MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

SADRŽAJ 1 MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE... 3 1.1 Osnovni delovi... 3 1.2 Princi rd...4 1.3 Nmotji indukt... 5 1.4 Nmotji obude... 7 1.5 Elektromotorn sil indukt... 8 1.6 Obrtni moment... 9 1.7 Brzin obrtnj... 10 1.8 Rekcij indukt... 10 1.9 Komutcij... 12 1.10 Genertori jednosmerne struje... 15 1.11 Krkteristike moment motor... 17 1.12 Pokretnje mšin jednosmerne struje... 18 1.13 Regulisnje brzine nezvisno obuđenog motor jednosmerne struje... 18 1.14 Krtk osvrt n relzne ojve i rsobuđivnje... 20 1.15 Univerzlni motor... 20 1.16 Litertur... 21 2

1 MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE Mšine jednosmerne struje (jednosmerne mšine) su zbog svojih veom dobrih funkcionlnih krkteristik nekd redstvljle često rešenje u električnim ostrojenjim i ogonim. Zbog veće cene, složenijeg i skuljeg održvnj, mnje ouzdnosti i krćeg vek trjnj, dns se motor jednosmerne struje sve više otiskuje od strne jeftinijih, jednostvnih i robustnih električnih motor z nizmeničnu struju urvljnih mikrorocesorim i njnih energetskom elektronikom. Slik 1-1 Motor jednosmerne struje Genertori jednosmerne struje su rktično otisnuti olurovodničkim isrvljčim. Međutim, genertor jednosmerne struje s nezvisnom obudom, zbog svojih veom dobrih krkteristik se često koristi ko kočnic u lbortorijm z isitivnje električnih mšin. 1.1 Osnovni delovi Osnovni elementi mšine su mirujući deo (sttor) i obrtni deo (rotor). Između mirujućeg i obrtnog del nlzi se međugvožđe (vzdušni roce, zzor). Mgnetsko kolo im rotcionu simetriju. Sttor je nčinjen od jrm u obliku šuljeg vljk od msivnog gvožđ, n čijoj su unutršnjoj eriferiji ričvršćen 2 istknut ol složenih od feromgnetskih limov. N olovim sttor je smešten koncentrisn obudni nmotj (induktor), ovezn između olov n određeni nčin i izveden n dv riključn krj. Rotor je cilindričnog oblik i sstvljen od tnkih feromgnetskih limov i rvnomerno je ožljebljen o svom obimu. Pket limov rotor čvrsto je sojen s vrtilom mšine. Nmotj n rotoru (indukt, rmtur) je rsodeljen, smešten u žlebovim i ztvoren sm s sobom. Komuttor (kolektor) je sstvljen od bkrnih segment (kriški) koji su izolovni međusobno i u odnosu n msu. Postvljen je s jedne strne rotor i obrće se zjedno s njim. N ovršinu komuttor nleže izvestn broj dirki (četkic), koje su smeštene n simetrli među olovim, u "neutrlnoj zoni" i neomične (mehnički učvršćene z sttor), sojene n dv riključn krj n sttoru. Segmenti komuttor su u električnoj vezi s nmotjem indukt, svki segment indukt sojen je s istim tolikim brojem tčk nmotj indukt. 3

J NZ A K S 1 2 Č K + PN P N Slik 1-2 Šemtski resek ojednostvljene dvoolne mšine jednosmerne struje (oznke odgovrju genertorskom režimu rd) J jrm, S i N glvni olovi, P- obudni nmotj, PN- olni nstvci, A- indukt, K- komuttor (kolektor), Č- četkice, NZ- neutrln zon (os), 1 i 2 - ojednostvljeni nmotj rotor 1.2 Princi rd Princi rd mšine z jednosmernu struju ojednostvljeno ćemo objsniti n rimeru genertor (Slik 1-2). Kd se kroz rovodnike nmotj sttor usti jednosmern struj, on će stvoriti stlno mgnetsko olje obude, Φ, odgovrjućeg olritet, veznog z smer struje. Ovo olje je eriodično, s eriodom jednkom dužini dvostrukog olnog kork, i funkcij je smo rostorne koordinte (oložj n obimu mšine). Kd se omoću neke ogonske mšine rotor obrće konstntnom brzinom, n, u njegovim rovodnicim će se usled resecnj mgnetnog fluks indukovti odgovrjuć elektromotorn sil, o zkonu e=blv. Budući d je u rethodnoj jednčini smo mgnetsk indukcij romenljiv, oblik ems će biti isti ko i oblik mgnetskog olj (indukcije B). U ojedinim rovodnicim koji sčinjvju nvojk, ems će biti surotne i sbirće se, ošto su oni vezni n red. Kd je nvojk u oložju d je kroz njeg fluks mksimln, rem jednčini: e = dψ / dt, u njemu će indukovn ems biti jednk nuli, i tj oložj nzivmo neutrlnom zonom (horizontlni oložj nvojk n slici). Međutim, zhvljujući delovnju kolektor, olritet ems, rem tome i struje, u odnosu n soljšnje kolo, neće se menjti jer, uz neromenjeni smiso obrtnj, dirke su uvek istog olritet jer su reko kolektor ovezne s rovodnicim koji rolze isod istog mgnetnog ol. Prem tome, omoću kolektor se nizmenične struje u rovodnicim "isrvljju", što im z osledicu jednosmernu struju u soljnjem električnom kolu. 4

