Motorul in curent continuu - schema motorului

MOTORUL IN CURENT CONTINUU

Motorul in c.c. este o masina electrica: convertizorul electromecanic permite conversia bidirectionala a energiei intre o instalatie electrica parcursa de un curent continuu si un dispozitiv mecanic.

In regim de motor, energia electrica este transformata in energie mecanica.

In regim de generator energia mecanica este transformata in energie electrica. Masina se comporta ca o frana.

1 Descriere

O masina electrica in c.c. este constituita:

Fig.6

·dintr-un stator care are la origine o circulatie de flux magnetic longitudinal fix creat de infasurarile statorice sau de magnetii permanenti. Statorul se mai numeste si inductor daca ne referim la functionarea in regim de generator al motorului.

·dintr-un rotor bobinat legat la un colector rotativ ce inverseaza polaritatea la fiecare infasurare rotorica sau cel putin odata la o turatie completa pentru a facilita circulatia fluxului magnetic transversal in faza cu fluxul statoric. Infasurarile rotorului se mai numesc si infasurarile indusului sau indus daca ce referim la functionarea in regim de generator a motorului.

2 Schema motorului

Fig.7

- Curentul I, injectat prin periile colectorului, traverseaza conductorul rotorului (egal cu o spira rotorica) si apoi isi schimba sensul in sensul in dreptul periilor. Acest lucru permite intrtinerea magnetizarii rotorului perpendicular pe cea a statorului. Dispunerea periilor pe linia neutra (zona unde densitatea fluxului este nula), permite obtinerea fortei contra-electromotoare maxime. Aceasta linie poate totusi sa se deplaseze in functie de reactia magnetica a indusului (influenta fluxului statoric ) chiar daca masina lucreaza cu sarcina mare sau mica.

Datorita repartitiei gresite a tensiunii intre lamelele colectorului si inversarii rapide a curentului in sectiunile conductorului atunci cand lamelele trec pe sub perii, riscam aparitia unei supratensiuni la bornele spirei ce comuta si provoaca distrugerea progresiva a colectorului. Pentru zona orizontala se stie cum se compenseaza reactia indusului, si de asemeni pentru ameliorarea comutatiei folosim poli auziliari de compensare/comutare.

-Existenta cuplului se explica prin interactiunea magnetica dintre stator si rotor.

·Campul statoric Bs este practic nul in dreptul conductorilor situati in crescaturi si nu actioneaza asupra lor. Originea cuplului ramane magnetizarea transversala a rotorului, neschimbat in timpul rotatiei. Un pol statoric actioneaza asupra unui pol rotoric si motorul se roteste.

·Un mod clasic mai simplu de calcul al cuplului este de a face apel la existenta unei forte Laplace (fictive) creata de campul statoric Bs si care actioneaza asupra conductorilor rotorici traversati de intensitatea I. Aceasta forta care rezulta in urma interactiunii este identica in modul pentru doi conductori rotorici diametral opusi, dar cum curentii sunt in sens invers datorita sistemului perii-colector, fortele sunt de sens opus.

·Forta astfel creata este proportionala cu I si Bs. Cuplul motor T este si el proportional cu aceste doua marimi.

·Tija conductorului traversata prin rotor de curentul I se deplaseaza supusa campului statoric Bs. Ea este totusi baza unei forte contra-electromotoare(FCEM) induse (legea lui Faraday-Lenz) proportionala cu Bs si cu viteza de deplasare, deci cu viteza de rotatie. Ansamblul acestor FCEM are ca consecinta aparitia unei FCEM globale E la bornele infasurarii rotorului care este proportionala cu Bs si cu viteza de rotatie a motorului.

·Pentru a permite curentului I sa isi continue circulatia, trebuie ca alimentarea electrica a motorului sa dezvolte o tensiune superioara FCEM E indusa de rotor.

3 Schema electrica idealizata:

Fig.8

Aceasta schema nu este valabila in regim tranzitoriu.

Ri, Re reprezinta rezistenta rotorului, respectiv a statorului.

Pentru aceasta    schema avem urmatoarele ecuatii:

·pentru stator: Ue=Re·Ie (legea lui Ohm)

Bs=Ke·Ie (campul statoric)

·pentru rotor: Ui=E+Ri·Ii

Mai avem si doua ecuatii electromecanice:

-FCEM: E=Cst·Bs·Ω (Ω= frecventa de rotatie)

-Cuplul electromecanic: T=Cst·Bs·Ii

Constantele sunt aceleasi pentru amandoua ecuatii, rezulta:

E·Ii=T·Ω (Puterea electrica utila = Puterea mecanica)

4 Cuplul motor:

-puterea mecanica utila: P = T·ω

-neglijam partea cu P = nNΦI, deci T = (NΦI)/2Π

N/2Π=cst, rezulta deci T = KΦI

Cuplul motor este deci proportional cu fluxul inductor si curentul indus.

Fig.9

5 Variatia vitezei:

n=E/60NΦ Φ=BSNI

Avem doua solutii pentru a face variatia vitezei:

-variatia fluxului inductor la U=cst. prin reostatul de camp

-variatia tensiunii de alimentare la Φ=cst. ; este metoda utilizata pentru variatia electronica a vitezei (se poate lucra la cuplu constant).

6 Demarajul motorului continuu:

daca E=U-RI, I=(U-E)/R ; daca la demaraj E=0, Id =U/R

Rezistenta indusului fiind scazuta, curentul de demaraj este foarte important si trebuie limitat de reostatul de demaraj, bineinteles daca folosim variator de viteza.

7 Tipuri diferite de motoare in c.c.

7.1 Motorul cu excitatie separata

Fig.10

Au avantajul unei viteze relativ stabile si reglabile cu tensiunea de indus, dar necesita o alimentare continua sau redresata de inductor.

7.2 Motorul shunt

Fig.11

Alimentarea esta comuna pentru inductor si indus, dar reglajul vitezei devine o problema deoarece diminuand tensiunea, diminuam si fluxul si astfel cuplul devine mai slab.

7.3 Motorul serie

E = U- I(R+r)

Fig.12

Foarte bun cuplu la plecare, deoarece curentul si fluxul sunt importante a plecare.Reglajul vitezei nu pune probleme, ea variiaza cu sarcina. Acest motor este foarte utilizat in tractiune.

7.4 Motorul compus

Fig.13

Aceste tipuri de motoare au avantajele de montaj precedente, dar sunt mai scumpe.

In continuarea proiectului, motorul serie va fi utilizat