1

1. UVOD

1.1. Prednosti i nedostaci elektromotornih pogona

Najkraća definicija elektromotornih pogona (EMP) bila bi da su to sustavi koji električnuenergiju pretvaraju u mehanički rad, za najraznovrsnije namjene. Općenito, energija je osnova bilokojeg tehničkog i industrijskog razvoja, pri čemu posebno značenje ima njezin mehanički oblik.Osnovno je pitanje kako primarne oblike energije koje nalazimo u prirodi (fosilna i nuklearnagoriva, hidroenergija, energija sunca, vjetra, geotermalna energija itd.) transportirati na mjestopotrošnje i izvršiti konveziju u prikladan oblik (mehanički, termički, kemijski, itd.). Taj se problemu najvećem broju slučajeva rješava električnom enegijom jer se ona može:

< proizvoditi u elektranama iz primarnih oblika s relativno dobrim stupnjem korisnosti < prenositi na velike udaljenosti uz male gubitke i niske troškove < pretvoriti u bilo koji drugi oblik na mjestu potrošnje.

Bilo koji drugi oblik energije nema ni blizu takvu fleksibilnost kakvu posjeduje električnaenergija. U razvijenim zemljama oko 60% proizvedene električne energije pretvara se u mehaničkirad pomoću elektromotornih pogona. Takva dominacija elektromotornih pogona uvjetovana jemnogim prednostima koje oni iskazuju u usporedbi s pogonima pomoću drugih vrsta motora(toplinskim, hidrauličkim). Prednosti EMP-a jesu sljedeće:

1. Mogu se koristiti za bilo koju snagu, od 1 W kod elektroničkih satova do 100 MW zapogon crpki u reverzibilnim hidro elektranama.

2. Pokrivaju veliko područje momenta i brzine, iznad 106 Nm kod pogona valjačkih stanovaiznad 105 min-1 kod pogona centrifuga.

3. Prilagodljivi su bilo kojim uvjetima rada: mogu raditi sa ili bez ventilacije, potopljeni utekućine, izloženi eksplozivnoj ili radioaktivnoj atmosveri. Ne zagađuju okolinu i imajunizak nivo buke u usporedbi s drugim pogonima.

4. Karakterizira ih trenutačna spremnost za pogon s punim opterećenjem. 5. Imaju male gubitke praznog hoda i značajnu mogućnost kratkotrajnog

prepterećenja 6. Lako su upravljivi. Stacionarne se karakteristike mogu oblikovati praktički po želji.

Primjenom suvremenih sustava upravljanja postižu se visoke dinamičke performance 7. Mogu biti projektirani za rad u sva četiri kvadranta M-n ravnine (sl. 1.2-4), a da nisu

potrebni specijalni zupčani prijenosnici za reverziranje. 8. Rotacijska simetrija električnih strojeva i ravnomjeran moment (kod većine

električnih motora) osiguravaju miran pogon s minimalnim vibracijama. Budući da nemanegativnih efekata povezanih s umorom materijala, imaju relativno dugi radni vijek.

9. Radi prilagodbe teretu postoje široke konstruktivne mogućnosti u gradnji električnhmotora; mogu biti montirani s nogama ili s prirubnicom, motor može imati vanjski rotor,linerni motori za neke posebne namjene, itd.

Nasuprot dugačkoj listi prednosti EMP treba navesti njihova dva osnovna nedostatka.

1. Ovisnost o kontinuiranom napajanju električnom energijom stvara određene problemekod primjene EMP-a u nekim vrstama transporta.

2

(1.2-1)

2. Zbog zasićenja magnetskog kruga i problema zagrijavanja električni motori imaju maliomjer snage prema težini u usporedbi s visokotlačnim hidrauličkim motorima, što imograničava primjenu u sustavima za pozicioniranje (npr. pozicioniranje upravljačkih plohakod zrakoplova).

1.2. Osnovni pojmovi i definicije

1.2.1. Osnovni elementi elektromotornog pogona

Na slici 1.2-1 prikazan je EMP kao sustav koji povezuje električnu mrežu, koja predstavlja izvorenergije, i tehnološki proces u koji je uključen pogonjeni radni mehanizam. Prem toj slici uosnovne elemente elektromotornog pogona spadaju:

1. Radni mehanizam2. Elekrični motor3. Spojni element4. Priključni i upravljački elementi

Sl. 1.2-1 Elementi elektromotornog pogona

1.2.2. Osnovna stanja elektromotornog pogona

U analizi EMP razlikujemo dva osnovna stanja - stacionarno i dinamičko, a definiramo ihna temelju jednadžbe gibanja. Uz pretpostavku konstantnog moment tromosti (inercije) jednadžbagibanja glasi:

gdje je: - J ukupni moment tromosti na osovini - T mehanička kutna brzina - Me moment motora - Mt moment tereta.

Predznak momenata u jednadžbi (1.2-1) odabran je tako da odgovara motorskom režimu rada,tj. moment motora je pozitivan kada djeluje u smjeru pozitivne vrtnje dok je, s druge strane,momet terteta pozitivan ako djeluje protiv pozitivnog smjera vrtnje.