1.3 Nmotji indukt Nmotj indukt nlzi se n rotoru, o tiu je obično vljksti (dobošsti, bubnjsti, cilindrični). Nekd se nmotj izvodio u obliku rsten, li ovo rešenje je nušteno jer je zbog otrebe z ručnim motnjem vreme izrde bilo veliko, i otrošnj bkr je bil već jer rovodnici n unutršnjem delu rsten nisu ktivni i ne učestvuju u stvrnju ems. Dv rovodnik treb sojiti u nvojk tko d indukovn ems u nvojku bude mksimln, tj. tko d nvojk obuhvt sv fluks o olu. Nvojni deo (sekciju) čini više nvojk veznih n red ostvljenih u dv žleb, i to u gornjem sloju jednog žleb i donjem sloju drugog žleb. Prem nčinu vezivnj rovodnik u nvojne delove možemo vljksti nmotj d odelimo uglvnom n četiri vrste: rost omčsti nmotj, složeni omčsti nmotj, rost vloviti nmotj i složen vloviti nmotj. Ovde će biti dte smo osnove izvođenj nmot ilustrovne n rostom omčstom i rostom vlovitom nmotju. Osnovni rinci izvođenj nmotj je d se vezuju dv rovodnik koji se nlze u istom ili ribližno istom oložju od dv rzličit ol. Kod izvođenj omčstih nmotj rvo ovezujemo sve nvojke ili nvojne delove koji se nlze od jednim rom olov, te nmotj im oblik omče, o čemu je i dobio ime. Rstojnje između ulznog i izlznog rovodnik, ošto ih vežemo s zdnje strne (s strne surotne komuttoru) nziv se zdnji nvojni kork ( y 1). Sd izlzni rovodnik vezujemo s rednje strne (strne komuttor) reko lmele z sledeći ulzni. To rstojnje se nziv rednji nvojni kork ( y 2 ). Zdnji i rednji nvojni korci su delimični nvojni korci. Ukuni nvojni kork ( y ) kod omčstog nmotj je: y = y 1 y 2. Ako je y 2 < y1 ond dobijmo neukršteni nmotj, ko je y 2 > y1 ond dobijmo ukršten omčsti nmotj. Ukršteni omčsti nmotji se obično ne rve. y y 1 y 2 y y 2 y 1 ) neukršteni b) ukršteni Slik 1-3 Prosti omčsti nmotj Kod vlovitog nmotj kd obrzujemo nvojk nstvljmo s vezivnjem n red o oložju sličnih nvojk od svim olovim mšine. Ovo ovezivnje svih sličnih nvojk od svim olovim vršimo tko d ri zvršetku jednog obilženj dođemo do susedne lmele n komuttoru. U zvisnosti od tog, d li smo idući u smeru nmotvnj došli do lmele isred ili iz očetne, rzlikujemo neukrštene nmotje (slik 1-4) i 5

ukrštene nmotje (slik 1-4b). I kod rostih vlovitih nmotj ukrštnje se izbegv, zbog ik nešto veće otrošnje bkr. Ukuni nvojni kork kod vlovitih nmotj je: y = y 1 + y 2. y y1 2 y Slik 1-4 Neukršteni i ukršteni rost vlovit nmotj Između "ozitivnih" i "negtivnih" četkic nlzi se celi nmotj indukt. N slici 1-5 je rikzn nmotj ko šem otor. Budući d je otor svke od 2 rlelnih grn jednk ( je oznk z broj ri rlelnih grn), struj u rovodniku ili grni je: I I =, 2 gde je I ukun struj indukt. I I + _ 2 U Slik 1-5 Šem otor nmotj indukt Ako je ukun broj rovodnik u nmotju N, uz ri rlelnih grn, ond jednoj strujnoj grni, koj ktivno učestvuje u stvrnju non, rid N 2 rovodnik. Z 6

