MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

Transcript

1 MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

2 ELEKTROMEHANIČKO PRETVARANJE ENERGIJE Uređaji za elektromehaničko pretvaranje energije: ELEKTRIČNI SISTEM MEHANIČKI SISTEM Električni motori Električni generatori Sprega između električnog i mehaničkog sistema - magnetna i električna polja Pretvaranje energije je reverzibilan proces

3 Elektromehaničko pretvaranje energije zasniva se na pojavama koje povezuju: ELEKTRIČNO POLJE - MAGNETNO POLJE MEHANIČKA SILA - KRETANJE 1) Provodnici u magnetnom polju Na provodnik, kroz koji protiče električna struja, u magnetnom polju, deluje mehanička sila Između električnih provodnika, kroz koje protiče električna struja, međusobno deluje mehanička sila U provodniku, koji se kreće, u stranom magnetnom polju, indukuje se eletktromotorna sila 2) Feromagnetni materijali u magnetnom polju Na feromagnetni materijal, u magnetnom polju, deluje mehanička sila koja teži da ga dovede u pravac delovanja polja Magnetno polje stvoreno delovanjem namotaja kroz koji protiče struja, kretanjem feromagnetnog materijala u tom polju, dolazi do indukovanja ems u namotaju

4 Na provodnik, kroz koji protiče električna struja, u magnetnom polju, deluje mehanička sila F I [l B ] Između električnih provodnika, kroz koje protiče električna struja, međusobno deluje mehanička sila U provodniku, koji se kreće, u stranom magnetnom polju, indukuje se eletktromotorna sila

5 Elektromotori: od dela vata - mikromotori U REGULACIONIM MEHANIZMIMA do reda 50MW ZA POGON PUMPI, VENTILATORA Generatori: snage veće od 1000 MW U TERMOELEKTRANAMA

6 ELEKTROMOTORNA SILA Nezavisno od uloge rotacione mašine, kao rezultat rotacije: indukuje se ems E na provodnike deluje elektromagnetna sila F (ako kroz njih protiče struja) FARADEJEV ZAKON ELEKTROMAGNETNE INDUKCIJE: u električnom provodniku u magnetnom polju promenjivog fluksa, indukuje se: dφ e dt Promena fluksa: obrtni deo (ROTOR), nepokretni deo (STATOR) Jedan od ova dva dela proizvodi osnovno magnetno polje - INDUKTOR U drugom delu indukuje se napon i nastaje struja - INDUKT Izraz za indukovanu ems: dφ dx dφ e v dx dt dx v - relativna brzina kretanja provodnika u magnetnom polju

7 Navojak izolovane bakarne žice u magnetnom polju stalnog magneta Magentni fluks: Φ Φ m cos Ugao : t Φ Φm cos t Indukovana ems: e Zatvaranjem konture: d (Φm cos t ) Em sin t dt i I m sin t Veza između frekvencije dobijene struje i ugaone brzine obrtanja navojka: 2 f Efektivna vrednost ems: N navojaka (namotaj): E 4.44 f Φm E rez N E

8 MAGNETNO POLJE OBRTNI MOMENT Princip nastanka obrtnog momenta mašina - delovanje dva magnetna polja Dva stalna magneta nepokretan i pokretan Magnetni polovi stvoreni namotajima mašine Ose magnetnih polova: - kod mašina jss - nepokretne u prostoru - kod mašina za naizmeničnu struju - obrću se konstantnom brzinom

9 Moment kod obrtnih mašina može zavisiti od tri veličine: jačine magnetnog polja statora HS M k HS H R jačine magnetnog polja rotora HR M k H S H R sin ugla između osa ova dva magnetna polja θ Kod dvopolne mašine jss, zavisnost momenta M od ugla θ: M 0 max 0 max 0 θ Moment deluje i na stator i na rotor Broj polova na induktu i induktoru nije isti??? dvopolni stator četvoropolni rotor M M m sin

10 Konstrukcija namotaja prve konstrukcije - namotaji oko prstenastog jezgra dvoslojni namotaji u žlebovima

11 REVERZIBILNOST ELEKTRIČNIH MAŠINA Motori i generatori se ne razlikuju : - po načinu stvaranja obrtnog magnetnog mementa (indukovane ems rotacije) - u konstrukcionom smislu Motori i generatori se razlikuju : - na osnovu smera pretvaranja energije (toka aktivne snage)

