Lekcija 4 Istosmjerni motori s permanentnim magnetima

Transcript

1 Lekcij 4 Iomjerni moori permnennim mgneim Prof.dr.c. Jmin Velgić Elekroehnički fkule Srjevo olegij: Akuori

2 4.1. Svojv permnennih mgne Prednoi permnennih mgne imju u zdnjih nekoliko godin znčjn ujecj n rzvoj elekričkih rojev. Ove prednoi u: eliminirnje gubik u bkru, viok guoć energije i efikno, mlen momen inercije roor, mogući veći zrčni rpor zbog veće koerciivne ile. Nedoci permnennih mgne: gubik flekibilnoi uprvljnj mgnekim okom, roškovi vioke guoće ok permnennih mgne u vioki, mgneke krkeriike e mijenjju vremenom, gubik mgnekih vojv mgneizirnj iznd Curiejeve emperure. 2/48

3 Svojv permnennih mgne Permnenni mgneki merijli imju pecijlne krkeriike koje e morju uzei u obzir pri dizjnu roj. Nprimjer, njbolje performne e poižu lomljivom kermikom, neki merijli u hemijki ojeljivi, i vi u emperurno ojeljivi i i većin im ojeljivo n rzmgneizirjuć polj. Odgovrjući dizjn zhijev dobro rzumijevnje merijl. 3/48

4 B-H pelj Tipičn B-H pelj z permnenni mgne je prikzn n ljedećoj lici. 4/48 Dio krivulje zbog koje e permnenni mgnei korie u dizjnirnju moor je gornji lijevi kvdrn. Ovj egmen e nziv krivulj rzmgneizirnj i prikzn je n ljedećem ljdu.

5 rivulj rzmgneizirnj 5/48 Puno operećenje Bez operećenj Recoil line Njlošiji lučj rzmgneizirnj D' C' C B' A' B r - Remnenn indukcij A Linij ere B Gu H c oerciivn il H Oered 0

6 rivulj rzmgneizirnj 6/48 Guoć remnennog zolog ok B r bi će rpoloživ ko je mgne krko pojen. Međuim, zrčnim rporom rzmgneizirnje će rezuliri rdnom čkom bez operećenj ere, B. Ngib linije bez operećenj je mnji većim zrčnim rporom. S prookom ruje kroz or, nje ljedeće rzmgneizirnje permnennog mgne koje uzrokuje pomicnje rdne čke prem C, koj predvlj puno operećenje. Trnzijeni ili kvrovi roj mogu dovei do njlošijeg lučj rzmgneizirnj koji vodi k ukupnom rzmgneizirnju permnennog mgne. Recoil line lijedi rnzijen koji pokzuje mnjenje guoće mgnekog ok u uporedbi originlnom linijom. Popuno je jn vžno uprvljnj rdom mgne kko bi e zdržl rdn čk vn uvje njlošijeg lučj rzmgneizirnj.

7 Rzmgneizirnje mgne moor 7/48 Permnenni mgne e može djelimično ili popuno rzmgneiziri djelovnjem j upronog mgnekog g polj. U lučju moor permnennim mgneim uprono mgneko polje predvlj rekciju rmure, koju proizvode rujom projecni rmurni nmoi. Zbog og dolzi do mnjenj pobudnog polj, koje je, međuim, do izvjene mjere reverzibilno, j. nenkom ruje rmure permnenni mgnei e vrćju u voje prvobino nje. Ako jko ruje oliko pore d komponen jkoi mgnekog g polj rmurne rekcije, koj djeluje n mgne, pone već od vlie koerciivne ile mgne, opdnje pobudnog polj poje ireverzibilno. Proce rzmgneizirnj funkcij je rmurne ruje. Sruj rzmgneizirnj predvlj ruju koj rzmgneizirnjem permnennih mgne mnjuje mgneku konnu moor z 5 %.

