Download - Strojevi skripta
-
Inhoud 1. OSNOVNO ............................................................................................................................................ 4
1.1. Elektrini otpor ................................................................................................................................. 4
1.2. Izvor elektrine energije ............................................................................................................... 4
1.3. Troilo ........................................................................................................................................... 4
1.4. Elektrina struja ............................................................................................................................ 4
1.5. Elektrini napon ............................................................................................................................ 5
1.6. Induktivitet ................................................................................................................................... 5
1.7.Kapacitet ........................................................................................................................................ 5
1.8. Faradayev zakon ........................................................................................................................... 6
1.9.Ampereov zakon ................................................................................................................................ 6
1.10.Vrijednosti ................................................................................................................................... 6
1.11.Fazori ........................................................................................................................................... 7
1.12.Impedancija ................................................................................................................................. 7
1.13.Reaktancija .................................................................................................................................. 7
1.14. Polarizacija .................................................................................................................................. 8
2. OKRETNO MAGNETSKO POLJE ............................................................................................................ 9
3. OSNOVE ELEKTROTEHNIKE ................................................................................................................ 13
4.REALNI TRANSFORMATOR ................................................................................................................. 17
5. MOTOR,GENERATOR - OPENITO ..................................................................................................... 23
5.1.Princip rada generatora i motora skicirati, opisati i primijeniti osnovne relacije (inducirani
napon, moment). ............................................................................................................................... 23
5.2. Potencijalni i reaktivni teret ...................................................................................................... 24
6.ISTOSMJERNI STROJ ........................................................................................................................... 25
6.1.Osnovni dijelovi istosmjernog stroja nacrtajte skicu poprenog presjeka dvopolnog ili
etveropolnog istosmjernog motora, oznaite osnovne konstrukcijske dijelove, te navedite njihovu
ulogu. ................................................................................................................................................. 25
6.2. Princip rada istosmjernog motora nacrtajte skicu poprenog prikaza dvopolnog istosmjernog
motora, napiite izraz za moment, te objasnite princip rada motora, odnosno kako se razvija i o
emu ovisi moment istosmjernog motora. ....................................................................................... 25
6.3. Princip rada istosmjernog generatora nacrtajte skicu poprenog prikaza dvopolnog
istosmjernog generatora, napiite izraz za inducirani napon, te objasnite princip rada generatora,
odnosno kako se razvija i o emu ovisi inducirani napon istosmjernog generatora. ....................... 26
6.4.Naini uzbude istosmjernog stroja .............................................................................................. 27
-
6.5. Primjena istosmjernih motora.................................................................................................... 28
6.5.1. Poredni (nezavisni) motor ................................................................................................... 28
6.5.2.Serijski motor ............................................................................................................................... 30
6.5.3. Kompaundni motor (sloeno uzbueni) ...................................................................................... 34
6.6. Napajanje istosmjernih motora ...................................................................................................... 36
6.6.1. Leonardov agregat (Zastarjeli i skupi,sreemo ih u valjaonicama,dizel-elektro
lokomtive,ribarska plovila) ............................................................................................................ 36
6.6.2. Primjena elektronikih pretvaraa ...................................................................................... 36
6.6.3. Problemi pri napajanju elektronikim pretvaraima ........................................................... 39
7. ASINKRONI STROJ .............................................................................................................................. 40
7.1.Kolutni i kavezni motor ................................................................................................................... 40
7.1.1.Kolutni motor ....................................................................................................................... 40
7.1.2.Kavezni motor ....................................................................................................................... 40
7.2. Nacrtajte nadomjesnu shemu asinkronog motora, navedite to predstavljaju pojedini elementi,
te nacrtajte fazorski dijagram. ............................................................................................................... 42
7.3. Nacrtajte momentnu karakteristiku asinkronog motora u cijelom rasponu,te objasnite pojedine
reime rada. ......................................................................................................................................... 43
7.4. Objasnite klizanje Objasnite princip rada asinkronog motora i na primjeru etveropolnog
motora koji na rotoru ima frekvenciju 40Hz, objasnite i izvedite brzinu rotora, te to je klizanje
(frekvencija mree 50Hz). ...................................................................................................................... 44
7.5. Nacrtajte momentnu karakteristiku asinkronog motora pri skalarnoj regulaciji, objasnite u kojem
rasponu se mijenja frekvencija, a u kojem napon i zato. ..................................................................... 44
7.6.Primjena asinkronih motora ............................................................................................................ 45
7.6.1. Mehanike karakteristike asinkronog motora .................................................................... 45
7.6.2. Podeavanje brzine vrtnje asinkronog motora ................................................................... 46
7.6.3. Frekvencijsko-naponski pretvarai ...................................................................................... 47
7.6.4.Pokretanje asinkronog motora ............................................................................................. 49
7.6.5. Koenje asinkronim motorom ............................................................................................. 50
8. SINKRONI MOTOR ............................................................................................................................. 51
8.1.Objasnite princip rada sinkronog motora, momentnu karakteristiku, reime rada, kako koristiti
sinkroni stroj kao kompezator jalove energije. ................................................................................. 51
8.2. Objasnite princip rada sinkronog generatora, navedite vrste namota u generatoru i njihovu
ulogu. ................................................................................................................................................. 52
8.3. Objasnite postupak sinkronizacije sinkronog generatora na krutu mreu, te objasnite pojam
ispad iz sinkronizma. Kako se regulira rad generatora kod promjene optereenja. Koja je uloga
uzbude, a koja pogonskog stroja. ...................................................................................................... 52
8.4. Primjena sinkronih motora ......................................................................................................... 53
-
8.4.1.Mehanika karakteristika sinkronog motora ....................................................................... 53
8.4.2. Podeavanje brzine vrtnje ................................................................................................... 54
8.4.3.Pokretanje motora ............................................................................................................... 54
8.4.4.Koenje motorom ................................................................................................................. 55
8.5. Nacrtajte poprene presjeke tipova sinkronih generatora, oznaite osnovne konstrukcijske
dijelove i obrazloite njihovu upotrebu s obzirom na pogonski stroj i brzinu vrtnje. ....................... 55
9. Posebne vrste motora ....................................................................................................................... 56
9.1. Primjena trajnih magneta u elektrinim strojevima .................................................................. 57
9.2. Elektroniki komutiran motor .................................................................................................... 57
9.3. Korani motori ............................................................................................................................ 58
9.3.1. Permanentno uzbueni korani motor ............................................................................... 58
9.3.2. Reluktantni korani motori.................................................................................................. 58
9.3.3. Hibridni korani motori ....................................................................................................... 59
9.3.4. Upravljanje koranim motorima ......................................................................................... 59
9.4.Linearni motori ............................................................................................................................ 60
-
1. OSNOVNO
1.1. Elektrini otpor
Elektrini otpor je karakteristika materijala da se opire prolasku elektrine struje. To je
element mree kojim je predoen proces pretvorbe energije u neki drugi oblik (model). Moe
biti aktivan ili pasivan, linearan ili nelinearan, vremenski promjenjiv ili nepromjenjiv.
Otpornik je komponenta mree kojoj je dominantno svojstvo otpornost. U mreama
istosmjerne struje modeliramo ga kao pasivni,linearni,vremenski nepromjenjivi otpor.
Elektrina otpornost () ili specifini otpor karakteristina je konstanta za svaki materijal. Materijali s niskom otpornou su dobri vodii, a s visokom dobri izolatori. Za vodi jednolinog profila s povrinom A i duljinom L i iji otpor je R elektrina otpornost dana je izrazom = R Al. Jedinica za elektrinu otpornost jest m.
Elektrini otpor (R) je fizikalna veliina kojom se izraava omjer napona i jakosti elektrine
struje. Elektrini otpor ovisi o temperaturi (raste s porastom temperature).
1.2. Izvor elektrine energije
Pretvara neki oblik energije(kemijski,mehaniki) u elektrinu energiju. Moe biti nezavisan ili
zavisan. Izvor se modelira i kao aktivni otpor.
1.3. Troilo
Naprava koja troi elektrinu energiju pretvarajui ju u neki drugi oblik,ili ju moe
uskladiititi u obliku elektrinog ili magnetskog polja. Razlikujemo tri vrste otpora elektrinih
troila: omski otpor induktivni otpor kapacitivni otpor
Omski otpornik je elektrino troilo koje protoku elektrine struje prua omski otpor (R): pri
prolasku elektrine struje omskim troilom elektrina struja i elektrini napon su u fazi.
Induktivni otpornik je elektrini vodi namotan u obliku zavojnice (svitka) u ijoj sredini
moe biti feromagnetna jezgra.Induktivni otpornik protoku istosmjerne struje prua omski
otpor, R. Protoku izmjenine struje induktivni otpornik, pored omskog otpora, R, prua i
induktivni otpor. Pri prolasku izmjenine elektrine struje induktivnim troilom elektrina
struja kasni u fazi za naponom. Induktivni otpornik definiraju: induktivitet (L) max. struja
(Imax).
Kapacitivni otpornik (Kondenzator)
Kapacitivni otpornik je kombinacija dvaju vodia, koji nisu galvanski spojeni (izmeu njih je
elektrini izolator dielektrik). Protoku istosmjerne struje kapacitivni otpornik prua
beskonano velik otpor (galvanski prekid strujnog kruga). Kapacitivni otpornik protoku
izmjenine elektrine struje prua kapacitivni otpor. Pri prolasku izmjenine elektrine struje
kapacitivnim troilom elektrina struja brza u fazi pred naponom (prethodi mu). Kondezator
definiraju: kapacitet (C); max. napon (U MAX).
1.4. Elektrina struja
Elektrina struja = usmjereno gibanje nosilaca naboja. nosilaca naboja? - elektroni u metalima
- ioni u elektrolitikim otopinama
Tko tjera naboje u gibanje? Elektrino polje, odnosno razlika potencijala.
-
Ako polje koje djeluje zadrava itavo vrijeme isti smjer (jakost polja se moe mijenjati)to je
istosmjerna struja. Struja naboja uvijek u istom smjeru.
Izmjenina struja
-Ako polje koje djeluje mijenja smjer djelovanja u vremenu. Smjer struje naboja se takoer
mijenja.
Jakost elektrine struje I jednaka je koliini naboja Q koja proe kroz popreni presjek
vodia u vremenskom intervalu t:
1.5. Elektrini napon
Elektrini napon je omjer rada WAB potrebnog za premjetanje elektrinog naboja po
odreenom putu izmeu dvije toke u elektrinom polju i koliine tog elektrinog naboja.
pri emu su:
UAB - elektrini napon na putu izmeu toaka A i B
WAB - rad (razlika elektrine energije) izmeu toaka A i B
Q - koliina elektrinog naboja
E - jakost elektrinog polja
sAB - prijeeni put
F - sila kojom elektrino polje djeluje na naboj
1.6. Induktivitet
Elektrini induktivitet, preciznije vlastiti induktivitet ilisamoinduktivitet (znak: L)
fizikalna je veliina kojom se izraava odnos izmeu magnetskog toka () obuhvaenog
(ulanenog)elektrinom strujom u nekom krugu i jakosti te struje (I):
Induktivnost je sposobnost zavojnice,tj. sposobnost pohranjivanja energije u magnetskom
polju. Geometrijska karakteristika elektrinih komponenti, tj.svojstvo svitka da prilikom
promjene struje koja tee kroz vodi inducira u sebi napon (samoindukcija) ili u drugim
vodiima (meuindukcija).
1.7.Kapacitet
Elektrini kapacitet (znak: C) fizikalna je veliina koja se definira kao omjer koliine
elektrinog naboja Q i razlike elektrinog potencijala U koja pri tom nastaje.
Kapacitivnost - Kapacitivnost je svojstvo vodia da na sebi moe zadrati odreenu koliinu
naboja, u odreenim naponskim prilikama.