12 PREGLED ELEKTRIČNIH MAŠINA Mašine jss Sinhrone mašine Asinhrone mašine Pobudna struja jednosmerna jednosmerna naizmenična (jednofazna ili trofazna) Struja indukta naizmenična (u induktu) naizmenična (jednofazna ili trofazna) naizmenična (jednofazna ili trofazna) Mašine jss - fluks se proizvodi konstantnom jednosmernom strujom - daju ili primaju struju preko komutatora (kolektora) Sinhrone mašine - rade sa konstantnim fluksom - daju monofaznu ili trofaznu naizmeničnu struju Asinhrone mašine - obrtno magnetno polje, rezultat fazno pomerenih namotaja - daju monofaznu ili trofaznu naizmeničnu struju

13 MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE Prednosti jednosmerne struje osvetljenje, grejanje, motorni pogon elektroliza, punjenje akumulatora,... Prvi električni generator - Gram godine Osnovni delovi: STATOR - induktor ROTOR - indukt KOLEKTOR - komutator 2p istaknuta pola

14 PRINCIP RADA MAŠINE JSS GENERATOR jss sa jednim parom polova: U namotaju indukta indukuje se periodična ems Struja kroz navojak - prostoperiodična Na izlazu komutatora pulsirajuća struja Veći broj, međusobno pomerenih navojaka Rezultujuća usmerena struja

15 Način rada komutatora: Položaj I: lamela 1 spojena je na " " četkicu komutatora, indukovana struja ima smer naznačen na slici, u " " četkicu ulazi struja Položaj II: ravan navojka normalna na osu magnetnih polova, indukovana struja jednaka je nuli Položaj III: u navojku a pojaviće se struja suprotnog smera, sa navojkom se obrće i komutator, lamela 1 komutatora dolazi pod "+" četkicu, u " " četkicu opet ulazi struja

16 MOTOR jss sa jednim parom polova: Navojak provodnika dužine l u stalnom magnetnom polju jačine B Magnetno polje ima smer od pola N ka polu S U navojak se dovodi jednosmerna struja I, preko dve grafitne četkice koje ostvaruju pokretni kontakt sa komutatorom Na navojak deluje Lorencova sila: F I (l B ) i obrtni moment, na rastojanju r od centra rotora: M (r F ) Kolektor menja smer struje svakih pola obrtaja kako bi se zadržao isti smer okretanja namotaja usled delovanja momenta Princip rada DC motora

17 OSNOVNI DELOVI MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE Stator (induktor kod mašina jss) sastavljen je je od jarma u obliku šupljeg valjka od masivnog gvožđa, na čijoj unutrašnjoj periferiji su pričvršćeni istaknuti polovi (2p) izrađeni od feromagnetnih limova Na polovima statora nalazi se koncentrisan pobudni namotaj, kroz koji se propušta jednosmerna struja, koja stvara magnetni fluks statora Pobudni namotaj povezan je između polova na određeni način i izveden na dva priključna kraja

18 Rotor (indukt kod mašina jss) cilindričnog je oblika, sastavljen od tankih feromagnetskih limova i ravnomerno ožljebljen po svom obimu Izrađen je od dinamo limova, debljine od 0,3 do 0,5mm, izolovanih lakom, hartijom ili slojem oksida, u cilju smanjenja vrtložnih struja i zagrevanja Paket limova rotora čvrsto je spojen sa osovinom mašine Namotaj indukta čine izolovani bakarni provodnici, koji su, kod savremenih mašina jednosmerne struje, postavljeni u žlebove rotora, u slojevima, paralelno osi obrtanja Provodnici mogu biti kružnog preseka (žični) ili pravougaonog preseka (štapni)

19 Komutator (kolektor) sastavljen je od bakarnih segmenata (lamela), koji su izolovani međusobno i u odnosu na osovinu Komutator je postavljen sa jedne strane rotora i obrće se zajedno sa njim Na površinu komutatora naleže izvestan broj četkica, koje su mehanički učvršćene za stator, nepomične su i spojene sa dva priključna kraja na statoru Četkice su smeštene na simetrali između polova, u tzv. neutralnoj zoni Segmenti komutatora u električnoj su vezi sa namotajem indukta

20 Ems indukta U režimu rada GENERATORA: E a U Ra I a U - napon na krajevima generatora Ra - ukupan otpor indukta (galvanske otpornosti svih namotaja u kolu indukta i prelazni otpor na četkicama) Ia - ukupna struja indukta ems u generatoru: - daje napon U na krajevima generatora - pokriva pad napona RaIa U režimu rada MOTORA: U E a Ra I a protv ems u motoru: - drži ravnotežu naponu napajanja U - suprotnog je smera od napona U

21 Reakcija indukta Indukt - magnetno polje Polje pobude Reakcija indukta Rezultujuće polje Izobličenje krive polja dovodi do nepovoljnih pojava: smanjenje Φrez - do gubitka na ems pomeranje ose - promena smera struje kod komutacije u nepovoljnom naponskom stanju (varničenje) povećanje B do povećanja gubitaka u Fe