ukuni otor indukt, grne, immo: R gde je 1 N 1 = R = N R, 2 2 2 R otor jednog rovodnik. R, uvžvjući d je ukuni otor 2 1 2 ut mnji od otor jedne 1.4 Nmotji obude Prem nčinu sjnj nmotj obude u odnosu n nmotj indukt, rzlikujemo sledeće osnovne vrste obude: nezvisn obud, kod koje je nmotj obude sojen n osebn soljnji izvor non, koji je otuno nezvisn od rilik u mšini. Pobudni nmotj je dimenzionisn rem tom soljnjem nonu. Vrednost obudne struje može se odešvti, nezvisno od mšine, ko u strujnom kolu obude ostoji romenljivi otornik. Ovo je dns njčešće rešenje, jednosmerni obudni non se dobij iz nizmenične trofzne mreže, reko isrvljč. otočn (rleln) obud, kod koje je obudni nmotj sojen rlelno n nmotj indukt. Pobudn struj kreće se u grnicm 1 do 5% struje indukt, ri čemu se mnj vrednost odnosi n mšine većih sng. Z ostizvnje otrebne mgnetoobudne sile, ošto je struj mgnećenj ml, otrebno je d rlelni nmotj im veliki broj nvojk. Otor rlelnog nmot je velik. redn (serijsk) obud, kod koje je obudni nmotj sojen n red s nmotjem indukt. Z dimenzionisnje nmotj merodvn je struj indukt. Z ostiznje odgovrjuće mgnetoobudne sile, ošto je struj velik, broj nvojk nmotj redne obude ne mor biti velik. Teži se d otor rednog nmotj bude što mnji, kko bi d non n njemu bio što mnji. složen obud, gde ored glvnog, nezvisnog ili rlelnog, ostoji i omoćni, redni obudni nmotj. Učešće ojedine obude u ukunoj ms uslovljvljv soljnj krkteristik mšine, tj. zhtevn zvisnost non n riključcim od struje oterećenj z genertor, odnosno brzine obrtnj o rzvijenom momentu (z motore). U zvisnosti od tog d li su glvni i omoćni obudni nmotj izvedeni tko d im se fluksevi otomžu ili surotstvljju, rzlikujemo ditivnu, odnosno diferencijlnu, složenu obudu. U uotrebi su sledeće oznke z krjeve ojedinih nmotj: Tbel 1-1 Oznke krjev nmotj mšin jednosmerne struje nmotj nov oznk str oznk indukt A1, A2 A, B omoćni olovi B1, B2 G, H komenzcij C1, C2 G, H redn obud D1, D2 E, F rleln obud E1, E2 C, D nezvisn obud F1, F2 I, K 7

L + L A1 E2 E1 A2 M Slik 1-6 Motor s otočnom obudom 1.5 Elektromotorn sil indukt Elektromotrn sil indukt (non rotcije), E, u režimu genertor dje non: E = U + R I, dok u režimu motor drži rvnotežu nonu njnj: U = E + R I, gde je R ukuni otor indukt u koji su uključeni glvnski otori svih nmotj u kolu indukt R, i relzni otor n četkicm. n Ukuni otor indukt možemo rikzti n sledeći nčin: R U č = Rn +, I gde je U č d non n četkicm, koji je funkcij gustine struje. Pri nznčenoj struji d non n četkicm ribližno iznosi 2 V. Jednčin nonske rvnoteže, uz osebno nvođenje d non n četkicm im sledeći oblik: E = U ± ( R I + U ) n č gde se redznk "+" odnosi n genertore "-" n motore. D bi se steko osećj z veličine, nvešćemo rimer z genertor: E 230V = U 220V + R I 8V + U V. n č 2 Anlizirjmo sd detljnije non usled rotcije, E. Trenutn vrednost ems jednog rovodnik n rotoru je: e r = l s v b gde je l s sveden (ktivn) dužin rovodnik (onj deo dužine rovodnik koji resec mgnetsko olje). 8

Ems se obično izržv reko srednje vrednosti fluks o olu Φ: Φ = S B = l τ B, δsr s δsr gde je τ olni kork, Z olni kork immo: d π τ=. 2 B δ sr Z obodnu brzinu immo: srednj vrednost indukcije. d d n n n τ n v = ω m = 2π = d π = 2 τ =. 2 2 60 60 60 30 gde je ω m mehničk ugon brzin rotor. Srednj vrednost ems jednog rovodnik je: E r = l s τ n Φ n v Bδ sr = ls = Φ. 30 l τ 30 Z ems između četkic immo: N N n n E = E r = Φ = N Φ = k E n Φ. 2 2 30 60 s Dkle, non između četkic je roorcionln s brzinom obrtnj i srednjom vrednosti fluks. Konstntn roocionlnosti, k E, zvisi od konstrukcionih odtk (broj ri olov i rlelnih grn, te broj rovodnik). Ovj non nzivmo nonom rotcije, jer, uz ostojnje fluks, ostoji smo kd se rotor obrće ( n 0 ). 1.6 Obrtni moment Obrtni moment, M, u režimu motor obezbeđuje ogon rdnog mehnizm, dok u režimu genertor drži rvnotežu (deluje rotiv) moment ogonske mšine. Izrz z obrtni moment možemo njlkše d dobijemo ko osmtrmo režim motor. Mehničku sngu n vrtilu z ogon rdnog mehnizm i okrivnje gubitk usled trenj i ventilcije obezbedjuje odgovrjući električni ekvivlent E I. Dkle, možemo d išemo: E I nπ = M ω m M. 30 = Koristeći rethodno izveden izrz z non rotcije, immo: n nπ N I M 60 Φ = 30, iz čeg z obrtni moment sledi: M = N Φ I 2π = k M Φ I. 9