-
1.8. Faradayev zakon
Faraday-Lenzov (Faradayev) zakon elektromagnetske indukcije je osnovni
zakon elektromagnetizma, a formula glasi:
Elektromotorna sila u zatvorenoj konturi jednaka je negativnoj derivaciji obuhvaenog
magnetskog toka po vremenu.
Ako se u okolici vodia postavljenog u magnetsko polje magnetski tok mijenja na takav nain
da vodi pri toj promjeni "sijee" smjernice magnetskih sila (silnice), na krajevima vodia
inducirat e se napon koji je to jai, to je promjena magnetskog toka bra u okolici vodia.
Suglasno tome, najvei inducirani napon daje pomicanje vodia u ravnini okomitoj na smjer
N - S, dok pomicanje vodia paralelno pravcu magnetskih silnica ne uzrokuje pojavu
indukcije, jer takav pomak ne sijee silnice, odnosno ne mijenja magnetski tok obuhvaen
petljom.
Pri svemu tome nije bitno da li promjenu magnetskog toka postiemo promjenom jakosti
magnetskog polja ili pomicanjem vodia, ili pomicanjem magneta u odnosu na mirujui
vodi.
Inducirani napon potjerat e induciranu struju u zatvorenoj petlji. Smjer inducirane struje,
odnosno polaritet napona na krajevima vodia moemo odrediti prema tzv. pravilu desne ruke
1.9.Ampereov zakon
Ampereov zakon (zakon protjecanja): cirkulacija magnetskog polja H, po ma kojoj zatvorenoj
krivulji, jednaka je jakosti struje to protjee kroz povrinu koju ta krivulja obuhvaa.
1.10.Vrijednosti
Kao nazivni napon izmjenine struje definira se takozvani efektivni napon, koji je manji od
vrnih vrijednosti maksimalnog napona. Efektivni napon je onaj napon, koga bi imala
istosmjerna struja iste snage koju ima izmjenina.
-
1.11.Fazori
fazor(rotirajui vektor) - ija duljina predstavlja maksimalnu vrijednost struje/napona i koji
rotira obrnuto od smjera kazaljke na satu kutnom brzinom ; projekcija fazora na vertikalnu
os daje trenutnu vrijednost struje/napona
1.12.Impedancija
Nalik na elektrini otpor koji je mjera suprostavljanja prolasku istosmjerne elektrine
struje kroz strujni krug, elektrina impedancija je mjera suprostavljanja prolasku izmjenine
struje kroz strujni krug. Otpor prolasku struje je kod elektinih vodia i otpora u normalnim
okolnostima jednak i za istosmjernu i za izmjeninu struju. Odnosi struje, napona i otpora u
istosmjernim strujnim krugovima definirani su Ohmovim zakonom gdje je otpor nekog
elementa odreen omjerom pada napona na njemu i struje koja prolazi kroz njega te uzrokuje
taj pad napona. Meutim, ukoliko u strujni krug ukljuimo i kondenzatore i/ili zavojnice,
dakle elemente koji imaju reaktivni otpor odn. elektrinu reaktanciju, Ohmov zakon moramo
posredstvom Fourierove transformacije, odn. Laplaceove transformacije za , izraziti u
podruju krune frekvencije :
gdje su U i I vektori napona, odn. struje u kompleksnoj ravnini, a Z je elektrika impedancija.
Omjer apsolutnih vrijednosti napona i struje (amplituda napona, odn. struje) odreuje tada
apsolutnu vrijednost ili modul impedancije.
1.13.Reaktancija
Reaktancija je omjer efektivnih vrijednosti napona i struje.
Otpornik kao osnovni elektroniki element nema mogunosti uskladitenja energije. Za
razliku od otpornika, elektrini kondenzatori i elektrine zavojnice (u daljnjem tekstu:
kondenzator, zavojnica) imaju svojstvo pohrane (akumuliranja) energije u
-
obliku elektrinogili magnetskog polja. Kondenzator ne provodi istosmjernu elektrinu struju
te za nju predstavlja, u idealnim uvjetima, beskonano velik otpor. kapacitivna reaktancija:
Kapacitivni reaktivni otpor kondenzatora se smanjuje porastom frekvencije izmjenine struje
da bi za beskonanu frekvenciju bio jednak nuli. Karakteristika je zavojnice da se svojom
induktivnou protivi promjeni struje inducirajui tzv. protuelektromotornu silu odreenu
diferencijalnom jednadbom:
Otpor idealne zavojnice za istosmjernu struju jednak je nuli. Reaktivni otpor zavojnice raste
porastom frekvencije i na beskonano velikoj frekvenciji postaje beskonano velik.
1.14. Polarizacija
Izolatori ili dielektrici su oni materijali kod kojih se naboji ne mogu premjetati s jednog
mjesta na drugo, jer je za njih karakteristino da slobodnih nositelja elektrinog naboja gotovo
nemaju. Elementarni elektrini naboji od kojih je sastavljen izolator pod djelovanjem
vanjskog elektrinog polja mogu se pomaknuti samo na mikroskopski male udaljenosti (ne
mogu napustiti svoje atome ili molekule) osim kod izuzetno jakih elektrinih polja kad dolazi
do unitenja (proboja) izolatora.
Dva su tipa izolatora:
- koji su neutralni u nepobuenom stanju, nepolarni (Ako se takav atom postavi u
vanjsko elektrino polje, doi e do djelovanja elektrostatikih sila i do njegove
deformacije. Pod tim djelovanjem jezgra i elektronski omota dobit e novi ravnoteni
poloaj. Nastaje el. dipol),
- koji zbog svoje grae ve imaju elektrini dipolni moment bez djelovanja vanjskog
polja, polarni
Djelovanjem vanjskog elektrinog polja dipoli se orijentiraju u smjeru elektrinog polja. U
unutarnjosti dielektrika e se po dva kraja susjednih dipola meusobno kompenzirati
(pozitivni s negativnim). Nekompenzirani e ostati samo oni naboji dipola uz rub dielektrika,
uz metalne ploe, koji ne mogu napustiti izolator. To su vezani naboji. Polarizacija
dielektrika djeluje na elektrostatike pojave.
Kratkotrajno pomicanje naboja u izolatoru ini struju dielektrinog pomaka. Ukupna gustoa
elektrinog pomaka D do koje dolazi u dielektriku sastoji se iz dva dijela. Prvi dio D0 je kao i
u vakuumu, a drugi dio P (polarizacija, vektor) je dio koji nastaje usljed dielektrine
polarizacije, koji je, takoer, razmjeran jakosti elektrinog polja.
Dielektrik je u elektrinom polju izloen djelovanju njegovih sila, zbog ega dolazi do
polarizacije dielektrika. Polarizacija je to vie izraena to je jae elektrino polje.
PDD
0
-
1.15. Magnetska permeabilnost
Magnetska permeabilnost je elektromagnetna osobina materijala koja pokazuje
intenzitet magnetizacije tijela kada su ona izloena vanjskim magnetnom polju. permeabilnost
se izraava u Henrijima po metru (H/m) ili Volt*sekunda na Amper*metar {Vs/Am].
Konstanta je poznata kao univerzalna magnetna konstanta ili magnetna permeabilnost
vakuma. Njena vrijednost je = 4107 N/A.Relativna magnetna permeabilnost, koja se
oznaava simbolom r, je mjera permeabilnosti odreene tvari i permeabilnosti vakuma
( ):
Feromagnetici (F) eljezo,kobalt,nikal.Dijamagnetici (D) zlato,srebro,bakar
1..Vakuum(0)
2. OKRETNO MAGNETSKO POLJE
Okretno magnetsko polje je magnetsko polje iji smjer rotira u prostoru, a moe se dobiti na
dva naina: 1. mehanikom rotacijom magneta (permanentnog ili elektro), koristi se u
generatorima 2.zbrajanjem fazno pomaknutih izmjeninih magnetskih polja,indukcijsko
motor, dvije faze meusobno pomaknute za 90 stupnjeva
Dvije faze se i danas koriste u motorima koji se spajaju na jednofaznu elektrinu mreu
(druga se faza dobiva umjetno - npr. pomou kondenzatora), dok se motori vee snage spajaju
na trofaznu mreu kod koje su struje fazno pomaknute za 120.
-
Promjena direktnog,inverznog,pulsirajueg u vremenu :
-------------------------------------------------------------
-
kod Okretnog mag. polja ti je bitno:
Mora imati dva ili vie fazna namota (najee tri) koja su ti prostorno pomaknuta. U sluaju da su tri svi su meusobno pomaknuti za 120 stupnjeva onda kroz te namote moraju tei struje koje su vremenski pomaknute za isti iznos kuta (znai tri struje svaka fazni pomak 120 stupnjeva).Amplitude struja su jednake.
Kada struja potee kroz namot nastaje magnetsko polje,ako je ta struja izjenina polje se
mijenja i nastaje pulsirajue magnetsko polje. Ukoliko je rije o istosmjernoj struji polje je
nepromijenjivo,konstantno. Svako pulsirajue polje se sastoji od direktnog i inverznog dijela
magnetskog polja. Direktno se vrti pozitivno,suprotno od kazaljke na satu,a inverzno
negativno, u smjeru kazaljke na satu. Mi imamo tri fazna namota i kroz njih teku tri
vremenski pomaknute struje,svaka ta struja stvara svoje pulsirajue polje od kojih svako to
polje ima svoj direktni i inverzni dio. Inverzna polja su meusobno pomaknuta za 120
stupnjeva i meusobno se ponitavaju. Vektorski gledano sva tri direktna polja su usmjerena u
-
svakom trenutku u istom smjeru, pa zbog toga ukupno (referentno) magnetskog polje je
uvijek za 3/2 vee od bilo kojeg pojedinog magnetskog polja. Referenetno magnetsko polje
prati promjemu struje i na taj nain polje postaje okretno.
3. OSNOVE ELEKTROTEHNIKE
-
Elektrino polje je definirano kao svojstvo prostora oko estice koja posjeduje elektrini
naboj. Elektrino polje je ujedno i prostor u kojem djeluje elektrina sila. Mjerna jedinica za
jakost elektrinog polja u Meunarodnom sustavu je volt po metru (V/m). Elektrino polje u
sebi sadrava energiju. Gustoa energije sadrane u elektrinom polju jest:
gdje je:
gustoa energije
dielektrina konstanta vakuuma
relativna dielektrina konstanta tvari u kojem djeluje elektrino poe
elektrino polje
Trei osnovni uinak elektrine struje je stvaranje magnetskog polja u okoliu vodia i samom
vodiu koji je protjecan elektrinom strujom. posebno stanje prostora u kojem se opaaju
uinci magnetskog polja uinci magnetskog polja: djelovanje sila -na naboj u gibanju
na magnet na meko eljezo
-
4.REALNI TRANSFORMATOR
-
1.2. Izbor koeficijenta transformacije
Izbor koeficijenta transformacije k12= w1/w2 vaan je meutim za konstrukciju i za proraun
transformatora. On omoguuje shematsku podjelu na glavni tok i na rasipne tokove u
transformatoru, a uzima u obzir i zasienja u eljezu transformatorske jezgre. Pomou njega
se u razmatranje mogu uvesti i neke dodatne veliine:
-
POTPUNA NADOMJESNA SHEMA :
Paket limovi izolirani su, koriste se za ograniavanje magnetskog toka koji prolazi kroz
presjek kroz koji se zatvara tok. Gubici u eljezu javljaju se zbog vrtlonih struja i gubitaka
histereze.
Gubitci magnetiziranja izmjeninom strujom (elektrini strojevi, transformatori, ...) dijele se
na:
gubitke histereze (+ gubitci naknadnog djelovanja)
gubitke vrtlonih struja
-
5. MOTOR,GENERATOR - OPENITO
5.1.Princip rada generatora i motora skicirati, opisati i primijeniti osnovne
relacije (inducirani napon, moment).
