Tipi di eccitazione del motore a corrente continua

Tipi di eccitazione del motore a corrente continua

 

I modi con cui si collega l’avvolgimento di eccitazione a quello d’indotto determinano un diverso comportamento del motore a corrente continua.

Essi sono fondamentalmente:

 

• eccitazione indipendente e in derivazione;
• eccitazione in serie;
• eccitazione composta.

 

Dal punto di vista del funzionamento a tensione costante il motore con eccitazione in derivazione è perfettamente equivalente al motore con eccitazione indipendente.

L’unica differenza tra i due tipi di eccitazione è nel fatto che il circuito di eccitazione del motore con eccitazione indipendente, può essere fatto funzionare a una tensione differente da quella di alimentazione del circuito d’indotto e, quindi, può essere alimentato con una sorgente indi- pendente da quella che serve per l’alimentazione principale; nel motore con eccitazione in derivazione, il cui schema viene rappresentato in figura 1, invece, sia il circuito d’eccitazione che quello d’indotto, sono alimentati dalla stessa sorgente di tensione.

 

 

Figura 1 Eccitazione in derivazione

Dalla relazione:

C = k₁·Φ·Ia

con:

V_a = cost

e nell’ipotesi di:

 

Φ = cost

 

si ha che, in un motore a corrente continua sotto ca­rico a eccitazione indipendente o in derivazione, la coppia è direttamente proporzionale alla corrente cir­colante nell’indotto.

In figura 2 viene riportata la caratteristica elettromeccanica della coppia.

 

 

Figura 2 Caratteristica elettromeccanica per eccitazione indipendente o in derivazione

 

La relazione C = k₁·Φ·I_a si può riscrivere nella forma:

 

C = k₀·I_a

 

e quindi:

 

 

Sostituendo tale espressione in

si ha:

 

 

Tale relazione mostra che all’aumentare della coppia C diminuisce il numero di giri n. Questa diminuzione è comunque di modesta entità nella realtà operativa. In figura 3 viene riportata la caratteristica meccanica.

 

Figura 3 Caratteristica meccanica

 

I motori a corrente continua con eccitazione indipen­dente e in derivazione, alimentati a tensione costante, vengono principalmente impiegati nei casi in cui è necessario mantenere una velocità di rotazione praticamente costante per qualsiasi condizione di carico come l’azionamento degli organi di macchine utensili, pompe, ventilatori ecc.

necessario mantenere una velocità di rotazione prati­camente costante per qualsiasi condizione di carico come l’azionamento degli organi di macchine utensili, pompe, ventilatori ecc.

Nell’eccitazione in serie, il cui schema viene riportato in figura 4, l’avvolgimento d’eccitazione e quello d’indotto sono collegati in serie e sono quindi attraversati dalla stessa corrente.

 

Figura 4 Eccitazione in serie

 

Quando tale tipo di motore è posto sotto carico, aumenta la corrente nell’indotto e, insieme a essa, anche quella di eccitazione. Poiché la caduta di tensione R_a· I_a è trascurabile, si può scrivere:

 

V_a ≈ E = k·Φ·n

 

In questo caso, essendo l’eccitazione in serie, il flus­so risulta proporzionale alla corrente I_a:

 

Φ = k_v· I_a

 

e, accorpando le varie costanti, si ha:

 

I_a·n = cost

 

Da tale relazione si vede che il numero di giri del motore varia al variare della corrente, e quindi del carico, con legge iperbolica così come riportato in figura 5.

 

Figura 5 Caratteristica elettromeccanica per eccitazione in serie

 

Dalla relazione C = k₁·Φ·I_a, essendo il flusso proporzionale alla corrente I_a, si ha:

 

 

in cui k_c tiene conto di tutte le costanti.

Tale relazione, rappresentata nel diagramma di figura 6, indica la dipendenza della coppia dalla corrente circolante nell’indotto.

 

Figura 6 Caratteristica elettromeccanica

 

La relazione:

 

 

è valida fino a valori di corrente tali che il flusso Φ non può più essere considerato proporzionale a essa e cioè in saturazione.

Sempre nell’ipotesi di Φ = cost, e con V_a = cost, considerando le relazioni:

 

I_a·n = cost

 

 

si ha:

 

C·n² = k_M

 

in cui k_M tiene conto di tutte le costanti.

Tale relazione, il cui diagramma viene riportato in figura 7, esprime la dipendenza della coppia dalla velocità di rotazione.

Da tale espressione si vede che il motore a corrente continua con eccitazione in serie presenta una coppia di spunto elevata che decresce rapidamente all’aumentare del numero di giri. Questa proprietà risulta particolarmente utile nei casi in cui il motore deve essere utilizzato per l’azionamento di carichi gravosi allo spunto, come negli organi di sollevamento, nella trazione elettrica ecc.

 

Figura 7 Caratteristica meccanica

 

In ultimo l’eccitazione composta, di cui un possibile schema viene proposto in figura 8, è utilizzata in quei casi in cui si vuole riunire le caratteristiche positive dei due precedenti tipi di eccitazione.

 

Figura 8 Eccitazione composta

 

Una tipica applicazione di tale motore è l’azionamento di impianti di laminazione.

Il motore con eccitazione composta trova diverse applicazioni soprattutto nell’azionamento di grosse macchine operatrici munite di volani come gli impianti di laminazione, le presse, le trance ecc.