Dkle, obrtni moment je roorcionln s srednjom vrednosti fluks i strujom indukt. Konstntn roocionlnosti, k M, zvisi od konstrukcionih odtk (broj ri olov i rlelnih grn, te broj rovodnik). 1.7 Brzin obrtnj Izrz z brzinu obrtnj sledi iz rethodnih nonskih jednčin: E U ± R I n = = k Φ k Φ E E, gde se redznk "- "odnosi n motore, redznk "+" n genertore. 1.8 Rekcij indukt U rznom hodu u mšini ostoji smo mgnetsko olje obude, dok ri oterećenju, usled struje indukt ("rekcije indukt"), jvlj se i mgnetsko olje indukt. Ms indukt je orečno ostvljen u odnosu n ms induktor. Tls ms obude im oblik rvougonik, dok je tls ms linern funkcij obim indukt i im oblik trougl. Rekcij indukt utiče kko n rostornu rsodelu fluks u vzdušnom zzoru tko i n veličinu rezultntog fluks o olu. Definišimo sd još jedn znčjn ojm, strujni obuhvt, A, koji redstvlj odužnu gustinu mernvojk o obimu mšine: A N I N I = =, π D 2π D gde je D rečnik indukt. Oznčimo s x rstojnje o obimu, ri čemu uzmimo d je u osi glvnih olov x = 0. U osmtrnoj tčki vrednost ms indukt je F = A 2x. Rezultnt rsodel fluks je krkterisn ovećnjem fluks od jednim krjem olnog nstvk i smnjenjem od drugim krjem. Zbog zsićenj, ovo ovećnje fluks je mnje od smnjenj, tko d se rezulttni fluks zbog rekcije indukt ik smnjuje. Slik 1-7 Rekcij indukt ) olje obude b) rekcij indukt c) rezultntno olje 10

Neovoljne osledice koje rte rekciju indukt, vezne su z izobličenje rezultntnog fluks su: gubitk n elektromotornoj sili usled smnjenj rezultntnog fluks, lošij komutcij (funkcionisnje komuttor) usled omerj neutrlne ose (zone). Nvojni deo se rilikom komutcije još uvek nlzi u oložju u kojem g zhvt jedn deo rezultntnog, deformisnog, mgnetskog olj. Do romene smer struje dolzi u neovoljnom nonskom stnju nvojnog del, što z osledicu im lošu komutciju (vrničenje). ovećnje mksimlne indukcije izziv veće gubitke u gvožđu i ovećnje non među susednim lmelm komuttor. U rovodnicim indukt su nizmenične struje, u gvožđu indukt se rostire nizmenično mgnetsko olje. Gubici u gvožđu zvise, ored ostlog, i od kvdrt mksimlne indukcije (B 2 ). Indukovn ems između dve susedne lmele je linerno roorcionln s mksimlnom indukcijom. Dozvoljen mksimln vrednost ove ems zvisi od otor nvojnog del i kod mšin srednjih sng iznosi oko 35V. Ako vrednost ems ređe dozvoljenu mksimlnu vrednost, može doći između dve susedne lmele do reskok vrnice, odnosno usostvljnj mlog luk zbog gorenj ugljene ršine. Pošto se mšin obrće, svi nvojni delovi dolze u oložj njveće indukcije, se mli lukovi između susednih lmel retvrju u veliki luk o čitvom obimu (tzv. kružn vtr). Pošto je otor luk nezntn, nosči četkic surotnog olritet dolze u krtk soj. N S x x x x x x x x x x x x x x x M ms induktor G ms indukt širin ol olni kork τ induktor indukcij u međugvožđu indukt rezultnt indukcij ne uzimjući u obzir zsićenje uzimjući u obzir zsićenje Slik 1-8 Rekcij indukt oblik rezultntnog mgnetskog olj 11

Mere koje su reduzimju u cilju suzbijnj ovih neovoljnih osledic su: omernje dirki u stvrnu neutrlnu zonu. Ovo je njstrij i rktično nušten metod. Pomoću osebne oluge se celi nosč dirki stvlj u stvrni oložj neutrlne zone. uvođenje ddtnih nmotj čij ms im zdtk d oništi delovnje rekcije indukt. Z oništenje rekcije indukt u rostoru isod glvnog ol se uotrebljvju komundni i komenzcioni nmotj. Komundni nmotj je njjednostvnije i njjeftinije rešenje, li koje deluje smo n izbegvnje gubitk u indukovnoj ems. Sstoji se od nekoliko nvojk žice velikog resek nmotnih oko glvnih mgnetskih olov. Kroz tj nmotj uštmo struju indukt u istom smeru ko i struju obudnog nmotj. Komenzcioni nmotj je njbolje, li njskulje rešenje. Smešten je u žlebove n olnim nstvcim sttor, kroz rovodnike se ušt struj indukt, li tko d je smer struj suotn. Z oništenje rekcije indukt u rostoru između glvnih olov uotrebljv se nmotj omoćnih olov, koji je fizički smešten n simetrli između glvnih olov. Glvn funkcij nmotj omoćnih olov je oboljšnje komutcije. Ms komenzcionog nmotj mor biti jednk i surotn ms indukt, dok kod nmotj omoćnih olov ms mor biti tkv d rvo oništi ms indukt, ztim d stvori jedno surotno olje rdi oboljšnj komutcije. komundni nmotj obudni nmotj nmotj omoćnih olov (PP) komenzcioni nmotj (KN) ms PP, KN ms indukt nmotj indukt (rmtur) Slik 1-9 Nmotji mšine jednosmerne struje 1.9 Komutcij Pod komutcijom odrzumevmo roces romene smer ems, odnosno struje rilikom rolsk nvojk ili nvojnog del kroz neutrlnu osu. Z vreme trjnj komutcije, T k, dirke krtko sjju nvojk ili nvojni deo. Vreme z koje je struj konstntn oznčimo 12