Postoje 2 skice za ovaj zadatak, prva je sila na vodi:
I
v
Generator
Skicu za motor dobijemo iz ove tako da dodamo smjer sile pravilom lijeve ruke: silnice
magnetskog polja upadaju u dlan, prsti pokazuju smjer struje, a palac smjer sile. Ako smjer
struje nije ucrtan, odredimo ga prema zadanim nabojima struja tee od negativnih prema pozitivnim.
Generator: Ako gibamo vodi duljine l u magnetskom polju B brzinom v,kroz njega e potei struja, odnosno na njemu e se inducirati napon E=Blv.
-
Motor: Ako stavimo vodi duljine l protjecan strujom I u magnetsko polje B na njega e djelovati sila F=BIl.
Druga skica je blia stvarnoj realizaciji motora i generatora:
Slika je skica rada generatora: Vodi se nalazi u magnetskom polju izmeu 2 pola, osovina turbine ga rotira i na njemu se inducira napon, da model ne bi radio u praznom hodu, na
Krajeve vodia je prikljueno troilo. Na slici je stalni magnet, u sluaju da elimo imati elektromagnet samo nacrtamo namote i oznaimo sa NI magnetski napon. Za sluaj motora umjesto troila prikljuimo izvor izmjenine struje, a nacrtano turbinu moemo gledati kao ventilator kojeg motor pogoni.
Generator: Ako stavimo vodi u zrani raspor izmeu sjevernog i junog pola stalnog ili elektro magneta i vrtimo vodi pomou turbine ili nekog drugog pogonskog stroja u vodiu e se inducirati napon.
Motor: Ako stavimo vodi u zrani raspor izmeu sjevernog i junog pola stalnog ili elektro magneta i njegove krajeve spojimo na izvor elektrine energije, pojavit e se moment na vodi u zranom rasporu i on e se zarotirati.
Moment moemo odrediti po formuli , a takoer znamo iz fizike da je moment djelovanje sile na krak sile M=kF
5.2. Potencijalni i reaktivni teret
Moment tereta razliito se ponaa kod razliitih radnih mehanizama. Najee se suprostavlja
gibanju,ali katkad i pomae gibanju. Razlikujemo dva temeljna karaktera momenta tereta :
reaktivni&potencijalni.
Reaktivni moment tereta opire se svakom kretanju i mijenja smjer vrtnje motora.
(ventilator,brusilica,vozilo na ravnoj podlozi u kretanju). Mehanika karakteristika reaktivnog
momenta tereta pojavljuje se u prvom i treem kvadrantu.
Potencijalni moment tereta zadrava smjer djelovanaj neovisno o smjeru vrtnje jer njegovo
djelovanje ovisi o potencijalnoj energiji sustava. Promjena smjera vrtnje ne mijenja smjer momenta
koji iskazuje tenju da okree elektromotorni pogon uvijek u istom smjeru. (liftovi,teretne
-
dizalice,transportne trake). Mehanika karakteristika potencijalnog momenta tereta pojavljuje se u
drugom i etvrtom kvadrantu.
6.ISTOSMJERNI STROJ
6.1.Osnovni dijelovi istosmjernog stroja nacrtajte skicu poprenog presjeka
dvopolnog ili etveropolnog istosmjernog motora, oznaite osnovne
konstrukcijske dijelove, te navedite njihovu ulogu.
Uzbudni namot obino se nalazi na statoru. Slui za stvaranje glavnog magnetskog polja.
Protjecan je istosmjernom strujom stalnog iznosa tako da stvara stalno magnetsko polje.
Armaturni namot obino se nalazi na rotoru. Kroz njega protjee izmjenina struja koja se
preko kolektora mehaniki ispravlja.
Kompenzacijski namot smjeta se u utore u polnim papuama polova. Postavlja se da bi se smanjio negativan utjecaj protudjelovanja indukta. Vee se u seriju s uzbudnim namotom. Pomoni polovi postavljaju se izmeu glavnih polova kako bi smanjili reakciju djelovanja armature i u neutralnoj zoni smanjili njen utjecaj.
6.2. Princip rada istosmjernog motora nacrtajte skicu poprenog prikaza
dvopolnog istosmjernog motora, napiite izraz za moment, te objasnite princip
rada motora, odnosno kako se razvija i o emu ovisi moment istosmjernog
motora.
Proputanjem istosmjerne struje kroz namote uzbude izmeu polova statora nastat e stalno
magnetsko polje. Dovoenjem struje u namote armature na rotoru na njih e djelovati sila iji
-
smjer emo odrediti prema pravilu lijeve ruke. Silnice mag. polja uviru u dlan, isprueni prsti
pokazuju smjer protjecanja struje kroz vodie a palac pokazuje smjer djelovanja sile. Sila pod
razliitim polovima imat e suprotan smjer a isti iznos, te spregom tih sila na kraku
udaljenosti od sredita rotora dobivamo zakretni moment. Iznos tog momenta raunamo
prema formuli:
=
2
Iz formule vidimo da je proporcionalan sa magnetskim tokom, brojem pari plova, brojem
vodia i strujom kroz njih te obrnuto proporcionalan broju paralelnih grana.
6.3. Princip rada istosmjernog generatora nacrtajte skicu poprenog prikaza
dvopolnog istosmjernog generatora, napiite izraz za inducirani napon, te
objasnite princip rada generatora, odnosno kako se razvija i o emu ovisi
inducirani napon istosmjernog generatora.
Proputanjem istosmjerne struje kroz namote uzbude izmeu polova statora nastat e stalno
magnetsko polje. Ako u tom polju postavimo rotor na kojem se nalazi svitak, te ga nekom
mehanikom energijom iz vana zarotiramo brzinom n, u svitku e se zbog sjeenja silnica
magnetskog toka inducirati napon E. Oblik tog napona odgovarat e obliku magnetske
indukcije. Ako na rotor postavimo vie svitaka u svakom e se od njih inducirati napon. Njega
preko lamela na kolektoru i etkica mehaniki ispravljamo i odvodimo iz generatora. Taj
inducirani napon na etkicama imat e iznos prema formuli:
=
60
Inducirani napon je proporcionalan broju pari polova, magnetskom toku, brzini vrtnje i broju
vodia, a obrnuto proporcionalan broju paralelnih grana.
-
6.4.Naini uzbude istosmjernog stroja
-
6.5. Primjena istosmjernih motora
6.5.1. Poredni (nezavisni) motor
U karakteristici n=f(M) razlikuju se dva krajnja sluaja,trenutak prikljuka na mreu i rad motora u
praznom hodu :
Reverziranje prikljuaka izvodi se ili zamjenom prikljuaka rotorskog ili prikljuaka uzbzdnog kruga,ali
ne oboje istovremeno. Podeavanje brzine vrtnje moe se izvesti odvojenom ili istovremenom
promjenom U,R i toka.
a) Promjenom narinutog napona U
Ako se uz R=konst. i =konst. mijenja narinuti napon,uz isti teret, mijenja se brzina motora.
b) Promjenom otpora R
Ako se uz U =konst. i =konst. mijenja otpor u rotorskom krugu dodavajui predotpore raznog iznosa, mijenja se uz isti teret i brzina motora. Nagib je to veci to je veci ukupni otpor u rotorskom krugu R = Ra + Rp. Nazivna karakteristika (bez predotpora R = Ra) ima najmanji nagib. Ona je najtvrda.Oba do sada spomenuta naina podeavanja brzine vae i za motore uzbudene permanentnim magnetima.
c) Promjenom uzbude
Ako se uz U = konst. i R = konst. mijenja uzbuda F , mijenja se uz isti teret i brzina motora. Kako se pri dimenzioniranju motora nastoji postici to veca gustoca magnetskog toka, daljnje povecanje toka ne bi puno pomoglo. Stoga se izvodi samo smanjivanje toke, a kako ta promjena vodi do znatnog
poveavnja brzine motora,izvodi se samo do najvee dozvoljene brzine utvene komutatorom.
-
d) Istovremenom promjenom svih parametara time se dobiva mogunost postizanja bilo koje
pogonske toke u radnom podruju motora.
6.5.1.1.Pokretanje porednog (nezavisnog) motora
Istosmjerni motor prikljuujemo na mreu napona U dok jo miruje i nema induciranog napona koji bi
drao ravnoteu mrenom naponu. U trenutku prikljuka motora na mreu narinutom naponu opire
se samo radni otpor u krugu armature i struja je nekoliko puta vea od nazivne, pa ju je potrebno
ograniiti dodavanjem otpora RP u armaturni krug. Takav otpor nazivamo pokreta ili uputnik,i on ima
nekoliko stupnjeva koji se mogu jedan po jedan iskljuivati iz strujnog kruga.
Motor se pokree u toki IAMAX i ubrzava do toke A. Porastom brzine vrtnje opadaju struja i
momenti. U toki A su struja i momenti toliko pali da postaje poeljno smanjenje predotpora. Ako se
u toki A iskljui dio predotpora dolazi se u toku B. I tako se u nekoliko stupnjeva konano doe na
nazivnu karakteristiku RA. Ukupni otpor pokretaa i njegovi pojedini stupnjevi mogu se odrediti
raunski i grafiki. Oznai li se s IAMAX struja pokretaa,a s IAMIN struja prespajanja,omjer im se moe
oznaiti s pa je IAMAX / IAMIN
6.5.1.2.Koenje porednog(nezavisnog) motora
Preduvjet za koni pogon je postojanje protumomenta kakav se npr. javlja kod sputanja tereta kod
dizala ili pri vonji vozila na padini. On mora biti vei od momenta kojeg razvija motor pa se javlja
moment usporenja.
a) Generatorsko koenje u sluaju vonje vozila primjerice na nizbrdici motor prelazi iz prvog
kvadranta u drugi i koi pogon. Po pravcu s RA naputa prvi kvadrant u toki 0 i generatorski
koi u drugom kvadrantu. Kako je >0 u stroju se inducira napon vei od narinutog E > U.
-
U sluaju sputanja tereta motor radi u treem i etvrtom kvadrantu i koi pogon. Ukljuenim
prikladnim otporom u rotorskom krugu motor pone djelovati. Ubrzavi preko toke -0 motor koi
stacionarno u tokama -1 , -2, -3. Brzina motora vea je od one pri praznom hodu -0. U tom
sluaju je napon induciran u motoru vei od napona mree,pa struja tee prema mrei i stroj radi kao
generator. Kako je E>U struja rotora promijeni predznak.
b) Otporsko koenje (elektrodinamiko) ova vrsta koenja nastupa kad se pri normalnoj brzini
motora armatura odspoji od mree i prespoji na otpornik RV. Pri tome uzbuda moe ostati
nepromijenjena. Motor sada radi kao generator i napaja otpornik i time posreduje u
pretvorbu kinetike energije gibanja u toplinu u otporu.
U cilju mekog koenja prvo se ukljui otpor RV s njegovim punim iznosom,a zatim se iskljuivanjem
pojedinih stupnjeva njegova vrijednost postupno smanjuje,kako bi se zadrao dovoljan moment
koenja. Nagib karakteristike pri koenju ovisi o veliini prikljuenog otpora,dok je za potpuno
zaustavljanje potrebna je dodatna mehanika konica.
c) Protustrujno koenje ovo koenje moe se izvesti na dva naina, ili samo dodavajui otpor u
armaturni strujni krug, ili prespajajui stezaljke tako da struja kroz armaturu promijeni smjer.
U ovom drugom sluaju uzbuda mu se mora odvojiti i napajati direktno iz istosmjernog
izvora.
6.5.2.Serijski motor
Za serijski motor vrijedi izraz za brzinu vrtnje : .
Karakteristika =f(I) ovisi o pripadnoj krivulji magnetiziranja. U poetku je krivulja magnetiziranja
gotovo pravocrtna pa postoji linearna ovisnost izmeu magnetskog toka i stuje optereenja.
