun.12.Ciocanele trebuie s aiba cozi din lemn de esen tare,fr noduri sau crpturi,este interzis lucrul cu ciocane,nicovale care au fisuri,tirbituri,sprturi sau deformari n form de floare.13.La folosirea trasatoarelor se cere atenie pentru a nu produce inepturi iar dup utilizare vor fi aezate n truse speciale;14.Dac n timpul realizrii unei operaii mecanice sar achii vor fi purtai ochelari de protecie.15.n cazul polizarii cu ajutorul mainii vor fi verificate cu atenie pietrele de polizat s nu prezinte fisuri sau sprturi precum i prinderea piesei pe main.Polizorul trebuie s aib prevazut ecran de protecie.