22 Poboljšanja komutacije pomoćna sredstva: POMERANJE ČETKICA POMOĆU POLUGE napušten način POMOĆNI MAGNETNI POLOVI redno sa namotajem rotora (na simetrali između polov) poništenje poprečnog magnetnog polja sprečavanje varničenja komutatora KOMPENZACIONI I KOMPAUND NAMOTAJ u žlebove na polnim nastavcima statora (oko glavnih magnetnih polova) poništenje uzdužnog magnetnog polja najbolje, ali najskuplje rešenje

23 Pobuđivanje mašina jss Nezavisna pobuda Redna (serijska) pobuda Otočna (paralelna) pobuda U upotrebi su sledeće oznake za krajeve pojedinih namotaja: Namotaj Stara oznaka Nova oznaka Indukt A, B A1, A2 Nezavisna pobuda I, K F1, F2 Redno vezan pobudni namotaj E, F D1, D2 Otočno vezan pobudni namotaj C, D E1, E2 Pomoćni polovi G, H B1, B2 Kompenzacija G, H C1, C2 Složena pobuda (aditivna ili diferencijalna)

24 REDNI MOTOR JSS Zavisnost n f (I a ) jako promenjiva brzina obrtanja ne sme se puštati u rad neopterećen Mehanička karakteristika veliki pokretni moment u električnoj vuči, za pogon dizalica, električnih lokomotiva, tramvaja, prenosnica,... izdržljiviji u mehaničkom pogledu u odnosu na OM

25 OTOČNI MOTOR JSS Zavisnost n f (I a ) praktično stalan broj obrtaja Mehanička karakteristika promena broja obrtaja u širokim granicama (promenom pobudnog namotaja može se menjati u odnosu nmax : nnom= 4:1) sme se puštati u rad neopterećen manji pokretni moment u odnosu na RM

26 SLOŽENI MOTOR JSS 1) Aditivni - redni pobudni namotaj pomaže otočnom 2) Diferencijalni - struja u rednom pobudnom namotaju teče suportno od struje u otočnom Složeni motor sa aditivnom pobudom: sa promenom opterećenja, n se menja više nego kod OM, a manje nego kod RM obrtni moment pri pokretanju je veći nego kod OM, a manji nego kod RM sa porastom opterećenja smanjuje se n (mašine radilice sa velikim zamajcem: prese, valjaoničke mašine, teške mašine alatljike, izvozne mašine u rudnicima)

27 KARAKTERISTIČNI REŽIMI RADA 1. Pokretanje motora jss n 0 Pri puštanju motora u rad Ea 0 Ia Ik U E a Ra I a U I n Ra Nedozvoljeno velika struja Pokretački otpornik (anlaser): Ia U Ra Rw Označava se sa R i L na priključnoj pločici Pokretački i pobudni otpornik često se ugrađuju u jedan aparat (označava se sa L, R, M i mora se dimenzionisati da trajno izdrži struju opterećenja)

28 2. Regulisanje broja obrtaja U Ra I a n K Φ PROMENOM MAGNETNOG FLUKSA (POBUDNE STRUJE STATORA) pomoću otpornika u kolu pobude, ovaj način regulisanja je ekonomičan sve do odnosa broja obrtaja 4:1 i predstavlja glavnu osobinu motora sa OP i AP PROMENOM NAPONA NAPAJANJA U ranije su se koristile grupe motor-generator (Vard-Leonardova grupa) danas se koriste tiristorski konvertori sa automatskim podešavanjem napona PROMENOM OTPORA U KOLU INDUKTA Ra složen način regulacije, izrada otpornika skupa, gubici snage pri regulisanju brzine veliki retko se primenjuje u praksi

29 3. Promena smera obrtanja motora jss Smer obrtanja motora jss zavisi od: - smera magnetnog polja - smera struje u namotaju rotora Promena smera obrtanja motora: - promenom smera pobudne struje ILI - promenom smera struje u namotaju rotora Šeme veza rednog motora za: desni (a) i levi (b) hod

30 4. Kočenje motora jss 1) Isključivanjem napajanja - motor se zaustavlja kao rezultat delovanja sile trenja 2) Generatorsko kočenje - povećanjem pobudne struje, povećava se ems i kada ona postane veća od napona na krajevima namotaja rotora U, struja kroz namotaje menja smer i motor postaje generator, a moment - kočni 3) Kočenje kontravezom - promenom smera pobudne struje (i ovde obrtni moment menja smer) 4) Elektrodinamičko kočenje - motor se isključi sa mreže, u kolo rotora dodaje se otpornik, a pobuda ne menja smer, kroz kolo teče struja u suprotnom smeru, moment menja smer i postaje kočni