s T i. Struj rovodnik (grne) s vrednosti + I rvo d n vrednost nul, ztim rste u surotnom smeru do vrednosti I. Kvlitet komutcije ocenjuje se rem njenim osledicm, koje se mnifestuju u ojvm vrničenj između komuttor i dirki. Loš komutcij se ogled u zntnom iskrenju kod nznčenog oterećenj ili kod mnjih reoterećenj. Komutcij bez vrničenj je neohodn uslov sigurnog i dugog rd mšine jednosmerne struje. Uzroci loše komutcije mogu biti mehnički (neokruglost i istrošenost komuttor, vibrcije komuttor, ovršinsko oštećenje dirki i komuttor, loše vođenje četkic u držčim, neisvn ritisk ili smer ritisk n četkice itd.) i električki (uticj otor i ems usled smoinduktivnosti i međuinduktivnosti). U električnom ogledu, n komutciju njviše utiče otor četkic, oložj četkic u odnosu n neutrlnu osu i delovnje omoćnih olov. I i I lmel četkic v I Slik 1-10 Nvojni deo u komutciji + I i i + I I T k Ti Tk Slik 1-11 Vremensk romen struje u nvojnom delu Promenu struje rilikom komutcije i(t) oznčili smo, z očetk, rvom, crtknom linijom. Uz određen ojednostvljenj i retostvke, može se doći do nlitičkih izrz koji ribližno oisuju romenu struje rilikom komutcije. Budući d je ostvrenje dobre komutcije više rezultt iskustv nego nučne nlize, ovde se nećemo bviti kvntittivnom nlizom, već ćemo definisti uticjne veličine rilikom komutcije i nvesti mere koje se reduzimju u cilju oboljšnj komutcije. Veličine koje utiču n oblik krive komutcije su sledeće: ) otori 13

relzni otor četkic, otor krtkosojenog nvojnog del koji komutir, otor sojnih vodov (vez) između nvojnog del i lmele komuttor. b) ems soljnjeg kol, e k, koji se u nvojnom delu indukuje kd četkic ne stoji strogo u liniji neutrlne ose, usled smoinduktivnosti nvojnog del e L i usled međuinduktivnosti, e M, koj se jvlj ko širin četkice remšuje širinu komuttorske lmele b č >b l i ko se komutcij dešv u više nvojnih delov. Slik 1-12 rikzuje oblike krivih komutcije z sledeće slučjeve: crtkno ideln otorn komutcij, uzet je u obzir smo relzni otor četkic, dok su ostle uticjne veličine znemrene, tčk-tčk otorn komutcij kod koje su uzeti u obzir svi otori, znemren uticj ems, un linij komutcij kod koje su uzeti u obzir i ems usled smoinduktivnosti e L. S i d je oznčen dodtn struj komutcije usled ems, koj se sueronir n struju idelne otorne komutcije. 1 + I 3 i i d 2 I T k Slik 1-12 Krive komutcije uz određene vrednosti uticjnih veličin Ems usled smoinduktivnosti e L srečv romene struje u kolu (u nlogiji mehničkih i električnih kol induktivnost redstvlj inerciju), deluje u smislu usorvnj komutcije. Ems usled međuinduktivnosti, e M, je sličn o svojoj rirodi e L, dok ems soljneg kol, e K, može d im rzličite redznke, tj. može d deluje u jednom ili drugom smeru, zvisno u kkvom se olju o olritetu, severnom ili južnom, nlzi nvojni deo koji komutir. Neovoljni slučj, koji se izbegv, jeste ojv reterno velike gustine struje n jednom delu ovršine četkice, što može d izzove cenje one i vrničenje u toj tčki. Pogotovo je osn velik gustin struje n zdnjim (izlznim) krjevim četkic, kod usorene komutcije, jer vrničenje n njim može d dovede do ojve kružne vtre, z rzliku od vrničenj n rednjim krjevim četkic kod ubrzne komutcije, koje je ik mnje osno jer sm četkic redstvlj rereku z renošenje vrnic o obimu komuttor. Ems usled smoinduktivnosti, e L, znčjno ogoršv komutciju, te bi kod mšin mlo većih sng čk i onemogućil rd, kd je ne bismo suzbili. 14