-
Kod veih optereenja dolazi do magnetskog zasienja eljezne jezgre i krivulja magnetiziranja vie
nije linearna. Zbog te linearnosti oteano je analitiko odreivanje karakteristika serijskog motora, pa
se esto zanemaruje nelinearnost izmeu magnetskog toka i uzbudne struje.
Serijski motor svladava preoptereenje s manjom strujom optereenja nego to to moe nezavisno(i
poredno) uzbueni motor. Uz dvostruko preoptereenje motora struja e biti samo 2 puta vea.
Krivulja n=f(M) je pri malim optereenjima hiperbola,a pri veim postepeno prelazi u pravac.
Ove karakteristike su vrlo pogodne za primjene u pogonu vozila. Pri malim brzinama motor razvija
veliki moment,a pri velikim obratno. Pri malim optereenjima javlja se opasnost od prevelike brzine
vrtnje,to moe biti kobno za komutator. On se stoga obavezno prikljuuje na mreu optereen. Taj je
uvjet kod vozila ispunjen. Promjena smjera vrtnje izvodi se zamjernom stezaljki armature,a rijee
zamjenom stezaljki uzbudnog namota.Podeavanje brzine vrtnje moe se dobiti odvojenom ili
istovremenom promjenom U,R i .
a)Promjenom napona b) Dodavanje predotpora RP
Mijenja li se otpor R dodavanjem predotpora RP ukupni otpor se poveava a mehanike karakteristike
postaju strmije,odnosno meke.
c) Dodavanjem otpora R
Otpor R se dodaje paralelno uzbudi. Otpor se dodaje paralelno s armaturom.
-
antirani serijski motor ima konanu brzinu praznog hoda.
6.5.2.1. Pokretanje serijskog motora
Pokretanje motora se isto kao i promjena brzine vrtnje izvodi ili promjenom narinutog napona U ili
predotporom RP. Cilj je da se pri zaletu ogranii velika struja koju motor povlai iz mree u trenutku
prikljuenja na napon U.
Izvede li se predotpor RP s otpornicima kao na slici, proces dovoenja na eljenu brzinu vrtnje moe
se provesti u skokovima, tako da se prekapanja na manji predotpor obave pri povoljnom iznosu
momenta i struje.
Ukupni predotpor treba biti toliko velik da se dobije karakteristika 1 u slici. Motor se pokrene u toki
IMAX i ubrzava po karakteristici 1, a s porastom brzine opadaju struja i moment. U toki A struja i
moment su pali toliko da treba smanjiti predotpor. Ako se u toki A iskljui dio predotpora dolazi se u
toku B. I tako se u nekoliko stupnjeva doe konano na nazivnu karakteristiku (RP=0).
Ukupni otpor pokretaa i njegovi pojedini stupnjevi mogu se odrediti raunski i grafiki. Struje IMAX i
IMIN potrebno je utvrditi na poetku razmatranja. Svi su dijelovi predotpora jednaki.
6.5.2.2. Koenje serijskim motorom
Kod serijskog motora generatorsko koenje se ne moe ostvariti jer nije mogue vanjskim
mehanikim momentom potjerati serijsko uzbueni motor brzinom vrtnje veom od idealne brzine
vrtnje u praznom hodu.
a) Otporsko koenje (elektrodinamiko) ovo je koenje mogue ostvariti na dva naina. Prvi je slian
kao kod poredno uzbuenog motora kada se motor iskljui iz mree i prikljui otpornik RP. No tako bi
se u motoru pojavio samo remanenti magnetski tok koji e inducirati napon E,koji tjera malu struju s
tendencijom da stvori magnetski tok suprotan remanentnom,pa e se motor razmagnetizirati.
-
Nastanak konog momenta time je ugroen. To se moe izbjei tako da se pri prespajanju na koni
spoj zamijeni polaritet ili uzbudnog namota ili napona armature. Prespajanjem se zadri smjer struje
u uzbudnom namotu koji pojaava remanentni magnetski tok i nastaje samouzbuivanje. Kako se
istovremeno promijenio smjer struje u armaturnom namotu motor razvija i koni moment. Predotpor
tu ima trojaku funkciju : u njemu se ponitava energija koja osigurava koenje, ograniava razvitak
prevelikih struja i omoguuje da se razvije samouzbuda.
Kako s opadanjem brzine pri koenju pada i E, kod odreenog iznosa E nema vie konog momenta.
Motor primjerice pone koiti iz toke A momentom MB ili MC (ovisno o veliini dodanog otpora) i
prestaje koiti pri nekoj maloj brzini vrtnje,a zaustavlja se u toki nula. U sluaju potencijalnog
momenta tereta motor se nakon zaustavljanja pone vrtjeti u suprotnom smjeru. Kako bi se to
izbjeglo u trenutku n=0 moraju se prespojiti stezaljke ili uzbudnog ili armaturnog namota,ime
nastaje koni moment i u 4.kvadrantu.
Drugi nain koenja serijski uzbuenog motora je koenje u modificiranom konom spoju,kako je
prikazano na slici. Time postiemo bolje karakteristike i bolja svojstva koenja. U 2.kvadrantu motor
koi od toke B do 0,u 4.kvadrantu motor reverzira i ubrzava do toke 1 i ostaje u njoj raditi.
b) Protustrujno koenje
Ne izvodi se prespajanjem, nego samo dodavanjem jednog velikog predotpora. U sluaju
potencijalnog momenta tereta ukljuenjem otpora R1 motor prelazi iz toke A u toku B i odatle po
krivulji R1 do toke C gdje reverzira. Pri reaktivnom momentu tereta motor bi potpuno stao u toki C.
Da bi se postiglo koenje u 2.kvadrantu potrebno je zamijeniti stezaljke armature, pa motor iz
pogonske toke A prelazi pri reaktivnom momentu tereta preko toke D u toku E. Tu poinje koiti i
zaustavlja se u toki F. Ne iskljui li se u tom trenutku s mree,motor pone ubrzavati u suprotnom
smjeru.
-
6.5.3. Kompaundni motor (sloeno uzbueni)
Mehanike karakteristike ovog motora vie lie onima kod porednog ili kod serijskog motora ovisno o
tome koje uzbuda prevladava. Uzbudni namoti moraju biti tako spojeni da im se protjecanja
potpomau.
Karakteristika 1 odgovara sluaju kod kojeg protjecanje poredne uzbude znatno nadvladava
protjecanje serijske uzbude pa je karakteristika razmjerno tvrda. Kod karakteristike 3 nadvladava
serijska uzbuda nad porednom,pa motor ima mekanu karakterisiku. Raznim kombinacijama utjecaja
pojedine uzbude mogue je dobiti razliite vanjske karakteristike i svojstva motora. U podruju malih
optereenja brzina vrtnje se znatnije mijenja,a pri veim optereenjima ta je promjena blaa i
linearna. Uzrok tomu je da je pri malim optereenjima djelovanje serijskog namota izraenije,jer
motor radi u nezasienom podruju. Pri veim optereenjima nastupa meutim jae zasienje pa se
djelovanje ovog namota smanjuje.
Promjenu smjera vrtnje (reverziranje) treba izvesti s posebnom panjom. Zamjenom polariteta
prikljuka napjanja smjer vrtnje ostaje nepromijenjen jer bi se istovremeno promijenio smjer
armaturne i uzbudne struje. Za promjenu smjera vrtnje treba promijeniti smjer vrtnje samo jedne od
njih. Da se to izbjegne, reverziranje se izvodi preklopkom kojom se promijeni samo smjer armaturne
struje dok smjer struje u uzbudnim namotima ostaje nepromijenjen.
Podeavanje brzine vrtnje slino je onom kod porednog motora i izvodi se odvojenom ili
istovremenom promjenom R,U i . Promjena izvodi se samo na porednom namotu.
Pokretanje motora izvodi se ili promjenom narinutog napona ili predotporom RP u armaturnom
krugu.
-
6.5.3.1. Koenje kompaundnim motorom
a) Generatorsko koenje
Kod ove vrste koenja dolazi ovdje do smanjenja konog momenta zbog utjecaja serijskog namota. S
porastom brzine vrtnje iznad one u praznom hodu (0) promijeni se smjer struje u armaturi, pa
serijski namot djeluje protiv nezavisno uzbuenog. Tako nastale kone brzine su prevelike,pa se
najee prelaskom na generatorsko koenje serijski namot jednostavno iskljui.
b) Otporsko koenje (elektrodinamiko)
Pri ovom koenju,kad se otpor otspoji s mree i ukljue predotpori u armaturni krug,struja promijeni
smjer,pa serijski namot slabi magnetsko polje jer djeluje suprotno nezavisnom. To traje sve dok
motor koi uz isti smjer vrtnje koji je imao u trenutku iskljuenja. Taj primjer pokazuju krivulje 1 i 2 u
2.kvadrantu na slici. Pri koenju u 2.kvadrantu efekt koenja je obino preslab,a pri koenju u
4.kvadrantu brzine nastale koenjem su previsoke. Zato se pri ovoj vrsti koenja serijski namot obino
odspoji od armaturnog,ili se jednostavno kratko spoji. Tim se dobiju kona svojstva kakva ima
nezavisno uzbueni motor (krivulja 3 na slici).
c) Protustrujno koenje
Pri ovoj vrsti koenja mehanike karakteristike pokazuju znatnu slinost onima kod serijski uzbuenih
motora. Mogua su u naelu,kao i kod serijski uzbuenog motora, dva naina protustrujnog koenja.
Koenje se izvodi ili samo dodavajui predotpor u armaturni strujni krug, ili prespajajui stezaljke
armaturnog kruga tako da struja kroz armaturu promijeni smjer.
Prema prvoj mogunosti dodajui dovoljno veliki predotpor, nazivna mehaika karakteristika RM
prelazi na mnogo strmiju R1. Radi li motor prije koenja u toki A pri momentu tereta, prelaskom na
karakteristiku R1 on poinje koiti u toki B i zaustavlja se u toki C.
Prema drugoj mogunosti prespoje li se meusobno stezaljke armature i radi li motor prije koenja u
toki E, motor poinje koiti u toki F i nastavlja koiti do toke G. Ne iskljui li se u tom trenutku,
motor ubrzava i radi u motorskom pogonu.
-
6.6. Napajanje istosmjernih motora
Nekadanje industrijske mree istosmjernog napona (110V,220V,440V) gotovo su isezle. Ponegdje
se jo koriste Leonardovi i Ilgnerovi agregati kao izolirani izvori za ciljanu primjenu. Tramvajska vozila
se koriste istosmjernim kontaktnim vodom (600,720V), a druga vozila akumulatorima
(12,24,48,72,110V). U svim ostalim sluajevima do promjenjivog napona za napajanje istosmjernih
motora dolazi iz jednofazne ili trofazne mree preko elektronikih pretvaraa,a dobiveni napon je
valovit.
6.6.1. Leonardov agregat (Zastarjeli i skupi,sreemo ih u valjaonicama,dizel-elektro
lokomtive,ribarska plovila)
Leonardov agregat se u industrijskoj primjeni sastoji od tri zasebna stroja : asinkronog
motora,istosmjernog generatora i istosmjernog motora. Cilj je na izlazu iz istosmjernog generatora
dobiti promjenjiv napon kojim e se napajati istosmjerni motor. Radi najee s konstantnom
brzinom asinkronog motora, a varijabilni napon na stezaljkama generatora se dobiva promjenom
njegove uzbude po iznosu i smjeru.
Ako se u pogonu s istosmjernim motorom oekuju udarna optereenja,kao kod valjaonikih presa,
onda se koristi modificirani Leonardov agregat s dodanim zamanjakom na osovini pogonskog stroja.
On se tada naziva Ilgnerovim agregatom. Dodanom zamanom masom ublauju se udarci u mreu
koji nastaju primjerice pri preanju metalnih predmeta.