Staconarno stanje EMP u širem smislu karakterizira konstantnost svih veličina a u užemsmislu, u skladu s jednadžbom (1.1-2), karakterizira ga konstantna brzina. Dakle, u stacionarnomstanju vlada ravnoteža momenta motora i momenta tereta na osovini:

3

U dinamičkom stanju ta ravnoteža ne postoji, tj. mijenja se brzina vrtnje i pojavljuje se momentubrzanja kao razlika momenta motra i momenta tereta:

Kvazistacionarno stanje, pojam koji se koristi kod električnih strojeva, definira se kao dinamičkostanje tijekom kojeg su promjene brzina vrtnje dovoljno spore tako da se moment motora usvakom trenutku uspostavlja u skladu sa stacionarnom karakteristikom Me(T ).

1.2.3. Karakter momenta tereta

S obzirom na karakter momenta tereta radni se mehanizmi mogu svrstati u dvije skupine.U prvu spadaju radni mehanizmi koji obavljaju neki rad čija je suština trenje (valjački stanovi,ventilatori, centrifuge, alatni strojevi, ...). Za njih kažemo da imaju reaktivni moment tereta za kojije karakteristično da se opire svakoj vrtnji tako da pri promjeni smjera vrtnje mijenja predznak.U drugu skupinu spadaju radni mehanizmi s potencijalnim momentom tereta koji nastaje kaoposljedica djelovanja gravitacijske sile. Dizalica je tipičan predstavnik radnog mehanizma spotencijalnim momentom tereta. Za razliku od reaktivnog momenta, predznak potencijalnogmoment tereta ne ovisi o smjeru vrtnje.

Slika 1.2-2 ilustrira djelovanje reaktivnog i potencijalnog momenta tereta, a na slici 1.2-3prikazani su ti momenti u ravnini T -M odnosno n-M (n = 60T /2B), uz pretpostavku da je riječo radnim mehanizmima konstantnog momenta. Pri promjeni smjera vrtnje, tj. promjeni predznakabrzine, karakteristika reaktivnog momenta tereta prelazi iz prvog u treći kvadrant a karakteristikareaktivnog momenta tereta iz prvog u četvrti kvadrant. Drugim riječima, reaktivni se momentmože pojaviti u prvom i trećem kvadrantu, a potencijalni u prvom i četvrtom kvadrantu.Potencijalni moment prolazi iz jednog u drugi kvadrant kontinuirano a reaktivni pritom imadiskontinuitet.

Sl. 1.2-2. Djelovanje momenta tereta: a) reaktivnog, b) potencijalnog.

4

Sl. 1.2-3.Prikaz reaktivnog i potencijalnog momenta u M,n ravnini.

1.2.4. Radni i kočni režimi EMP-a

U analizi električnih strojeva razlikujemo generatorski i motorski režim rada. Kod EMP-aradije govorimo o radnim i kočnim režimima rada. Radni se režimi ostvaruju u I. i III. a kočni uII. i IV. kvadrantu M -n ravnine (sl. 1.2-4). Radni se režim poklapa s motorskim režimom radaelektričnog stroja, a kočni se režimi mogu ostvariti na različite načine. Tri su osnovna načinaelektričnog kočenja u elektromotornim pogonima: generatorsko, elektrodinamičko i protustrujno.

Generatorsko kočenje poklapa se s generatorskim režimom rada električnog stroja. Dakle,motor EMP-a radi na mreži kao generator, energija se s osovine šalje u mrežu, brzina je veća odbrzine praznog hoda. Moment motora suprotan je vrtnji pogona.

Elektrodinamičko kočenje nastaje posebnim prespajanjem motora. Motor se isključi smreže i priključuje se na posebno trošilo (otpornik) koje napaja kao izolirani generator. Nijeekonomično kao generatorsko kočenje, ali se kočni moment ostvaruje pri svim brzinama(teorijski sve do nule) pa se može ostvariti zaustavljanje pogona.

5

Sl. 1.2-4. Režimi rada elektromotornog pogona.

Protustrujno kočenje predstavlja režim rada u kojem se pogon, usljed potencijalnogmomenta tereta ili inercije, vrti suprotno od vrtnje motora u praznom hodu i također suprotnomomentu koji motor razvija. Režim protustrujnog kočenja nastaje prespajanjem stezaljkiarmaturnog ili (rjeđe) uzbudnog namota motora. Vrlo je efikasno i sigurno, ali ga karakterizirajuveliki električni gubici, što kod asinkronih kaveznih motora uzrokuje dodatno snažno zagrijavnje.U praksi se često primjenjuje.

Važno je napomenuti da električna kočenja, bez obzira na vrstu, ne rješavaju problemzaustavljanja EMP-a. Primjerice, generatorsko kočenje uopće ne omogućava smanjenje brzinevrtnje, a kod protustrujnog i elektrodinamičkog kočenja u slučaju potencijalnog momenta teretapogon će se, nakon što brzina padne na nulu, nastaviti vrtiti u drugu stranu. Zato se kod radnihmehanizama (kao što su tramvaji, dizalice, liftovi i sl.) kod kojih je zaustavljanje u trenutkumirovanja posebno važno EMP mora opremiti mehaničkom kočnicom.