S "linernom" komutcijom, (Slik 1-13, krkteristik 2), kod koje se kontktn ovršin rvnomerno koristi z rolz struje, odnosno kod koje je gustin struje o ovršini četkice konstntn tokom celog roces komutcije, mogli bismo biti uglvnom zdovoljni. Ideln bi bil on komutcij kod koje je n izlznoj ivici četkice gustin struje što mnj (krkteristik 3 i 4). + I 1 2 4 3 I 5 Slik 1-13 Krive komutcije Prvi uslov z dobru komutciju je reltivno veliki relzni otor četkic, u odnosu n otor vez (dovod) i nvojnih delov, što se ostiže uotrebom četkic od ugljen odnosno grfit. Poboljšnje komutcije n ovj nčin je moguće smo kod mšin mlih sng, do 1kW. Z mšine većih sng se rimenjuju dodtn sredstv, re sveg omoćni olovi. Pomoćni olov imju zdtk d suzbiju ems usled smoinduktivnosti e L. Mgnetsko olje omoćnih olov izziv u nvojnom delu surotnu ems u odnosu n e L, je n tj nčin neutrliše. Pomoćni olovi morju d budu rvilno dimenzinisni kko bi se dobil odgovrjuć komutcij. Slik 1-13, kriv 5 rikzuje komutciju uz rejko delovnje omoćnih olov. Jedn od mer z oboljšnje komutcije je i omernje dirki u stvrnu neutrlnu osu. Problem vezn z komutciju, odnosno ostojnje sistem komuttor i dirki, usložnjv održvnje mšin z jednosmernu struju i isključuje ih u odručjim rimene s zljivom i ekslozivnom okolinom. 1.10 Genertori jednosmerne struje Svremeni rzvoj ide u rvcu eliminisnj elektične mšine jednosmerne struje ko genertor, li ih još uvek im u uotrebi kd se trži jko gldk non, što se ne može ostići sinhronim lterntorom s diodm ili mrežnim isrvljčem. U lbortorijm z isitivnje električnih mšin često se uotrebljv genertor jednosmerne struje s nezvisnom obudom, koji služi z oterećivnje isitivnih mšin. Nezvisno obuđen genertor im tvrdu krkteristiku (s orstom struje non reltivno mlo od). To odnje non izzvno je: smnjenjem rezultntnog fluks, Φ, usled rekcije indukt, time i indukovne ems E = k E n Φ, ovećenjem d non n otoru indukt usled ovećnj struje indukt. 15

Prlelno obuđen genertor im smoobuđivnje (sm vrši svoju obudu), li od uslovom d je iz rethodnog rd reosto izvesni remnentni mgnetizm, odnosno non E rem. D bi došlo do smoobudjivnj, ukuni rdni otor kol rlelne obude R m ne sme d bude revisok, odnosno rvc R mor d seče krkteristiku mgnećenj i m E = f ( i ). D bi se osigurlo smoobuđivnje, odnosno stbilnost non, n glvnim olovim se ostve rorezi n kojim je resek mgnetskog kol jko smnjen (tzv. istmusi), zsićenje nstu već kod vrlo mlog fluks. Time krkteristik mgnećenj dobij dv kolen, od kojih je rvo usled istmus, s većim ngibom, čime se osigurv d rvc R i m sigurno resec krkteristiku E = f ( i ). U delu do1,5i n krkteristik ovog genertor je sličn krkteristici nezvisno obuđenog genertor, li je nešto mekš. Kod određene vrednosti struje linerni deo krive U = f ( i ) okloi se s rvcem smoobuđivnj, što fizički redstvlj rzbuđivnje mšine, kriv non nglo d i ide o donjoj grni krkteristike. Redno obuđen genertor nije ogodn z uotrebu jer mu se non rvo ovećv, ztim od s orstom struje indukt. Nije rimenjen u rksi, li se ovde ominje zbog tog što se ovj nčin obuđivnj rimenjuje u složeno obuđenim (komundirnim) genertorim. Složeno obuđeni (komundovn) genertori imju nezvisnu (ili rlelnu) i rednu obudu. Uobičjen zhtev je d se non n krjevim (riključcim) održv n stlnoj vrednosti, bez obzir n veličinu struje indukt (solutno tvrd krkteristik). Pošto bi grdnj genertor s tkvom krkteristikom bil neekonomičn, obično se delovnj ojedinih obud odese tko d se ri nznčenoj struji indukt dobije nznčen vrednost non n riključcim. N slici 1-14 rikzne su soljnje krkteristike genertor U = f ( I ), ri n = const. z rzne vrste obude genertor. U f b c d e I kd I kf I Slik 1-14 Soljnje krkteristike genertor jednosmerne struje 16

Legend slike 1-14: ) ndkomundovn, b) komundovn (krkteristik seče crtknu liniju u tčci, U ) c) nezvisno obuđen d) rlelno obuđen e) rotivkomundovn f) redno obuđen, Odgovrjuće struje krtkog soj su oznčene indeksom k. 1.11 Krkteristike moment motor ( I n 0 Krkteristike moment motor (mehničke krkteristike) redstvljju zvisnost moment od brzine obrtnj, M=f(n). Kod motor jednosmerne struje njih rvenstveno određuje sistem obude, i one mogu biti: "tvrde" kod kojih se brzin obrtnj vrlo mlo menj s romenom moment oterećenj, koju srećemo kod otočno (rlelno) obuđenih motor, oznk n slici OP; "meke" kod kojih se znčjno menj brzin obrtnj s romenom moment oterećenj, koju srećemo kod redno obuđenih motor, oznk n slici RP; celo odručje između ove dve krkteristike može d se ostvri rimenom jednosmernih motor s složenom ditivnom obudom, oznk n slici AP. M RP AP OP n 0 n Slik 1-15 Krkteristike moment motor jednosmerne struje Nezvisno obuđen motor se njčešće rimenjuje u elektromotornim ogonim. Redno obuđen motor se u rksi njčešće rimenjuje u električnoj vuči. Ovj motor redstvlj veom fini menjč brzine (bez skuih skloov zučnik). Iz mehničke krkteristike se vidi d je veom osno ostviti redni motor neoterećen ( M 0, n ), jer td može doći do ekslozije rotor. U mehnici se to ostiže skloovim zučnik. Kod jko velikih sng nemoguće je nrviti tko veliki menjč, se td se mor ristuiti električnom rešenju renos snge. Tko nr. kod dizel električnih lokomotiv dizel motor ogoni rotivkomundovni genertor, redni motori jednosmerne struje u točkovim okreću lokomotivu. 17