8 Rzmgneizirnje mgne moor 8/48 D bi e mnjil opno rzmgneizirnj, konvencionlno je uvojeno d e u moore ugrđuju kvi mgnei koji će bez eškoće izdrži ruju brem edm pu jču od nzivne. Jedn od nčin d e moor zšii od rzmgneizirnj je d e predvidi npjnje rujnim grničnikom. Drugi nčin je d e n čelo kućiš monir polni nvk od mekog željez kroz koji će, zbog mnjenj relukncije, zvorii ilnice i rekcije rmure, p će permnenni mgne oi pošeđen od njihov djelovnj.

9 Permnennomgneki merijli 9/48 Prem ome, permnenni mgnei koji e ugrđuju u iomjerne moore morju imi: šo veći remnenni mgneizm rdi vrnj jkog mgnekog polj, šo veću koerciivnu ilu rdi uprovljnj j ujecjim rzmgneizirnj, šo veći elekrički opor rdi prječvnj vrložnih ruj, šo mnji oplinki koeficijen kko bi mgneki ok bio šo mnje ovin o emperurnim promjenm.

10 Permnennomgneki merijli 10/48 Alnico dobr vojv li premlen koerciivn il i prevelik površin B-H pelje => lhko dolzi do permnennog rzmgneizirnj. Ferii Brij & Sroncij nik cijen, umjereno viok rdn emperur 400 C i prvolinijk ij krivulj rzmgneizirnj. i Međuim, B r je mli => volumen i veličin roj rebju bii veće. Smrijum-obl Sm-Co veom dobr vojv li jko kup budući d je Smrijum rijedk. Neodymium-Željezo-Bor Nd-Fe-B veom dobr vojv oim šo je Curie-jev emperur mo 150 C.

11 Permnennomgneki merijli 11/48 Dijgrm rzmgneizirnj

12 12/ Iomjerni moori permnennim mgneim Cilj: proizvei moore šo većim zkrenim momenom i šo mnjim momenom inercije. Iomjerni moori omogućuju kvlienu regulciju brzine i momen promjenom npon, odnono ruje moor. Od moor e rži d roši šo je moguće mnje energije, d zuzim šo mnji proor i im šo mnju ežinu. Pronlzk nžnih permnennih mgne omogućio je ojeno poboljšnje nvedenih vojv. To e u prvom redu odnoi n veću linerno brzinkomomenne krkeriike koj predvlj ovino brzine moor o operenom momenu. od izvedbi elekromoorom pri većim vrijednoim operenog momen pojvljuje e njezino znno zkrivljenje. od izvedbi permnennim mgneim linerno krkeriike oje u cijelom području.

13 13/48 Momenno-brzinke krkeriike DC moor uzbudnim nmoom elekromoor DC moor permnennim mgneom S uzbudom 100 Permnenni mgne Brzin n 60 n Brzi Momen Momen

14 Iomjerni moori permnennim mgneim Uzrok očuvnj linernoi krkeriike je međudjelovnje orkog i rmurnog roorkog mgnekog polj. od moor permnennim mgneim mgneki polovi or u relizirni kermičkim nvcim. Njihov permebilno goovo je jednk permebilnoi zrk. Tko e mgneke ilnice roor nemju rzlog kroz njih zvri, i p nem deformirnj mgnekih okov ni pojve nelinernoi n brzinko-mgnekoj krkeriici, p ni komucijkih poeškoć u vezi im šo je lučj elekromgneim. Oim og poboljšnj, izvedbe moor kermičkim permnennim mgneim ne rebju energijko npjnje j elekromgnekog vik, ko ni m vik. Poljedic og je mnji obujm i ežin z jednku izlznu ngu u uporedbi moorim elekromgneim. 14/48

15 Iomjerni moori permnennim mgneim 15/48 od moor elekromgnekim polovim n oru ilnice rmurnog mgnekog polj, idući linijom mnjeg mgnekog opor, vijju e prem polnim nvcim or. Zbog og n jednoj rni polnog nvk nje zbrjnje, n drugoj odbijnje mgnekih ilnic orkog i roorkog polj, ime i pojčvnje mgnekog ok or n jednoj rni polnog nvk, i lbljenje n drugoj rni. Poljedic og je ugoni pomk vekor orkog mgnekog ok z određeni ugo α u mjeru upronome okrenju roor, u odnou prem njegovom onovnom položju u nju mirovnj. Poljedic ovog je jednk ugoni pomk zv. neurlne oi roor, koj je po definiciji uvijek okomi n o rocije i n vekor orkog polj.