U pogonu dizel-elektrinih lokomotiva,te nekih brodova i podmornica susree se modificirani
Leonardov agregat. Prvi mu je motor dizelski,a generator kompaundni i napaja vie istosmjernih
serijski uzbuenih motora. Spoj motora je pri tome promjenjiv i ovisi o pojedinim fazama pogona.
Prednosti Leonardova agregata prema elektronikim pretvaraima : fino podeavanje brzine vrtnje i
reverziranje motora promjenom male uzbudne struje,nezavisno mjesto postavljanja, pouzdani
agregat sposoban preuzeti velika kratkotrajna optereenja.
Nedostaci Leonardova agregata : potrebna visoka investicijska sredstva,nizak stupanj
korisnosti(ekonomino tek iznad 30KW),potreban odgovarajui prostor, velika buka u radu.
6.6.2. Primjena elektronikih pretvaraa
Danas se promjenjivi istosmjerni napon dobiva iskljuivo spojevima energetske elektronike. Oni
mogu biti razliito izvedeni,a grupiraju se prema izgledu ulaznog napona. On moe biti istosmjerni ili
izmjenini(jednofazni ili trofazni).Kao osnovni upravljaki element koristi se tiristor. Radi sa strujama
proputanja do 1000A i zapornim naponima do 4000V. Za manje snage koristi se tranzistor.
Tu ucrtati zamanjak ako je
rije o Ilgnerovom
-
6.6.2.1. Napajanje iz istosmjernog izvora
Ovakvo se napajanje koristi primjerice u pogonu tramvaja ili podzemne eljeznice koje se opskrbljuju
iz kontaktnog voda. Isto tako i kod pogona elektroautomobila uz napajanje iz akumulatora
smjetenog u vozilu. Kao pogonski motor najee se pojavljuje istosmjerni serijsko uzbueni. Osim
beskontaktnog,a ujedno i vrlo brzog upravljanja napona a time i brzne vrtnje motora,ovim se
rjeenjem znatno tedi energija.
6.6.2.2. Napajanje iz izmjeninog izvora
Elektroniki pretvarai kojima se iz sinusnog oblika izmjeninog napona neposredno dobiva
promjenjivi istosmjerni napon upravljani su sinkrono s mreom,odnosno sinkrono s frekvencijom
mrenog napona.Oni se stoga nazivaju i mreno voeni pretvarai.
Napon dobiven preko pretvaraa je pulsirajui, valovitost ovisi o spoju pretvaraa,ali i o pojedinim
upravljivim ventilima u njemu. Elektroniki pretvara prikljuuje se izravno na mreu kada je napon
mree podudaran s naponom motora. U suprotnom valja posebnim transformatorom pretvoriti
izmjenini napon u onaj koji odgovara motoru. Najee se primjenjuju u napajanju nezavisno
uzbuenih istosmjernih motora.
a) Jednofazni prikljuak kod takvog prikljuka moe se ostvariti spoj pretvaraa za poluvalno i
punovalno napajanje. Kod poluvalnog napajanja prisutan je samo jedan tiristor,a kod punovalnog uz
dva tiristora prisutne su i dvije diode. Predspojeni transformator slui za galvansko odvajanje od
mree.
Oba spoja omoguavaju samo jednokvadrantni pogon. Kod oba se javlja velika valovitost struje, pa se
u cilju njenog smanjenja u napojnom dijelu kao i u armaturnom krugu dodaju prigunice.Uobiajeni
spojevi pretvaraa i podruja njihova rada prikazani su na iduoj slici. Prvi je poluupravljivi spoj,a
drugi punoupravljivi. Oba omoguuju pogon u samo jednom kvadrantu, no zbog ireg podruja
upravljanja brzinom vrtnje ee se primjenjuje prvi,s 4 tiristora, u tzv.dvopulsnom mosnom spoju.
-
Trei je punoupravljivi spoj s antiparalelno spojenim tiristorima i omoguava rad u sva 4 kvadranta.
On takoer radi dvopulsno. Oznaka dvopulsno kae koliki je broj periodikih promjena u ispravljenom
naponu za vrijeme trajanja jedne periode ulazne izmjenine struje.
b) Trofazni prikljuak trofazni usmjerivai imaju manju valovitost napona i time manje pulsiranje
struje i okretnog momenta. Obino se izvode u mosnom spoju,ali je mogu i spoj sa zajednikom
tokom. Sadri tri tiristora.
Spoj pretvaraa za poluvalno napajanje u poluupravljivom mosnom spoju izvodi se sa tri tiristora i tri
diode,a za poluvalno napajanje u punoupravljivom mosnom spoju izvodi se sa 6 tiristora.
Poluupravljivi mosni spoj je jeftiniji,ali je zato smanjena mogunost upravljanja. Najvii napon
upravljanja u punoupravljivom mostu dobije se za kut paljenja =0,a s poveanjem kuta upravljanja
srednja vrijednost napona opada.
Najiru primjenu ima punoupravljivi most sa 6 tiristora. On se naziva esteropulsni mosni spoj. Prvi
pretvara omoguuje pogon u samo jednom kvadratntu,a drugi ima antiparalelno spojene tiristore i
omoguava pogon u sva 4 kvadranta(12-pulsni).
Sloenim upravljanjem 6-pulsni mosni spoj moe proizvesti i promjenu smjera napona uz uvjet da je
armaturna struja motora ia0. U podruju kuta paljenja =0-90 stupnjeva pretvara radi u
ispravljakom,a u podruju =90-180 stupnjeva u izmjenjivakom pogonu.
-
Najvia srednja vrijednost ispravljenog napona javlja se pri kutu paljenja tiristora i iznosi :
Za 0 srednja vrijednost napona opada za oba spoja po izrazu = 0 cos
Za 90 nastaju negativne vrijednosti napona,to znai da je na osnovi ventilnog djelovanja tiristora
dolo do promjene smjera energije. Sada elektroniki spoj omoguava vraanje energije u mreu.
Za besprijekorni pogon ekonomski je opravdano upravljanje do kuta paljenja tiristora od =150
6.6.3. Problemi pri napajanju elektronikim pretvaraima
a) Valovitost struje izlazni napon nije isti istosmjerni i sadri izmjenine komponente,pa je valovit.
Ti harmonici se pribrajaju srednjoj vrijednosti napona.
b) Smanjenje snage motora izmjenine komponente struje u armaturi vode do povienja gubitaka u
bakru armature.
c)Mehanike oscilacije - one nastaju zbog ovih valovitosti izazivaju nemirni hod motora, jer je okretno
moment motora proporcionalan struji armature i stoga i sam valovit.
d) Vrtlone struje valovitost struje izaziva promjene u magnetskom toku stroja, pa nastaju dodatne
vrtlone struje. Izlaz je u izvedbi motora u cijelosti iz paketa limova.
Valovitost struje se da donekle smanjiti dodavanjem odgovarajue prigunice u seriju s armaturom.
Vei efekt meutim prua smanjenje valovitosti napona. Tu se nude dva rjeenja, jedno je da se
umjesto 6-pulsnog spoja tiristora ugradi 12-pulsni,a drugo da se pretvarau dodaju odgovarajue
kondenzatorske baterije koje tvore filtere za ponitavanje viih harmonika. Dodane kondenzatorske
baterije imaju funkciju kompenzatora jalove snage i tako popravljaju valovitost napona.
-
7. ASINKRONI STROJ
7.1.Kolutni i kavezni motor
7.1.1.Kolutni motor
RRoottoorrsskkii vviieeffaazznnii nnaammoott mmoorraa bbiittii kkrraattkkoo ssppoojjeenn ddaa bbii mmooggllee tteeii rroottoorrsskkee ssttrruujjee.. TToo zznnaaii ddaa
bbiissmmoo ppooeettkkee nnaammoottee mmooggllii ppoovveezzaattii uu jjeeddnnoo zzvvjjeezzddiittee,, aa ssvvrreettkkee uu ddrruuggoo.. VVaannjjsskkii
pprriikklljjuuccii nniissuu pprrii ttoommee ppoottrreebbnnii.. AAkkoo eelliimmoo ppoovveeaattii oottppoorr uu ssttrruujjnniimm kkrruuggoovviimmaa rroottoorraa,,
uuiinniittii eemmoo ttoo ttaakkoo ddaa eemmuu uu sseerriijjuu ssaa ssvvaakkiimm ffaazznniimm nnaammoottoomm rroottoorraa uukklljjuuiittii ppoo jjeeddaann
vvaannjjsskkii oottppoorrnniikk.. RRaaddii ttooggaa nnaa rroottoorruu ssppiijjiimmoo uu zzvvjjeezzddiittee ssaammoo ppooeettkkee nnaammoottaa,,aa nnjjiihhoovvee
ssvvrreettkkee iizzvveeddeemmoo ddoo kklliizznniihh kkoolluuttaa pprreekkoo kkoojjiihh mmooeemmoo uu sseerriijjuu ssaa ssvvaakkiimm ffaazznniimm nnaammoottoomm
uukklljjuuiittii vvaannjjsskkii oottppoorr.. TTaakkaavv mmoottoorr zzaa kkoojjii ssuu kkaarraakktteerriissttiinnii kklliizznnii kkoolluuttoovvii ii eettkkiiccee
nnaazziivvaammoo kkoolluuttnniimm mmoottoorroomm..
PPoovveeaannjjee oottppoorraa nn ppuuttaa ee ddaattii iissttii mmoommeenntt kkoodd kklliizzaannjjaa kkoojjee jjee ttaakkooeerr ppoovveeaannoo nn ppuuttaa..
DDooddaavvaannjjeemm oottppoorraa uu rroottoorrsskkii kkrruugg ssee ppoovveeaavvaa ppootteezznnii mmoommeenntt ssvvee ddoo vvrriijjeeddnnoossttii
pprreekkrreettnnoogg mmoommeennttaa MMmm,, kkoojjaa uuzz oottppoorr RR2200 nnaassttuuppaa pprrii pprreekkrreettnnoomm kklliizzaannjjuu ssmm.. eelliimmoo llii ddaa
pprreekkrreettnnii mmoommeenntt nnaassttuuppii kkoodd kklliizzaannjjaa ss==11,, vvaalljjaa ppoovveeaattii rroottoorrkkii oottppoorr ddoo vvrriijjeeddnnoossttii ::
DDooddaavvaannjjee oottppoorraa uu rroottoorrsskkee ssttuujjnnee kkrruuggoovvee ddoonniijjeelloo jjee ddvviijjee bbiittnnee pprreeddnnoossttii ::
--ppootteezznnii mmoommeenntt kkoojjiimm mmoottoorr kkrreeee mmooee ssee ppoovveeaattii
--ppootteezznnaa ssttrruujjaa kkoojjuu mmoottoorr uuzziimmaa iizz mmrreeee pprrii ppookkrreettaannjjuu mmooee ssee ssmmaannjjiittii
7.1.2.Kavezni motor
BBrroojj ffaazzaa rroottoorraa kkoodd kkaavveezznnoogg mmoottoorraa nnee mmoorraa bbiittii jjeeddnnaakk bbrroojjuu ffaazzaa ssttaattoorraa.. BBiilloo kkoojjii bbrroojj
ffaazzaa nnaa rroottoorruu,, uuzz uuvvjjeett ddaa ssuu nnaammoottaannee ssiimmeettrriinnoo,, ss jjeeddnnaakkiimm bbrroojjeemm zzaavvoojjaa ii ss iissttiimm kkuuttoomm
oodd ffaazzee ddoo ffaazzee,, ssttvvoorriitt ee uu ookkrreettnnoomm ppoolljjuu ssiimmeettrriinnii vviieeffaazznnii ssuussttaavv nnaappoonnaa ii iinndduucciirraanniihh
ssttrruujjaa,,aa ttaakkvvee ssttrruujjee ddaajjuu ookkrreettnnoo pprroottjjeeccaannjjee.. ZZaa rraazzmmaattrraannjjee jjee nnaajjjjeeddnnoossttaavvnniijjaa iizzvveeddbbaa ssvvaakkii
ffaazznnoogg nnaammoottaa kkaaoo jjeeddnnoogg ttaappaa uu uuttoorruu.. SSvvii ttaappoovvii ssuu ssppoojjeennii pprrsstteennoomm uu jjeeddnnoo zzvvjjeezzddiittee ss
jjeeddnnee ssttrraannee rroottoorraa ii iissttoo ttaakkvviimm pprrsstteennoomm ss ddrruuggee ssttrraannee rroottoorraa uu ddrruuggoo zzvvjjeezzddiittee.. SSvvaakkii ttaapp
pprrii ttoommee iinnii jjeeddnnuu ffaazzuu,,ppaa jjee uukkuuppnnii bbrroojj ffaazzaa jjeeddnnaakk bbrroojjuu uuttoorraa..
