19_-__macchina_in_corrente_continua_ii

Macchina in Corrente Continua

I circuiti di eccitazione e di indotto possono essere connessi in vario modo. Eccitazione indipendente – I circuiti di eccitazione e d’indotto sono elettricamente separati. E’ la configurazione più versatile, in quanto possono essere variate separatamente le grandezze e gli effetti dell’induttore e dell’indotto, ma richiede due sorgenti di energia separate. Eccitazione derivata (o shunt) - L’avvolgimento di eccitazione è in parallelo all’avvolgimento di indotto; ha particolare interesse nei generatori in corrente continua (dinamo ad eccitazione derivata). Eccitazione serie - L’avvolgimento di eccitazione è connesso in serie all’avvolgimento di indotto. L’’avvolgimento di eccitazione è composto da poche spire di sezione tale da poter condurre la corrente di indotto. Ha particolare interesse nei motori (motori ad eccitazione serie, usati nella trazione elettrica). Eccitazione mista (o compound). Nelle macchine ad eccitazione mista generalmente uno dei due avvolgimenti di induttore è prevalente sull’altro.


Macchina in Corrente Continua ad Eccitazione Indipendente

Con circuito di eccitazione

Ve Va A Magneti Permanenti

N S

V a

N

S


Equazioni dinamiche Equazioni a regime

( )⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

−−=

=

==

=

+=

++=

rRr

aee

mpeeee

ere

eeeee

aaaaa

ωFCCJ1

dtωd

ippkC

)( iLωppke

dtdiLiRv

edtdiLiRv

Φ

ΦΦΦΦ

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

=

=

==

=

=

≈+=

0dtωd

IppkC

)( iLωppkE

IRVEEIRV

r

aee

mpeeee

ere

eee

aaa

Φ

ΦΦΦΦ

Macchina in Corrente ContinuaFunzionamento da motore Dalle equazioni a regime si ha:

reeke ωφ=

aee ikC φ=

reeaaaaa kiReiRV ωφ+=+=

A vuoto: 0rra 0iC ωω ===

0reea keV ωφ==

eea

0r kVφ

ω =

Ove 0rω è la velocità a vuoto della macchina alla tensione aV

Si ottiene quindi in generale:

( )a

r0reea

ree0reea

aa R

kR

kkR

eVi ωωφωφωφ −=

−=

−=

( )a

r0r2e

2e

Rk

Cωωφ −

=

che è l’equazione di una retta, che viene detta caratteristica meccanica del motore in corrente continua.


Per C = 0 si ha la marcia a vuoto alla velocità: ee

a0r k

Vφ

ω =

Per rω = 0 si calcola la corrente di avviamento (o di spunto), che vale: aa

a0ree

a RV

Rki

avv==

ωφ

La coppia di avviamento risulta inoltre: a

aeeaeeavv R

VkikC φφ ==

A tensione nominale la corrente di spunto non è sostenibile


Regolazione della tensione di alimentazione o regolazione di armatura

Poichè tanto Cavv che ωr0 sono direttamente proporzionali a Va, mantenendo costante il flusso

di eccitazione, al variare della tensione di armatura si ottengono tante caratteristiche parallele tra loro.


Regolazione del flusso tramite la corrente di eccitazione o regolazione di campo

Ad un aumento di flusso corrisponde un aumento della coppia di avviamento e una riduzione di N0, di conseguenza varia la pendenza della caratteristica. La regolazione di campo si effettua per operare al di sopra della velocità nominale. Ciò può essere ottenuto riducendo la coppia massima in maniera inversamente proporzionale all’incremento di velocità. Poiché ilprodotto coppia velocità rimane invariato tale regolazione è anche detta “a potenza costante”.


Dinamo ad eccitazione indipendente Trovano impiego nella realizzazione di gruppi elettrogeni, azionati da motori acombustione interna.

Della totale caduta di tensione a pieno carico possono essere separati due contributi, una caduta ohmica e una caduta dovuta alla reazione di indotto,; orientativamente le due cadute sono dello stesso ordine a pieno carico. La corrente di corto circuito in una dinamo ad eccitazione indipendente raggiunge valori molto elevati e non sopportabili dal collettore che riporterebbe guasti irreparabili.

Caratteristica esterna (V — I), per N=cost e iecc=cost.