16 Iomjerni moori permnennim mgneim Umjeo uzbudnih nmo n oru korie e permnenni mgnei. Problemi permnennim mgneim: 16/48 Rzličioi u moorim dolze iz vrijcij j mgnekih merijl koji mogu bii rzmgneizirni prekomjernim emperurm, nponim i mgnekim poljim. Brzin vrnje iomjernog moor ovii o kombinciji npon i ruje koji eku kroz rmuru, e o operećenju. Brzin moor proporcionln je nponu, dok je momen proporcionln ruji. Uprvo zbog ovih vojv e iomjerni i moor vrlo čeo korii u elekromoornim pogonim koji zhijevju uprvljnje brzinom zhvljujući rzvoju energeke elekronike pojednovilo e uprvljnje brzinom i olih vr elekromoor. Brzin moor e može mijenji promjenom opor rmure, koje e izvodi dodvnjem vnjkog promjenjivog opor pojenog u eriju izvorom, ili korišenjem promjenjivog nponkog izvor.

17 Primjer 1 Z moor nzivnim podcim: 17/48 opor rmure: R =0.6 Ω, nzivn ruj rmure: I n =6.5 5A, nzivn nponk konn: v =0.4 V/rd. Porebno je: Nći mkimlni npon z pokrenje moor iz nj mirovnj; b Izrčuni mkimlni npon zuvljnj brzine od 50 rd/, d e moor ne izloži opnoim rzmgneizirnj.

18 Primjer 1 Rješenje: Dopušen ruj iznoi edmorukoj nzivnoj ruji: 18/48 I d 7 I = = = n 45.5 A. U nju mirovnj ruj je ogrničen jedino oporom rmure, p bi mkimlni npon mogo bii: U mx = R I d = = 27.3 V. Rdi igurnoi rzumno je uporijebii dee poo mnji npon, koji izlzi: U = 0.9U mx = = V. Pri zuvljnju vlj uzei u obzir d e priključeni npon j j j p j p zuvljnj u djelovnju zbrj prouelekromoornom ilom, kko je prikzno n ljedećoj lici.

19 Primjer 1 19/48 R R I > 0 I < 0 U p E= e Ω U z E= e Ω Moor u nju pokrenj Moor u nju zuvljnj Njveć prouelekromoorn il pojvljuje j j e pri njvećoj j brzini, j. u renuku poček zuvljnj, vrijedno joj je: E = Ω = = v 20 V. Budući d je vrijedno dopušene ruje, mnjen 10 % rdi igurnoi, iznoi =41 A, npon zuvljnj će bii: U z = R I E = = 4.6 V.

20 Primjeri DC moor čekicm 20/48

21 4.3. Memički model moor 21/48 Ndomjen hem moor z porebe izvođenj memičkog model z DC moor permnennim mgneom prikzn je n ljedećoj lici. i R ω, τ m u L e _

22 Memički model moor 22/48 rug rmure može e opii ljedećom nponkom jedndžbom: u di = R i L e. d gdje je: R - ukupni opor rmurnog krug, [Ω], L - ukupni indukivie rmurnog krug, [H], i - vrijedno ruje rmure, [A], u - vrijedno npon rmure, [V], e -prouelekromoorn il, [V]. Prem ome, npon u pokriv pdove npon n indukivieu i oporu rmure ko i prouelekromoorne ile e.

