emp uvod pred

EMP 2007EMP 2007--BANBAN 11

Elektromotorni pogoni 2007-08

Predavanja 2 sata tjednoLaboratorijske i auditorne vježbe 2 sata tjedno

Predavanja: Prof.dr.sc. Drago BanAuditorne i laboratorijske vježbe : Dr. Sc. Damir Žarko

Mirko Cettolo, dipl. Ing.


Osnovna literatura:

Knjige:Jurković, B.: Elektromotorni pogoni, Školska knjiga, Zagreb,1986.Ned Mohan. : Electric drives, an integrative approach, MNPERE, Minneapolis, USA 2000.I.Boldea, S.A. Nasar : Electric Drives,Taylor &Francis, 2006.W.Leonhard ; Control of Electrical Drives, Spriger 1996.

Međunarodne norme.

IEC 61800-2 (1988): Adjustable speed electrical power drive systems.IEC 60034, Rotating electrical machines—Part 25 Guide for the designand perf.of cage ind.motors for converter supply, 2002.


POJAM ELEKTROMOTORNOG POGONA

Elektromotorni pogon (eng. Electrical drive) je elektromehanički sustav namijenjen za dovođenje i održavanje u gibanju radnih mehanizama i upravljanje njihovim mehaničkim gibanjemElektromotorni pogon se sastoji od:

elektromotora (uvijek)radnog mehanizmaprijenosnog uređajapretvaračkog uređaja iupravljačkog uređaja

U najjednostavnijem slučaju elektromotorni pogon sadrži elektromotor, radni mehanizam i prekidački uređaj upravljan ručno (ručni alati, kućanski aparati,.............)


Sustav za pretvorbe električne u električnu i električne u elektromehaničku energiju


STRUKTURA SUVREMENOG ELEKTROMOTORNOG POGONA

ELEKTRIČKI PRETVARAČ

ELEKTROMEHANIČKI PRETVARAČ

( motor)

PRENOSNI MEHANIZAM

RADNI STROJ

MR

EŽA

( IZ

VO

R E

NE

RG

IJE

)

UPRAVLJAČKI SUSTAV

ELEKTRIČNI DIO MEHANIČKI DIO

smjerovi toka mehaničke energije

smjerovi toka električne energije

smjerovi signala

TEH

NO

LOŠ

KI D

IO


OSNOVNE KOMPONENTE ELEKTROMOTORNOG POGONA

Elektromotor je glavni dio (“srce”) elektromotornog pogona.

Prijenosni uređaj sadrži mehaničke prijenosne naprave i spojne elemente neophodne za prijenos mehaničke energije između elektromotora i radnog mehanizma.

Pretvarački uređaj prilagođava parametre električne energije potrebama motora. Upravlja tokovima električne energije u cilju reguliranja režima rada elektromotora i radnog mehanizma.

Radni mehanizmi su mehaničke naprave koje služe za obavljanje mehaničkog rada potrebnog tehnološkom procesu.To pumpe, ventilatori, kompresori, dizala, alatni strojevi itd.

Upravljački uređaj je informacijski dio sustava upravljanja elektromotornim pogonom.


Elektromotorni pogon obično razmatramo kao trijadu:elektromehanički pretvarač (sve vrste električnih strojeva)električki pretvarač, (energetski elektronički pretvarač, rotirajući pretvarači i agregati, ...........upravljanje i regulacija

Elektromehanički pretvarači, transformatori i rotirajući električki pretvarači se detaljno obrađuju u kolegijima iz električnih strojeva.Enegetski elektronički pretvarači se obrađuju u kolegijima energetske elektronike.Upravljanje i regulacija se obrađuju u kolegijima upravljanja i regulacije.


Elektromotorni pogoni pretvore oko 55 - 60% sveukupne proizvedene električne energije u svijetu.

U uvjetima sve manjih resursa energije vrlo je važno da korisnost pretvorbe energije (Energijska efikasnost - Energy efficiency) u elektromotornim pogonima bude što veća.

Električki pretvarači energije (elektronički pretvarači, transformatori,...) Imaju u odnosu na radne mehanizme relativno visoku korisnost.

Korisnost energetskih elektroničkih pretvarača iznosi do 98%, transformatora do 99%, elektromotora do 97%.

Pumpe i ventilatori imaju korisnost oko 80%.

Reduktori i multiplikatori imaju korisnost do 99%.

VAŽNOST ELEKTROMOTORNIH POGONAS ASPEKTA PROIZVODNJE I POTROŠNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE


Regulirani ili neregulirani elektromotorni pogon?

Regulirati se može brzina, moment ili pozicija (položaj)

Zašto odabrati regulirani pogon ili zamijeniti postojeći neregulirani reguliranim ?

Zbog zahtjeva tehnološkog procesa (automatizacija,..)

Zbog zaštite mreže, motora i radnih mehanizama

Zbog smanjenja potrošnje (ušteda) električne energije.


Zbog ušteda energije u elektromotornim pogonima se u posljednjim godinama intenzivno razvijaju i primjenjuju regulirani elektromotorni pogoni u svim područjima primjene.

Postojeći neregulirani pogoni se postepeno zamjenjuju reguliranim gdje god je to ekonomski opravdano.

Elektromotori se projektiraju i grade prema kriterijima najmanjih gubitaka (motori visoke korisnosti).

Procjenjuje se da je (10-12)% reguliranih elektromotornih pogona u cijelom svijetu.

U odnosu na druge pogonske sustave npr. Motore s unutrašnjim izgaranjem, plinske ili parne turbine elektromotor je u velikoj prednosti jer mu je korisnost pretvorbe mnogo veća; asinkroni motor snage 4 MW ima korisnost oko 97% a plinska turbina iste snage oko 30%.