1.12 Pokretnje mšin jednosmerne struje Z režim genertor nem nročitih roblem rilikom uštnj u rd. S ogonskom mšinom genertor se dovede n nznčenu brzinu obrtnj. Genertori s rlelnom obudom se smi obude, ko im otor obudnog kol nije revelik. Genertori s nezvisnom obudom se riključuju n obudu re ili osle zlet. S regulcionim otornikom obud se odesi tko d odgovr onom nonu koji se zhtev u rdu. Kd se genertor otereti, ond se obud odešv tko d u mreži jednosmerne struje vld željeni non. Puštnje motor jednosmerne struje iz stnj mirovnj je složeniji roblem. Ako se rdi o nezvisno obuđenom motoru ond je re riključk strujnog kol indukt motor otrebno obuditi unim fluksom Φ, kko se ne bi ojvil mogućnost obeg (velikog ovećnj brzine) motor usled slbog fluks. Dkle, tek kod otuno obuđenog motor indukt se riključuje n non izvor (mreže). Prilikom uštnj u rd u motoru se mogu jviti veom velike struje, što se može videti iz jednostvne nlize koj sledi. U trenutku uštnj u rd immo: n = 0 E = 0. Iz nonske jednčine motor U = E + R I sledi I = I k = U R >> I n. Dozvoljen olzn struj ogrničen je vrednošću koju motor može d komutuje bez vrničenj ili dozvoljenim oterećenjem mreže odnosno riključk z njnje motor. Z ogrničenje struje rilikom uštnj motor u rd koriste se secijlni otori riključeni n red s nmotjem indukt. Oni su tko odbrni d struj u uštnju u rd ne bude mnogo već, nr. njviše dv ut, od nznčene. Otornici z uštnje u rd mogu onekd i d služe z regulisnje brzine obrtnj, li td morju d trjno izdrže unu struju oterećenj motor. Ako služe smo z okretnje, ond su dimenzionisni z krtkotrjni rd i ko tkvi su zntno jeftiniji. Kod motor mnjih sng reltivne vrednosti otor indukt su veće, tko d nije otrebno koristiti otornike z uštnje u rd jer je struj uštnj nezntno već od nznčene. Redni motori su ogodniji u odnosu n otočne kd se uštnje u rd vrši ri teškim uslovim, nr. kd je otrebno d motor rzvije veće olzne momente ri istoj struji (krnovi, dizlice, električn vozil), ko i tmo gde je otrebno jko veliko reoterećenje motor ( 3 M ). n 1.13 Regulisnje brzine nezvisno obuđenog motor jednosmerne struje Motor jednosmerne struje je mogućnost kontinulnog regulisnj brzine obrtnj u širokim grnicm održl u konkurenciji s nizmeničnim motorim kod ogon s romenljivom brzinom obrtnj. Prem rnije nvedenom izrzu, E U R I n = = k Φ k Φ E E, brzinu obrtnj motor jednosmerne struje možemo vršiti n tri osnovn nčin: romenom non njnj, romenom mgnetnog fluks obude, tj. struje obude i romenom otor u kolu indukt. Od ov tri nveden nčin, rktično se rimenjuju rv dv nčin. Regulcij nonom je efiksn očevši od brzine obrtnj jednkoj nuli, do brzine koj odgovr nznčenom nonu motor, uz neku konstntnu, obično nznčenu obudu. To 18

