Caractersticile de functionare ale motoarelor de curent continuu

Caractersticile de functionare ale motoarelor de curent continuu

Unele proprietati importante, specifice regimurilor de functionare ale diverselor tiuri de motoare electrice, sunt continute in expresiile analitice sau reprezentarile grafice ale caracteristicilor naturale sau artificiale de functionare. Dintre cele mai importante caracteristici se mentioneaza : caracteristica cuplu-viteza ( caracteristica mecanica ), caracteristica viteza - curent si caracteristica randament- sarcina.

Regimurile elctromecanice permanente de functionare ale motoarelor de curent continuu sunt determinate de ecuatiile de mai jos si se refera la tensiunea la borne, tensiunea electromotoare de rotatie, cuplul electromagnetic, echilibrul cuplurilor rotorice si fluxul magnetic principal :

Cuplul rezistent M_r care se opune miscarii de rotatie a rotorului include cuplul de sarcina al mecanismului antrenat, cuplul datorat frecarilor in lagare, de ventilatie si cel corespunzator pierderilor in fierul rotorului. El trebuie dat in general grafic sau analitic ca functie de viteza de rotatie Ω. Pentru simplificare se considera uneori cazul particular cand cuplul rezistent este un parametru independent de turatie.

Fluxul magnetic Φ este o functie neliniara a curentilor din infasurarile masinii. Daca se considera compensata reactia indusului, prin efectul polilor auxiliari si a unor infasurari de compensatie, fluxul Φ se poate aproxima ca fiind egal cu cel inductor Φ₀, adica o functie dependenta numai de curentul de excitatie ( caracteristica de magnetizare a masinii ).

Prin rezolvarea celor cinci ecuatii de mai sus se pot determina marimile E,I,Ω,M, Φ ce caracterizeaza regimul permanent.

1. Ecuatiile caracteristicilor viteza - curent, viteza - cuplu

se obtin prin eliminarea variabilelor intermediare (E si apoi I ) intre primele doua respectiv trei ecuatii ale sistemului anterior :

Exprimarea fluxului magnetic ca functie a curentilor din infasurarile masinii corespunzatoare diverselor tipuri de motoare conduce la ecuatiile particulare ale

caracteristicilor. Aceste ecuatii explicite contin marimile si parametrii care pot fi comandati

( modificati prin actiune directa ) in vederea obtinerii caracteristicilor artificiale necesare diverselor actionari ( porniri, opriri, reglaj al turatiei ).

a.     Motorul cu excitatie separata sau derivatie ( figura 4.3. a. ) are fluxul magnetic inductor Φ, in prima aproximatie, independent de sarcina, egal cu cel inductor Φ₀ dependent numai de valoarea curentului de excitatie i_e.

Fig.4.3.a     Fig. 4.3.b.

Ecuatiile caracteristicilor principale viteza-curent si cuplu-viteza ( figura 4.3.b. ) sunt atunci liniare si pot fi exprimate intr-o forma asemanatoare :

unde : este viteza de mers in gol ideal ( la I = 0 )

este curentul natural de pornire ( la Ω = 0, fara reostat de pornire )

  cuplul natural de pornire.

In mod uzual se cunosc valorile nominale ale curentului I_n si vitezei Ω_n, incat substituind se obtine o alta forma de exprimare a ecuatiilor caracteristicilor naturale principale ale motorului de curent continuu derivatie, numita " forma normala " :

Caracteristica naturala a turatiei ca functie de sarcina motorului derivatie are panta foarte mica ( caracteristica rigida, sau dura ), fiind proportionala cu rezistenta indusului care este de ordinul a catorva procente din rezistenta echivalenta nominala a motorului. De aceea turatia se mentine practic constanta la variatia cuplului de sarcina ( bineinteles in limite normale ) si deci puterea rezulta proportionala in aceste limite cu cuplul .

b.     Motorul cu excitatia serie

( figura a.) are in domeniul liniar al caracteristicii de magnetizare fluxul magnetic Φ proportional cu intensitatea curentului de sarcina, , iar cuplul este proportional cu patratul intensitatii .

Fig a.                               Fig b.

Ecuatiile caracteristicilor sale principale ( figura b. ) rezulta atunci prin substituirea expresiei fluxului in ecuatia motorului de curent continuu, prezentata mai sus

Rezulta pentru Ω valorea :

S-au folosit notatiile :

R_e rezistenta infasurarii de excitatie serie

viteza asimptotica la si

  curentul natural de pornire

cuplul natural de pornire

Folosind valorile nominale ale curentului I_n si vitezei Ω_n, se substituie in expresiile ecuatiilor anterioare pentru obtinerea formei normale a ecuatiilor caracteristicilor naturale ale motorului serie :

Turatia motorului serie variaza mult la schimbarea cuplului de sarcina. De aceea functionarea in gol cand turatia creste mult peste cea nominala ( motorul se ambaleaza ) este inadmisibila.

Cuplul electromagnetic fiind proportional cu patratul intensitatii curentului, suprasarcinile motorului serie ( in particular pornirea ) sunt caracterizate printr-un cuplu relativ sporit in raport cu motorul derivatie.

La valori mari ale curentului de excitatie, fluxul magnetic inductor nu mai creste insa proportional cu intensitatea curentului de sarcina, datorita saturatiei, ci se mentine aproximativ constant. In acel domeniu, motorul serie are caracteristici asemanatoare motorului derivatie.

c.      Motorul cu excitatia mixta

are caracteristici intermediare motoarelor derivatie si serie. Datorita excitatiei derivatie este evitata ambalarea la mersul in gol, iar excitatia serie determina un cuplu marit la pornire.