23 Memički model moor 23/48 Prouelekromoorn il, koj e inducir u nmou rmure zbog vrnje oovine moor proporcionln je nponkoj konni i brzini vrnje oovine moor: e = vωω. gdje je: v nponk konn, [V], v ω ugon brzin vrnje, odnono mehničk brzin vrnje, [1/]. Nponk konn v ovii o konrukcijkim deljim moor i mgnekom oku nmo. Izrz z v je = v gdje je Φ n nzivn vrijedno glvnog mgnekog ok po polu, [V]. e Φ n

24 Memički model moor 24/48 Mehničk ω i elekričk brzin vrnje ω e međuobno u povezne relcijom: ω = p ω e gdje je: p m broj pri polov Primjenom Lplceove rnformcije n izrze dobivju e nponke jedndžbe elekričnog krug rmure u domeni komplekne vrijble prepovlj e kod primjene Lplceove rnformcije d u počeni uvjei jednki nuli. : m U = R L I E E = Ω v

25 Memički model moor 25/48 Mgneki ok Φ i ruj rmure prouzrokuju zkreni momen n rmuri moor momen moor τ m, koji je dn ljedećim izrzom: gdje je: momenn konn moor. τ m = Z opi mehničkog model polzi e od D Aleberov princip d je um vih il koje djeluju n ijel jednk ili inercije dinmičk rvnoež momen: i dω τ m = J m Bω τ d gdje je: τ m momen moor, [kg m -2 ], τ momen ere, [kg m -2 ], J m momen inercije moor, [kg m 2 ], Bω momen vikoznog renj, [kg m -2 ].

26 Memički model moor 26/48 Prelzom u frekvencijko područje dobivju e momenne jedndžbe: Memički model moor j ] [ M B J M m m Ω = Dobivene jedndžbe moor mogu e npii n ljedeći nčin: I M m = j g p j ] [ ] [ 1 ] [ 1 E U E U R E U I ], [ 1 ] [ 1 ] [ E U T E U R L E U L R I = = = ], [ 1, M M B J Ω Ω E m v = =. I M B J m m =

27 Memički model moor U gornjim jedndžbm u: =1/R T = L /R - koeficijen pojčnj rmurnog krug, [A/V], - vremenk konn rmurnog krug, []. N emelju jedndžbi džbi moor dobiv e hem ko n lici. i 27/48 M _ U _ 1 T I M m 1 B J m Ω E v

28 Memički model moor 28/48 Ovinoi promjene brzine brzine vrnje o promjeni npon rmure i momen ere mogu eizrziiljedećim prijenonim Memički model moor g j p j funkcijm: 1 Ω B J T B BT J B U Ω m m v = B B v v J T BT J T B M Ω m m v = Elekromehničk vremenk konn T J / B ovii 1 B B v v Elekromehničk vremenk konn T m =J m / v B ovii o momenu inercije.

29 Memički model moor 29/48 Budući d kod iomjernih moor permnennim mgneim vrijedi d je rmurn vremenk konn Memički model moor mgneim vrijedi d je rmurn vremenk konn znno mnj od elekromehničke vremenke konne moor T << T m, d je oprvdno znemrii djelovnje rmurne vremenke konne p prijenone funkcije poprimju ljedeće oblike: T J B U Ω m m v = = B m v m v 1 T J B M Ω = = T B J B M m v m v 1 1

30 Memički model moor 30/48 Tkođer, budući d je koeficijen vikoznog mehničkog renj B redovno mnogo mnji od koeficijen vikoznog elekričkog renj v /R B << v /R d vrijedi: v v = >> B Tm = R J m v j. B e može znemrii u gornjim izrzim, p e dobiv: Ω 1 = U 1 T m Ω = M 1 T 2 m 1 m 2 T = = 1 v = 1/ J m,, v v.