VVeelliikkaa pprreeddnnoosstt ttaakkvvaa kkaavveezznnoogg mmoottoorraa jjee uu jjeeddnnoossttaavvnnoojj iizzvveeddbbii:: nneemmaa nnaammaattaannjjaa,, ttaappoovvee
nnee ttrreebbaa iizzoolliirraattii nneeggoo ss jjeeddnnoossttaavvnnoo pprroottuurree kkrroozz uuttoorree ii zzaavvaarree zzaa pprrsstteenn..
ttaapp ssaa ssiillnniiccaammaa ::
ZZaammiisslliimmoo ttaapp ppooddiijjeelljjeenn ppoo vviissiinnii nnaa nneekkoolliikkoo sseekkcciijjaa.. SSeekkcciijjee pprrii ddnnuu uuttoorraa ssuuddjjeelluujjuu uu
uuzzbbuuddii ggoottoovvoo ssvviihh ssiillnniiccaa kkoojjee ppoopprreennoo pprroollaazzee kkrroozz uuttoorr,,aa sseekkcciijjee pprrii vvrrhhuu uuttoorraa uuzzbbuuuujjuu
ssaammoo mmaallii bbrroojj ttiihh ssiillnniiccaa.. AAkkoo ppootteeee iizzmmjjeenniinnaa ssttrruujjaa ssvvaakkaa sseekkcciijjaa iimmaa ssvvoojjuu rreeaakkttaanncciijjuu
kkoojjaa jjee ssuupprroossttaavvlljjaa pprroollaasskkuu iizzmmjjeenniinnee ssttrruujjee.. TTaa jjee rreeaakkttaanncciijjaa nnaajjvveeaa uu ddoonnjjiimm
sseekkcciijjaammaa,,aa ppaa ppoossttaajjee ssvvee mmaannjjaa pprreemmaa ggoorrnnjjiimm sseekkcciijjaammaa.. ZZbboogg ttooggaa ee tteeii vviiee ssttrruujjee ttaammoo
-
ggddjjee jjee rreeaakkttaanncciijjaa mmaannjjaa,,aa ttoo jjee uu ggoorrnnjjiimm sslloojjeevviimmaa.. TTuu ppoojjaavvuu nnaazziivvaammoo ppoottiisskkiivvaannjjeemm
ssttrruujjee.. PPoottiisskkiivvaannjjee ssttrruujjee uu uuttoorruu iimmaa ddvvoossttrruukkoo ddjjeelloovvaannjjee ::
-- GGuubbiiccii zzbboogg JJoouulleeoovvee ttoopplliinnee ssee ppoovveeaavvaajjuu
-- RReeaakkttaanncciijjaa ttaappaa ssee ssmmaannjjuujjee
PPoottiisskkiivvaannjjee ssttrruujjee ii eeffeekkttii ssee ppoovveeaavvaajjuu ss ffrreekkvveenncciijjoomm.. PPoottiisskkiivvaannjjee ssttrruujjee jjee uuvviijjeekk
pprriissuuttnnoo.. MMooeemmoo ggaa mmeeuuttiimm zznnaattnnoo ppoojjaaaattii aakkoo rroottoorr iizzvveeddeemmoo nnaa ooddggoovvaarraajjuuii nnaaiinn..
JJeeddnnaa jjee mmoogguunnoosstt ddaa iizzvveeddeemmoo ttoo dduubblljjee uuttoorree,, uu kkoojjiimmaa ee ppoottiisskkiivvaannjjee bbiittii mmnnooggoo jjaaee
iizzrraaeennoo.. TTaakkaavv kkaavveezz ss dduubbookkiimm uuttoorriimmaa ddaajjee zznnaattnnoo vveeii ppootteezznnii mmoommeenntt ii mmaannjjuu ppootteezznnuu
ssttrruujjuu oodd oobbiinnoogg kkaavveezzaa.. JJoo jjee iizzrraazziittiijjii eeffeekktt ppoottiisskkiivvaannjjaa kkoodd ttrraappeezznniihh uuttoorraa.. NNaajjvveeii ssee
eeffeekktt ppoossttiiee ddvvookkaavveezznniimm rroottoorroomm..
KKoodd vveeiihh mmoottoorraa,,iizzvveeddeenniihh ss kkaavveezznniimm rroottoorroomm,, mmooeemmoo ddaakkllee iisskkoorriissiittiitt ppoottiisskkiivvaannjjee ssttrruujjee
ddaa bbii ssmmoo ddoobbiillii mmaannjjuu ssttrruujjuu ii vveeii ppootteezznnii mmoommeenntt pprrii ppookkrreettaannjjuu.. TToo ssmmoo kkoodd kkoolluuttnniihh
mmoottoorraa ppoossttiizzaallii ddooddaavvaannjjeemm vvaannjjsskkiihh oottppoorraa..
MMoommeennttaa kkaarraakktteerriissttiikkaa kkaavveezznnoogg mmoottoorraa ::
aa-- DDuubbookkii uuttoorrii
bb-- TTrraappeezznnii uuttoorrii
cc-- DDvvookkaavveezznnii rroottoorr
-
7.2. Nacrtajte nadomjesnu shemu asinkronog motora, navedite to
predstavljaju pojedini elementi, te nacrtajte fazorski dijagram.
-
7.3. Nacrtajte momentnu karakteristiku asinkronog motora u cijelom rasponu,te
objasnite pojedine reime rada.
Asinkroni stroj ima tri reima rada: reim protustrujnog koenja, motorski reim i
generatorski reim.
Motorski rad:
Prikljukom trofaznog asinkronog stroja na nazivni napon, a pri zatvorenom strujnom krugu
rotorskog namota, pojavit ce se na rotoru zakretni moment. Kad rotor nije zakoen i nije
optereen, ili je optereen momentom manjim od onog stvorenog u motoru, nastaje okretanje
rotora pod djelovanjem spomenutog zakretnog momenta.
Generatorski rad:
Kad bismo asinkronom motoru u praznom hodu s pomou nekog pogonskog stroja,
mehaniki vezana na rotor asinkronog motora, poveali broj okreta do te mjere da bi broj
okreta rotora asinkronog motora odgovarao broju okreta okretnog magnetskog polja, kroz
rotorski bi namot prestala teci struja, a kroz stator bi tekla samo komponenta struje praznog
hoda asinkronog motora. Daljnjim poveanjem broja okreta s pomou pogonskog stroja, broj
okreta rotora postao bi vei od broja okreta okretnog magnetskog polja. Prvo n2>n1 klizanje bi
dobilo negativni predznak, tj. bilo bi s
-
7.4. Objasnite klizanje Objasnite princip rada asinkronog motora i na primjeru
etveropolnog motora koji na rotoru ima frekvenciju 40Hz, objasnite i izvedite
brzinu rotora, te to je klizanje (frekvencija mree 50Hz).
Klizanje je koeficijent koji pokazuje relativno kanjenje brzine motora za sinkronom brzinom.
=
Statorski namot prikljui se na trofaznu mreu, pri emu trofazna izmjenina struja stvori
okretno magnetsko polje koje rotira sinkronom brzinom ns. Okretno magnetsko polje presjeca
vodie statorskog i rotorskog namota, pa se induciraju naponi E1 i E2. Napon E1 dri ravnoteu
s narinutim naponom mree, a napon E2 u rotorskom namotu potjera struju I2. Zbog djelovanja
magnetskog polja na vodi protjecan strujom, nastaje sila na svaki vodi koja na kraku r
prema osi rotacije stvara okretni moment. On je proporcionalan toku i radnoj komponenti
rotorske struje. Smjer djelovanja momenta je u smjeru vrtnje okretnog polja. Brzina vrtnje
rotora uvijek je manja od sinkrone brzine vrtnje okretnog polja, dakle, rotor se uvijek okree
asinkrono. =60
= 1200 =
60
= 1500 =
= 0,2
7.5. Nacrtajte momentnu karakteristiku asinkronog motora pri skalarnoj
regulaciji, objasnite u kojem rasponu se mijenja frekvencija, a u kojem napon i
zato.
Do ns1 mijenjamo frekvenciju i napon istodobno, nakon toga poveavamo samo frekvenciju
jer je napon doao do nazivne razine i ne smijemo ga vie dizati. Poveanje frekvencije
radimo na raun smanjenja magnetskog toka. Regulacija se radi po zakonu
=
-
7.6.Primjena asinkronih motora
7.6.1. Mehanike karakteristike asinkronog motora
Mehanika karakteristika asinkronog motora sadri sva podruja njegova rada i moe se opisati
Klossovom formulom :
U njoj je MP prekretni moment, s klizanje, sP prekretno klizanje,a odnos izmeu otpora.Motorski
prekretni moment neto je manji od generatorskog,jer su sP i za motor pozitivni,a za generator
negativni. Veliina se kod strojeva veih snaga mie zanemariti,pa dobivamo pojednostavljenu
Klossovu formulu.Stacionarni pogon asinkroni stroj ostvaruje u podruju gdje je klizanje manje od
prekretnog klizanja,i u kojem je karakteristika slina pravcu. Za mala klizanja moemo zanemariti
lijevi dio nazivnika u Klossovoj formuli,pa ona odgovara jednadbi pravca.
Ako se asinkronom stoju zamjenom dvaju prikljuaka promjeni smjer okretnog polja, nastala
karakteristika ne pojavljuje se vie preteito u 1. I 2.kvadrantu,nego u 3. I 4. Stroj se okree u
suprotnom smjeru. Izvedene mehanike karakteristike mogu se dobiti promjenom napona i
frekvencije napajanja,te ukljuivanjem otpora u statorski ili rotorski krug.
Tehniki i ekonomski je isplativo jedino ukljuivanje
omskog otpora u rotorski krug,a izvedivo je samo kod kolutnog motora. Prekretni moment ostaje
nepromijenjen,a mijenja se prekretno klizanje. Karakteristike postaju meke,to je prikljueni otpor
vei.
-
7.6.2. Podeavanje brzine vrtnje asinkronog motora
Iz izraza za brzinu vrtnje asinkronog stroja : = (1 ) = 160
(1 ), moe se zakljuiti koji
su postupci podeavanja brzine vrtnje : 1.promjenom broja pari polova postie se ili
odvojenim namotima za svaki broj pari polova,ili sloenom izvedbom namota ijim se
prespajanjem dobiva razliiti broj pari polova 2. Promjenom klizanja s postie se ili
smanjenjem prikljunog napona, ili ukljuivanjem dodatnog otpora u rotorski krug kod
kolutnog stroja 3. Promjenom frekvencije napajanja postie se primjenom pretvaraa
napona i frekvencije izvedenih pomou razliitih elektronikih spojeva.
a) Promjenom broja pari polova ovdje se brzina vrtnje podeava u grubim skokovima koji
odgovaraju brojevima pari polova p. To je povoljni samo za kavezne motore,jer njihov rotor
nije vezan za vrsti broj pari polova. U osnovi su mogua dva naina prespajanja polova,
ugradnjom vie odvojenih statorskih namota razliitih p, ili prespajanjem grupe svitaka samo
jednog statorskog namota. Kod prespajanja grupe svitaka najrairenija je primjena
tzv.Dahlanderovog spoja. Prespajanje se izvodi vie polnom sklopkom.