je veliki oseg regulcije, i kod mšin s nezvisnim hlđenjem, u odnosu n brzinu obrtnj, motor se u celom ovom osegu može oteretiti konstntnom strujom, odnosno konstntnim momentom (uz konstntnu obudu), tko d je sng motor roorcionln brzini obrtnj, odnosno ribližno roorcionln s nonom. Kod motor hlđenih ventiltorom, kod mnjih brzin se mor smnjiti struj, odnosno moment, d ne bi došlo do regrevnj. Regulcij oljem se srovodi tko d se riključeni non drži n konstntnoj vrednosti, mgnetsko olje se smnjuje smnjenjem struje obude. Oseg regulcije je otrilike 2:1 z motore normlne izvedbe, tj. s regulcijom brzine se može ići do dvostruke vrednosti u odnosu n brzinu kod unog mgnetnog fluks. Dljnje smnjenje fluks se ne rktikuje, jer bi rd motor mogo d ostne nestbiln, te može lko d obegne (ekslozij kolektor), nstuju oteškoće kod komutcije, jer se smnjuje vreme komutcije T k, mor se voditi rčun i o mehničkim nreznjim usled cetrifuglnih sil koj rstu s kvdrtom brzine obrtnj Z regulciju brzine motor jednosmerne struje rirodno je d se konstntni moment ostiže regulcijom non, dok se konstntn sng ostiže regulcijom oljem. Konstntnu vrednost struje I možemo d obezbedimo smo nezvisnom ventilcijom. M Φ P U I reg. nonom reg. oljem n Slik 1-16 Princi regulcije brzine obrtnj Vrd-Leonrdov gru redstvlj klsičn nčin urvljnj motorom jednosmerne struje (Slik 1-17). Gruu mšin sčinjvju sinhroni motor, koji okreće genertor jednosmerne struje koji, k, nj motor jednosmerne struje čijom brzinom obrtnj urvljmo. Pobudom genertor reguliše se non motor, dok se menjnjem obude motor srovodi regulcij oljem. Dns je Vrd- Leonrdov gru uglvnom otisnut ogonom s tiristorskim konvertorom umesto genertor s sinhronim motorom. 19

I AM G M U U g U f Slik 1-17 Vrd-Leonrdov gru Ako je z njnje motor z jednosmernu struju n rsolgnju izvor jednosmerne struje (komultorsk bterij ili neregulisni isrvljč) kontinulno odešvnje non može se vršiti retvrčem jednosmernog non u jednosmerni (čoer). 1.14 Krtk osvrt n relzne ojve i rsobuđivnje Pri relznim ojvm dolzi do izržj uticj induktivitet. Kolo nezvisne (otočne) obude im veliki induktivitet (mnogo nvojk tnke žice) i veliku vremensku konstntu. Znčjno mnj je vremensk konstnt indukt (rmture), ribližno je T obude T indukt = 5 20, tko d je lkše urvljti relznim ojvm u električnom kolu indukt, nego u kolu obude. Rotor s rdnim mehnizmom unosi određenu mehničku inerciju u relzni roces. Pod rsobuđivnjem (demgnetisnjem) odrzumevmo roces smnjivnj obudne struje, i, do vrednosti jednke nuli. Kod rlelno obuđenog genertor to se vrši uključivnjem sve većeg otor u strujno kolo obude, dok se ono otuno ne otvori, tj. dok se obudno kolo ne rekine. Tj roces ne sme d se odvij rebrzo, ogotovo ne di trenutno, zbog jer bi se zbog velikog induktivitet, rem jednčini e = L, mogli dt ojviti visoki (re)noni koji bi mogli d robiju izolciju obudnog nmotj ili d di izzovu luk. Koliko god bile mle struje u trenutku isključenj, vrednost još uvek d t može d bude osn, tko d se u trenutku končnog isključenj obudni nmotj krtko sj. 1.15 Univerzlni motor Univerzlni motor je kolektorski motor koji se može riključiti i n jednosmerni i n nizmenični izvor njnj. Zbog mle cene, dobrih ogonskih krkteristik i jednostvnog održvnj, nlzi se u rimeni u stotinm sitnih elektromotornih ogon, osebno u rtim u domćinstvim. Ovde se koristi činjenic d se s romenom olritet riključenog non (i n obudnom nmotju i n četkicm) ne menj se smer obrtnj motor jednosmerne struje. Dkle, u rinciu se motor jednosmerne struje može riključiti n nizmeničnu 20

(jednofznu) mrežu i on će imti iste fizičke osobine ko i d je riključen n jednosmernu mrežu. D bi tehnički iskoristili ovu mogućnost, otrebno je d celo mgnetsko kolo (sttor i rotor) bude nrvljeno od tnkih feromgnetskih limov. Z ssvim mle snge (isod 0,5kW) izrđuju se, o rvilu dvoolni, redni motori bez omoćnih olov (i bez komenzcionog nmotj) z brzine obrtnj reko 10000 ob/min z ručne lte i druge ručne elektromotorne uređje, oko 15000 ob/min i više z usisivče i miksere, te oko 30000 ob/min z mlinove z kfu. Vžno je rimeniti d su brzine obrtnj s njnjem jednosmernom strujom nešto veće nego s njnjem nizmeničnom. Krkteristik moment im je ogrničeno mek, tko d obično mogu d izdrže rzni hod. N svkom olu imju o jednu četkicu, koje u rdu vrniče lvičsto. Zbog vrničenj i široke ošte uotrebe, univerzlni motori izzivju rdio i televizijske smetnje, koje se ogrničvju dogrdnjom kondenztor ili rigušnic. 1.16 Litertur [1] B. Mitrković: Mšine z jednosmernu struju, Sl. list SFRJ, Beogrd, 1981. [2] M. Petrović, Električne mšine i ostrojenj, Nučn knjig, Beogrd, 1988. [3] B. Jurković, Z. Smolčić, Kolektorski strojevi, Školsk knjig, Zgreb, 1986. 21