31 Memički model moor Uzimjući u obzir nveden znemrenj, dobiv e pojednovljen rukurn hem iomjernog moor prikzn n ljedećoj lici. 31/48 M _ U = R _ M m J m 1 Ω E v

32 DC moor bez čekic Ogrničenj moor čekicm: 32/48 Elekričn vez između roor i izvor iomjerne ruje e ovruje ko d e izvor iomjerne ruje poji n grfine čekice koje kližu po komuoru. Prilikom prelk čekice jedne n drugu lmelu komuor pooji renuk kd e izvor nlzi u krkom poju uljed čeg dolzi do ikrenj čekic. Ikrenje čekic dovodi do polgnog unišvnj grfinih čekic, li idookidcije okidcije i rošenj komuor, p je o glvni nedok ove vre moor. Ikrenje e pojčv ukoliko e povećv: brzin vrnje moor pri velikim brzinm eško održvi konk čekic komuorom, npon, operećenje, odnono ruj ko poljedic povećnj npon ili operećenj. Ikrenje oim mog unišvnj komuor i čekic z poljedicu im i vrnje čujnog i elekričkog šum. od velikih rojev komuor je kup i zhijev preciznu ugrdnju mnogih dijelov.

33 DC moor bez čekic N rooru u mješeni permnenni mgnei, or e oji od nmo. predvlj oblik AC moor elekričkom komucijom. Moori ne drže čekice ili komuor mnogo efikniji, mnje renje. 33/48 mogu e pogonii većim brzinm bez rizik ošećenj čekic, šo nije lučj DC moorom čekicm. roz orke nmoe e propuš ruj koj dovodi do zkrenj roor. Srujom koj prolzi kroz orke nmoe e uprvlj izvn elekroničkom klopom, zv. elekroničkim komuorom, koji zmjenjuje klični komuor.

34 DC moor bez čekic Ulog komuor: promjen polrie u vodičim ovino o njihovom položju u odnou n uzbudno polje. Prejek DC moor bez čekic: 34/48

35 35/48 DC moor bez čekic Mehnički rpored dijelov moor Prekpčjući orki polovi Roor od permnennog mgne Svjeloni ši Ugrđene volfrmke lmpe Ugrđene foo diode

36 DC moor bez čekic 36/48 D bi e moglo iprvno odredii kroz koji nmo će elekronički komuor poli ruju, i ruju kojeg mjer, kv moor mor imi enzor položj roor n onovu čeg e uprvlj rdom mog komuor zhijev e dodn elekronik i enzori položj. Ovj enzor korii Hll-ov efek. Brz odziv brzine vrnje. Efikno iomjernog moor bez čekic je 85-90%, dok je iomjernog moor čekicm 75-80%. Dodni energeki prekidči u pojčlu zhijevju znne dodne roškove. orie e u plikcijm gdje e zhijevju velik područj brzin.

37 DC moor bez čekic DC moor permnennim mgneom i čekicm 37/48 DC moor permnennim mgneom bez čekic: Permnenni rjni mgnei n rooru, koji predvljju uzbudu. Sorki npon polifzn nmoi n oru. Već efikno, mnje renje, mnji elekrički šum, zhijev elekronički pogon. Permnenni mgnei n oru, nmoi u uorim rmure n rooru. Umjeo uzbudnih nmo n oru, uzbudu predvljju permnenni mgnei n oru. elekrički šum, zhijev elekronički

38 38/48 Primjer DC moor bez čekic Proizvođč Micromo: DC moor bez čekic: dimenzije 16mm x 28mm Brzin 65,000 rpm obrj u minui Momen: 50 mnm Sng: 11 W Npon: 12 V

39 Specifikcije DC moor bez čekic 39/48

40 Primjene DC moor bez čekic 40/48 Medicin: cenrifuge, orokopki hirurški li, repirori, omološki hirurški li, rnporni pumpni iemi npr. ubrizgvnje inzulin. Modeli vion, uomobil, brodov, helikoper. Mikrokopi. k i CD, DVD i keni pogoni. Umjeno rce.