Macchina in Corrente Continua Generatore ad eccitazione derivata La dinamo ad eccitazione derivata è una valida alternativa a quella ad eccitazioneindipendente nei generatori mossi da motori a scoppio, specie quando non è richiesta unagrande stabilità della tensione in uscita. La corrente di indotto I si ripartisce tra il circuito di eccitazione e quello di carico. Una macchina ad eccitazione derivata, posta in rotazione, se sono soddisfatte certecondizioni, si autoeccita, rendendo quindi inutile una sorgente ausiliaria per l’eccitazione.


Funzionamento a vuoto La corrente di indotto circola unicamente nel circuito di eccitazione (I = O).

dtdi

LiRe ecceccecc +=

L è l’induttanza dell’intera maglia, pari circa all’induttanza del circuito induttore. La funzione E = f (iecc) è la caratteristica di magnetizzazione a velocità costante. La presenza di un certo flusso re-siduo dovuto all’isteresi fa sì che anche in assenza di corrente di eccitazione vi sia una certa f.e.m. residua Er (inferiore al 2-3% di Vn) Per un qualsiasi valore di corrente di eccitazione inferiore a in la f.e.m. E è maggiore della c.dt. sul circuito di eccitazione. Di conseguenza, poichè diecc /dt > O la corrente aumenta fintanto che E = Recc Iecc condizione di equilibrio stabile.


Le caratteristiche dell’indotto e del circuito di eccitazione possono variaremodificando rispettivamente N e Recc

Per Recc = cost, al di sotto di una certa velocità non c’è autoeccitazione apprezzabile. Per N = cost la varjazione di Recc permette una regolazione di V0. Per valori di Recc per cui la retta è vicina alla caratteristica a vuoto, minime variazioni di temperatura che variano Recc possono provocare grandi variazioni di VO.

Macchina in Corrente ContinuaFunzionamento a carico Nel funzionamento a carico e lecito trascurare iecc rispetto a I

Nell’arco superiore, il funzionamento è stabile, Nell’arco inferiore, li funzionamento è instabile. Non appena la resistenza del carico è inferiore al valorecritico Rcri le condizioni di funzionamento evolvono verso il corto circuito, cui corrisponde una corrente

i

rcc R

EI =

La corrente di cortocircuito non è molto più grande della In e pertanto non pericolosa. Il grande vantaggio della dinamo ad eccitazione derivata consiste nel poter funzionare in corto circuito senza subire danni.


Motore ad eccitazione serie I motori ad eccitazione indipendente presentano modeste variazioni di velocità passando da vuotoa carico, la macchina ad eccitazione serie invece presenta grandI variazioni della velocità alvariare del carico, e reagisce alle variazioni di coppia resistente con variazioni di correnterelativamente modeste. La corrente di indotto è anche corrente di eccitazione: una diminuzione di coppia resistente,provocando una riduzione della corrente e quindi del flusso, determina una accelerazione del mo-tore, e viceversa. Trascurando gli effetti della saturazione, le relazioni tra coppia e corrente e velocità e corrente sono:

2e IppKLC = IppKL

RIV

e

−=ω


Ricavando l’andamento della coppia in funzione della velocità si ottiene:

( )2e

2

eKLRVppkLC

ω+=

La velocità di marcia a vuoto teorica è infinita, in quanto per I tendente a zero si annulla anche il flusso. In pratica un motore a corrente continua con eccitazione serie non può mai essere alimentato a vuoto, ma è sempre rigidamente collegato al carico. Il motore ad eccitazione serie è usato in tutti i casi di trazione elettrica (treni, tram, fibobus,metropolitane ecc...) Mentre nella macchina ad eccitazione indipendente, che gira a velocità quasi costante, la potenza equindi la corrente sono proporzionali alla coppia motrice, nel motore ad eccitazione serie la grandevariazione di velocità che si accompagna alle variazioni di coppia fa sì che la potenza vari poco. e conessa la corrente. Un treno azionato da un motore ad eccitazione indipendente incontrando una salita non rallenta quasi, ma assorbe una notevole corrente fino anche a sovraccanicare i motori, se è azionato da un motore ad eccitazione serie rallenta vistosamente mentre la corrente aumenta di poco.

Ha la struttura di un motore in CC con gli avvolgimenti connessi in serie

Può operare sia in CC che in CA. Poiché la corrente I coincide tanto con la corrente dieccitazione Ie che con la corrente di armatura Ia, si ha (trascurando la saturazione):

2

eaeeae IppKLIIppKLIppKC === Φ

La coppia è quindi positiva qualunque sia il segno della corrente. Pertanto la coppia èpositiva sia che la corrente sia continua, sia che sia alternata sinusoidale.

Motore Universale

19_-__macchina_in_corrente_continua_ii

Documents