U odnosu na spoj sa samo jednim brojem pari polova,polnopreklopivi motori su skuplji i
tei,a korisnost i faktor snage im je loiji. Prednost je to to se snaga i moment za odreenu
brzinu vrtnje odreuju nezavisno.Najee se izvedbe sa dvije brzine vrtnje. Koriste se kod :
alatnih strojeva,dizalicama,pogonima crpki i ventilatora.
b) Promjenom otpora rotora ovaj se nain upravljanja brzine vrtnje izvodi samo kod
kolutnih motora. Statorski namot se prikljuuje na napon stalnog iznosa i frekvencije,a brzina
vrtnje upravlja promjenom otpora u rotorskom krugu. Finoa upravljanja brzine ovisi o
stupnjevanju otpora i optereenju. Teoretski je mogue koristiti omski i induktivni otpor,no
povoljnije je odabrati omski otpor,jer se ukupni gubici raspodjeljuju na namot i dodatni
otpornik,pa se rotorski namot zagrijava manje.
Karakteristike su meke ako je u rotorski krug ukljuen vei otpor. Ukupni gubici u namotu rotorskog
kruga razmjerni su klizanju,a ine ih gubici u rotorskom namotu,i gubici u ukljuenom otporu. Ovaj se
nain upravljanja koristi pri konstantnom momentu tereta kod kolutnih motora manjih snaga,i kod
kratkotrajnih upravljanja brzinama vrtnje. Zbog povienih gubitaka ee se koristi pri pokretanju
motora.
-
c) Promjenom frekvencije i visine napona promjena frekvencije uz konstantni iznos napona
mijenjala bi magnetski tok s loim posljedicama. Da bi se dobile povoljne mehanike karakteristike
motora,treba odrati magnetski tok priblino konstantnim, to znai da treba uz frekvenciju mijenjati
i iznos napona. To se potie frekvencijsko-naponskim pretvaraima.
7.6.3. Frekvencijsko-naponski pretvarai
Razlikuju se dva osnovna naina pretvorbe frekvencije i napona : -izravna pretvorba frekvencije
bez istosmjernog meukruga(ciklopretvara,matrini pretvara) -neiztavna pretvorba frekvencije s
istosmjernim meukrugom.
7.6.3.1.Pretvarai s istosmjernim meukrugom
Radi tako da se u njegovom prvom dijelu mreni napon ispravlja na istosmjerni,koji se zatim u
drugom dijelu pretvara u novi trofazni s novom frekvencijom i drugim iznosom amplitude. Sastoji se
iz tri cjeline: - na mrenoj, ulaznoj strani je ispravlja koji moe biti upravljiv(tiristorski ili
tranzistorski) ili neupravljiv (diodni)
-na njega se nastavlja istosmjerni meukrug kojeg ine kondenzator i zavojnica tvorei niskopropusni
filter. - na izlaznoj,motorskoj strani je izmjenjiva.
Ako meukrug sadri veliki kondenzator i malu zavojnicu,pa se ponaa kao naponski izvor,cjelokupni
pretvara se naziva naponski. Upravljiva veliina je napon na motoru,a struja motora se prilagoava
njegovom optereenju. Kod neupravljivog ispravljaa napon na meukurugu je konstantan,a kod
upravljvog promjenjiv. Kod upravljivog se u izmjenjivau podeavaju napon i frekvencija,a kod
neupravljivog se u izmjenjivau podeava samo frekvencija.
Ako meukrug sadri veliku zavojnicu i mali kondenzator,pretvara se naziva strujnim i ima karakter
strujnog izvora. Upravljiva veliina je struja,a napon se prilagoava optereenju motora. Frekvencija
se podeava u ulaznom izmjenjivau.
Istosmjerni meukrug je izveden tako da daje jalovu snagu potrebnu za izgradnju rotacijskog
magnetskog polja motora.Istosmjerna komponenta valovite struje u meukrugu daje motoru radnu,a
izmjenina potrebnu jalovu snagu. Istosmjerni meukrug sadri filterske spojeve za priguivanje viih
harmonikih lanova istosmjenog napona na ulazu u teretom voeni pretvara. Ako je napon
meukruga stalan,amplitudu i frekvenciju izlaznog napona odreuje teretom voeni pretvara,a ako
je promjenjivog iznosa tada se na amplitudu utjee u mrenom,a na frekvenciju u teretnom
pretvarau.
Kod tipine izvedbe frekvencijsko-naponskog pretvaraa ulazni ispravlja i izlazni izmjenjiva su u B6
spoju. U tom sluaju najvie napon koji se moe pojaviti na meukrugu, ovisi o linijskom naponu
mree U12 po izrazu : Napon po fazi motora :
Takav pretvara moe raditi u 1. I 3. Kvadrantu uz uvjet da se na izlazu izmjenjivaa moe promijeniti
redoslijed faza. Rad u sva etiri kvadranta je mogu onda,ako se ulaznom ispravljau doda jedan
izmjenjiva koji radi anitparalelno s ispravljaem tako da energiju vraa u mreu. Dodatni izmjenjiva
-
poskupljuje cjelokupni pretvara,ali omoguava koenje s motorom. U konom pogonu sa strujnim
pretvaraem mijenja se napon u mreukrugu,a ulazni ispravlja pone raditi u izmjenjivakom
pogonu i tako vraa energiju u mreu.
Koenje je mogue i bez dodatnog izmjenjivaa ako se u meukrug prikljui otpornik za koenje
preko jedne brze poluvodike sklopke (opera). Ovo je znatno jeftinije od prethodnog rjeenja.
Pri koenju e struja tei prema kondenzatoru i poeti ga nabijati. Kada napon na kondenzatoru
dosegne odreeni iznos,proradi brza sklopka i ukljuuje otpornik za koenje. Energija koenja
pretvara se u njemu u toplinu. Kad napon na kondenzatoru padne ispod odreenog iznosa,koni
otpor se iskljuuje.
7.6.3.2.Direktni pretvara
Pri izravnoj pretvorbi frekvencije napon frekvencije f1 jednofazne ili trofazne primarne mree
pretvara se u napon frekvencije f2 sekundarne jednofazne ili trofazne mree. Direktni pretvara
sastoji se od tri tiristorske grupe, a svaka od njih napaja jednu fazu motora. Svaka faza motora napaja
se iz sve tri ulazne faze preko sloeno izvedenog trofaznog transformatora. Antiparalelno spojeni
tiristori u svakoj fazi sekundara transformatora omoguuju dvosmjerno voenje struje,pa direktni
pretvara omoguuje rad u sva etiri kvadranta. Izostanak reaktivnih elemenata za pohranu energije
-
(kondenzator,prigunica) daje pretvarau s izravnom pretvorbom,osobito kod pogona velikih snaga,
znaajnu prednost.
7.6.4.Pokretanje asinkronog motora
Asinkroni motori nisu toliko osjetljivi na kratkotrajna strujna preoptereenja kao istosmjerni motori.
Kod izravnog prikljuka na napon relativna struja pokretanja asinkronih motora takoer je velika,ali
manja nego kod istosmjernih. Pri pokretanju izmjeninih strojeva u veoj je mjeri istaknut problem
poteznog momenta. U cilju smanjenja struje pokretanja primjenjuju se razni postupci ovisno o tome
da li se radi o kaveznom ili o kolutnom motoru.
Kod kaveznih motora uobiajeni su sljedei postupci : -direktno pokretanje -pokretanje preklopkom
zvijezda trokut -elektronikim pokretaem -izvedbom rotora s potiskivanjem struje
Kod kolutnih motora uobiajeni su samo : -elektronikim pokretaem -ukljuenjem dodatnog otpora
u rotorski krug.
Kod kaveznog motora postupak pokretanja izvodi se preteito preko statorskog kruga,a kod kolutnog
preko rotorskog.
a)Direktno pokretanje kod direktnog uklapanja na puni pogonski napon u trenutku uklapanja
potekne etvrtostruko do osmerostruko vea struja od nazivne. Ovo strujno optereenje moe
izazvati nagli pad napona u mrei,pa se preporua da se koristi za motore do 5kW. Meutim,ako se
motor prikljuuje na krutu mreu ili ako se napaja iz vlastitog izvora,doputa se izravno ukljuivanje
motora sa stotinama kW i vie.
b) Preklopkom zvijezda-trokut motor se prikljuuje u spoju zvijezda,da bi se zatim nakon uspjenog
zaleta prespojio u trokut. Na taj se nain postupno poveava napon po fazi statorskog namota. Pri
tome vai :
Ovaj nain pokretanja povezan je s dvije vrste
potekoa. Prva je da se moe primjeniti samo kod motora iji je pogonski spoj statorskog namota
trokut. A druga da je potrebno poznavati karakteristiku radnog stroja iji moment tereta Mt u
trenutku pokretanja mora biti manji od momenta kojeg razvija motor. Ovakav nain pokretanja
koristimo kod neoptreenih ili slabo optereenih motora tijekom zaleta,pri emu ne nastaje znaajniji
udarac struje ili veliki mehaniki trzaj.
c)Elektronikim pokretaem u naelu se koristi isti elektroniki pretvara koji se primjenjuje za
podeavanje brzine vrtnje motora. Samo to mora biti dimenzioniran za struju pokretanja. Tim se
-
pretvaraem napon motora podie od neke poetne vrijednosti unutar zadanog vremena sve do
nazivnog napona. Poetni napon se odabere tako da se struja pokretanja zadri u doputenim
granicama.
d) Izvedbom rotora s potiskivanjem struje konstrukcijskim zahvatima u izvedbi kaveza mogu se
postii visoki momenti pokretanja motora uz istovremeno smanjenje struje pokretanja. Struja rotora
se potisne na jednu vrlo malu povirinu presjeka vodia i ona na toj maloj povrini nailazi na vrlo
veliki otpor i time postaje manja. Smanjenje struje u rotoru ima za posljedicu smanjenje struje u
statoru,pa ovisno o izvedbi presjeka struja pokretanja dosegne etverostruku do peterostruku
vrijednost nazivne struje,a moment pokretanja povea se na oko 1.5-2.5 nazivnog.
e)Dodatnim otporom u rotorskom krugu- ovaj postupak nije pogodan samo za podeavanje brzine
vrtnje,nego i za pokretanje motora. Takvo pokretanje kolutnog motora moemo poistovjetiti s
pokretanjem istosmjernog nezavisno uzbuenog motora s predotporom u armaturnom krugu.Dva su
mogua postupka pokretanja asinkronog kolutnog motora. Prvi sluaj je kada nastojimo da moment
motora za vrijeme pokretanja odgovara nazivnom,a drugi sluaj je kada nastojimo da moment
motora odgovara prekretnom. Prvi sluaj se koristi za pokretanje pogona s nazivnim teretom,a drugi
za pokretanje pogona s veim zamanim masama.
7.6.5. Koenje asinkronim motorom
a)Generatorsko koenje ovakvo koenje s vraanjem energije u mreu postie se samo pri brzinama
veim od sinkrone.Imamo dva tipina primjera ove vrste koenja.
1.Koenje kod kolutnog motora pri sputanju tereta potencijalnom momentom Mt.Motor se
prikljuuje u toki A na slici. Teret se tada ubrzava zajednikim djelovanjem momenta motora M i
momenta tereta Mt do radne toke -3 odnosno -2 ili -1 ovisno o iznosu otpora u rotorskom krugu.
2.Koenje kod polnopreklopivog motora neovisno o vrsti tereta Mt javlja se pri prijelazu s vee brzine
na manju. Npr. iz radne toke A s brzinom 1 prelaskom na drugi broj pari polova u toki B
motorpone koiti i koi sve dok ne dosegne brzinu 2 u toki C.
Iako za vrijeme generatorskog koenja stroj pretvara mehaniku energiju u elektrinu, energiju
potrebnu za uzbudu mora ipak uzimati iz mree.
b)Protustrujno koenje- pri brzini vrtnje s klizanjem s1 motor se nalazi u protustrujnom konom
pogonu.
-
1. Pri reaktivnom teretu i radu u toki A na slici, zamijenom dvaju faza u prikljuku motora na mreu
motor prelazi u toki B i koi do toke C. U rotorskom krugu mu je u tom trenutku dodan otpor RII.
Ako se motor tad ne iskljui s mree, on reverzira i ubrzava do toke D.
2. Pri potencijalnom teretu i radu u toki A motor bi proao sve toke u 3.kvadrantu i zavio bi u
4.kvadrantu koei nadisinkronom brzinom. U ovom sluaju bolje je rijeenje u koenju uz dodavanje
velikog predotpora u rotorski krug od protustrujnog koenja. Pogon u tom sluaju koi po
karakteristici RIII do toke G, gdje mijenja smjer i ubrzava do toke H i tu poinje sputati teret
konstantnom brzinom. U sluaju reaktivnog tereta motor bi se zaustavio u toki G.
c)Elektodinamiko koenje umjesto dodavanja otpora u rotorski krug ovo se koenje moe izvesti i
dodavanjem kondenzatora u statorski krug motora odspojenog od mree. Na taj mu se nain dodaje
uzbuda koja u vrijeme koenja na neko odreeno vrijeme odrava magnetski tok u stroju i nastavlja s
indukcijskim procesom. Kondenzatori moraju biti odabrani u skladu s induktivitetom u staroskom
krugu stroja.Dobiva se time samouzbzudni asinkroni generator. No to se rjeenje rijetko izvodi zbog
visoke cijene kondenzatora i zbog malog konog momenta pri niim brzinima.
ee je elektrodinamiko koenje s nezavisnom uzbudom. Motor se iskljui s mree i na njegov se
statorski namot narine istosmjerni napon,tako da motor u naelu radi kao sinkroni
generator.Statorski je namot u takvom spoju uzbudni i on u rotorskom namotu inducira izmjenini
napon. Kako bi se razvio dovoljan koni efekt,istosmjerna struja u statoru mora uspostaviti veliko
protjecanje i magnetski tok kakve bi stvorila izmjenina struja u simetrinom spoju. Veliina konog
momenta moe se podeavati dodavanjem optora u rotorski krug kod kolutnog motora.
8. SINKRONI MOTOR
8.1.Objasnite princip rada sinkronog motora, momentnu karakteristiku, reime
rada, kako koristiti sinkroni stroj kao kompezator jalove energije.
U motorskom nainu rada, armaturnim namotom na statoru tee viefazna izmjenina struja, najee trofazna. Prolaskom kroz namote na statoru, izmjenina struja stvara okretno magnetsko polje unutar njega. Na rotoru uzbudni namot ili permanentni magneti stvaraju
statiko magnetsko polje, koje se zbog prisutnosti okretnog polja poinje vrtiti za njim, i pritom za sobom vue rotor. U normalnom pogonu, dok se rotor vrti za okretnim magnetskim poljem jednakom brzinom, motor je u sinkronizmu.
-
Brzina vrtnje ovisi o frekvenciji mree na koju je motor prikljuen, te o broju polova motora:
,
pri emu je n brzine vrtnje (u okretajima u minuti), f frekvencije mree, a p broj pari polova motora (2 pola = 1 par polova). Kako je broj p prirodan broj, brzine vrtnje sinkronog stroja pri
odreenoj frekvenciji poprimaju fiksne vrijednosti u ovisnosti o broju polova motora. Tako se dvopolni sinkroni stroj prikljuen na mreu od 50 Hz vrti brzinom od 3000 okretaja u minuti, etveropolni 1500 okr/min, itd. Nije neuobiajeno da sinkroni stroj ima i 30, pa i vie polova, zbog ega se sporo vrti. Takvi strojevi najee nalaze primjenu u hidroelektranama.
Jalovu snagu motora mogue je mijenjati neovisno o djelatnoj snazi; to se postie promjenom uzbudne struje. Preuzbuen stroj je induktivnog karaktera, a poduzbuen kapacitivnog, ovisno o potrebama u odreenim pogonima se prikljuuju kompenzatori da bi kompenzirali jalovu energiju u mrei.
8.2. Objasnite princip rada sinkronog generatora, navedite vrste namota u
generatoru i njihovu ulogu.
Rotor je spojen na zajedniku osovinu s izvorom mehanikog rada, primjerice turbinom ili motorom s unutarnjim izgaranjem. Kako se on vrti, s njim se vrti i njegovo magnetsko polje,
kojeg generira uzbudni namot (prikljuen na istosmjerni izvor). Gledano sa statora, to polje je okretno. Zbog toga se na statoru inducira napon koji slijedi polje rotora, a posljedino i struja. Frekvencija struje je odreena brzinom vrtnje rotora, odnosno izvora mehanikog rada, te brojem polova sinkronog stroja.
Uzbudni namot namot na rotoru koji slui za stvaranje magnetskog polja, prikljuuje se na istosmjerni izvor.
Armaturni namot namot u kojem se inducira napon, njegovi krajevi su izvedeni na prikljunu kutiju gdje se spaja troilo. Prigueni namot ugrauje se kod izvedbe s istaknutim polovima, slui za smanjivanje
gubitaka.
8.3. Objasnite postupak sinkronizacije sinkronog generatora na krutu mreu, te
objasnite pojam ispad iz sinkronizma. Kako se regulira rad generatora kod
promjene optereenja. Koja je uloga uzbude, a koja pogonskog stroja.
-
PPrriissiillnnaa ssiinnhhrroonniizzaacciijjaa ssee vvrrii pprrii ssnniieennoomm nnaappoonnuu rraaddii ssmmaannjjeennjjaa uuddaarrccaa ssttrruujjee uu ttrreennuuttkkuu
pprriikklljjuueennjjaa nnaa mmrreeuu.. UU ttoomm sslluuaajjuu sseeppooggoonnsskkiimm ssttrroojjeemm kkoojjii ssee nnaappaajjaa pprreekkoo aaggrreeggaattaa --
aassiinnhhrroonnii mmoottoorr ii ddvvaa iissttoossmmjjeerrnnaa ggeenneerraattoorraa --uuppuussttii ssiinnhhrroonnii ggeenneerraattoorr ddoo ssiinnhhrroonnee bbrrzziinnee
vvrrttnnjjee nn==nnss.. TTaaddaa ssee uukklljjuuii uuzzbbuuddaa ssiinnhhrroonnoogg ggeenneerraattoorraa ii pprroovvjjeerrii rreeddoosslliijjeedd ffaazzaa ((ssiinnhhrroonnoogg
ggeenneerraattoorraa ii mmrreeee)) ppoommoouu mmaalloogg aassiinnhhrroonnoogg mmoottoorraa.. UUzzbbuuddaa ssiinnhhrroonnoogg ssttrroojjaa ssee ppooddeessii nnaa
nnuulluu.. NNaakkoonn ttooggaa,, ii uukkoolliikkoo jjee ssmmjjeerr vvrrttnnjjee mmaallooggaassiinnhhrroonnoogg mmoottoorraa iiddeennttiiaann ss oobbjjee ssttrraannee
sskkllooppkkee kkoojjaa ssee nnaallaazzii uu aarrmmaattuurrnnoomm kkrruugguu ssiinnhhrroonnoogg ggeenneerraattoorraa,, zzaattvvaarraa ssee sskkllooppkkaa,, iimmee jjee
ssiinnhhrroonnii ggeenneerraattoorr pprriikklljjuueenn nnaa mmrreeuu pprreekkoorreegguullaacciioonnoogg ttrraannssffoorrmmaattoorraa.. RReegguullaacciioonniimm
ttrraannssffoorrmmaattoorroomm uu aarrmmaattuurrnnoomm kkrruugguu ssiinnhhrroonnoogg ggeenneerraattoorraa ppoosstteeppeennoo ssee ppooddiiee nnaappoonn ddoo
ooddrreeeennee vvrriijjeeddnnoossttii,, aa zzaattiimm ssee ppooddiizzaannjjeemm uuzzbbuuddee ssiinnhhrroonnoogg ggeenneerraattoorraa ppookkuuaa iizzvvrriittii
ssiinnhhrroonniizzaacciijjaa.. UUkkoolliikkoo nnee ddooddjjee ddoo ssiinnhhrroonniizzaacciijjee ttoo zznnaaii ddaa jjee ssnniieennii nnaappoonn iippaakk pprreenniizzaakk
ttee ggaa jjee ppoottrreebbnnoo ppoovveeaattii..
Ispad iz sinkronizma je nepravilan rad sinkronog generatora gdje brzina vrtnje vie nije sinkrona.
Zahtijeva li radni mehanizam veu snagu, automatski e sinkroni motor iz mree povui veu djelatnu snagu poveanjem kuta optereenja. Uloga pogonskog stroja je osigurati sinkronu brzinu, a uzbude odravati magnetsko polje da bi stroj radio u sinkronizmu.
8.4. Primjena sinkronih motora
8.4.1.Mehanika karakteristika sinkronog motora
Sinkroni motor ima konstantu brzinu vrtnje neovisno o teretu, pa je njegova mehanika karakteristika
pravac. Brzinu vrtnje odreuje broj pari polova i mrena frekvencija,a ne moment tereta. Kad mu
moment premai granini iznos motor ispada iz sinkronizma. Na optereenje motor reagira samo
promjenom kuta zakreta izmeu okretnog polja statora i samog rotora . to je vee optereenje vei
je i taj kut. Za motor s neizraenim polovima moe se pisati : = sin .
-
Slino vrijedi i za motor s izraenim polovima. Dio momenta odgovara onom kod motora s
neizraenim polovima(sinkroni moment na slici),a dio se javlja kao posljedica geometrijske
konfiguracije zranog raspora(reluktantni moment na slici). Njihova rezultanta neto malo odstupa
od mehanike karakteristike motora s neizraenim polovima,a granica stabilnosti se postie kod kuta
neto manjeg od 90 stupnjeva. Smanjenjem narinutog napona opada MMAX,a krivulje postaju nie.
Prednosti sinkronog motora : -sinkroni motor troi manje jalove snage od asinkronog,jer se kod
njega rotorske veliine ne induciraju magnetskim poljem statora. faktor snage cos kod njega
jednako je povoljan za sva optereenja i nije ovisan o optereenju
8.4.2. Podeavanje brzine vrtnje
Brzina vrtnje se moe mijenjati ili promjenom pari polova ili frekvencije.Podeavanje promjenom pari
polova se ne koristi,jer je nepraktina istovremena promjena broja pari polova na statoru i rotoru.
Podeavanje promjenom frekvencije odgovara onome kod asinkronog motora i mogua je primjena
istih metoda susretanih kod asinkronih motora. I ovdje bi se kao i kod asinkronih motora napon mora
mijenjati razmjerno frekvenciji.
Izvrstan se pokazao pretvara s istosmjernim meukrugom struje,a sastoje se od ulaznog mreno
voenog ispravljaa i od izlaznog teretom voenog izmjenjivaa. Jalovu snagu potrebnu za
komutiranje izmjenjiva uzima od naduzbuenog sinkronog stroja. Struja mora prethoditi naponu.
Sklop sastavljen od mreom voenog ispravljaa, teretom voenog izmjenjivaa i sinkronog stroja
naziva se usmjerivaki motor.
8.4.3.Pokretanje motora
Sinkroni motor se nemoe sam pokrenuti iz stanja mirovanja, niti se sam moe dovesti do sinkrone
brzine vrtnje u kojoj treba pogoniti radni mehanizam. Stoga su razvijeni slijedei postupci :
-asinkroni zalet samoga motora -z