MODEL MEHANIČKOG DIJELA POGONA

Mm – moment (eng. Torque) motora (razvijeni moment na vratilu)Mt – moment teretaMdin – moment ubrzanja ( usporenja), tzv. dinamički momentω – kutna brzina vrtnje ( s-1)n – brzina vrtnje ili frekvencija vrtnje (1/min) ili (1/s)

Gibanje sustava se opisuje jednadžbom gibanja(II. Newtonov zakon) :

Motor razvija na osovini moment Mm.

Radni stroj se opire momentom tereta Mt

kojemu se pribraja i ukupni moment trenja.

ω± ± = =

ω=

m t din

m t

din

- ukupni moment tromosti (inercije)

moment ubrzanja

dM M J MdtJ = J + JdJ Mdt ili dinamički moment


ω= ω =

dJ 0 konst.

d t

Predznak i veličina dinamičkog momenta određuju ubrzavanje (usporavanje).Režim pogona u kojem je :

± Mm ± Mt = 0tj. kada su moment motora i moment tereta jednakog iznosa i protivnog smjera (Mdin= 0), zove se statičko ili stacionarno stanje:

Ako je: ± Mm ± Mt ≠ 0

postoji dinamički moment, pa se sustavu mijenja brzina, on ubrzava ili usporava

ωω

dJ 0 promjenjivdt

≠

∫V

2J = r dm - polarni moment tromosti krutog tijela u rotaciji

r → radijus inercijedm → diferencijal mase u rotaciji


Često se u literaturi J zamjenjuje s mD2

D → fiktivni nadomjesni promjer inercijemD2 → “zamašni moment”

Veza između momenta tromosti i zamašnog momenta krutog tijela u rotaciji je:

→

ω ∂ Θ= =

∂Θ

2

2dinkut zakretakrutog tijelaoko fiksne osi

dJ J

dt tM

22

V

2 D 1J = = m mD2 4

r dm ⎛ ⎞ =⎜ ⎟⎝ ⎠∫

gdje jem – rotirajuća masa D – fiktivni nadomjesni promjer tromosti


TIPIČNA STATIČKA OPTEREĆENJAprema karakteru djelovanja s elektromotornim pogonom sve sile i momente dijelimo na:Aktivne iReaktivne.

Aktivne sile i momente stvaraju vanjski izvori neovisno o stanju elektromotornog pogona i smjeru gibanja pogona (elektromotora). To su npr.:

potencijalna energijaenergija vjetrasila teže (gravitacijska sila)

0

Mt

M

ω

- M

m1

m2

za m1>m2za m1< m2

-ω


Primjer aktivne sile i momenta, princip dizanja tereta: moment opterećenja Mt djeluje neovisno o smjeru i iznosu brzine ω

= =

ω

D DM Ft 2 2

m g

je brina dizanja tereta


Reaktivni momenti i sile

pojavljuju se uvijek kao reakcija na gibanje ili tendenciju gibanja takve sile i momenti su složeno ovisni o brzini, kvaliteti dodirnih površina, pritisku, temperaturi,...opisuju se kao sile i momenti trenja

Pojednostavljeni matematički i grafički prikazi su:

≈dxoko brzine v = 0dt


tdxF Bdt

B nagib pravca, koeficijent trenja

=

−

tdxF Bdt

=

t c c

dxdxdtF F F sign( )

dx dtdt

= =


KOMPONENTE MOMENTA OPTEREĆENJA

Momenti trenja Mtr (Mts, Mtv, Mtc) - postoje u različitim dijelovima radnog mehanizma i motora.Moment za vršenje korisnog mehaničkog rada – različite vrste radnih mehanizama imaju različite mehaničke karakteristike Mt = f(ω) .

Mtv = kvω• kv - koeficijent viskoznog trenja• ω - mehanička kutna brzina

Mtc = konst., Kulonovo trenje

Mt moment tereta


Ukupni moment opterećenja na osovini motora pri nekoj konačnoj brzini :

Mopt = Mtr + Mt

Ako se zanemari utjecaj momenata trenja, računamo da je moment tereta jednak momentu opterećenja radnim mehanizmom:

Mopt = Mt

Da li ćemo uzeti u obzir momente trenja, ovisi o konkretnim mehanizmima i načinu pokretanja pogona.


STATIČKE MOMENTNE KARAKTERISTIKE (IDEALIZIRANE)TIPIČNIH OPTEREĆENJA

naziv: mehanička karakteristika:M = f(ω) ili M = f(n)ω = f(M) ili n = f(M)

elektromehanička karakteristika:I = f(ω) ili I = f(n)ω = f(I) ili n = f(I)

struja I je električka veličinaM, ω i n su mehaničke veličine

F

v

ω

MmD

Ako je brzina namatanja (trake) v konst., i sila zatezanja F=konst. snaga motora za namatanje će biti:

P = v F= Mm ω = konst.

ω

Mm

Pm = konst.

Primjer ω = f(M)

Namatač:

0


Statičke mehaničke karakteristike motora:

ω

M M

ω

Turbina

Dizelski motor

serijski

Istosmjerni n. u.

Sinkroni

asinkroni

0 00

Elektromotori Ostali pogonski motori


ČETIRI KVADRANTA ZA PRIKAZ RADNOGPODRUČJA POGONA

Motorski rad → moment motora djeluje u smjeru vrtnje(gibanja)Generatorski rad → moment motora djeluje suprotno od smjera vrtnje

I. kvadrant - motorski rad (pozitivni moment i pozitivna brzina vrtnje)II. kvadrant - generatorski rad (smjer brzine i momenta motora suprotni-kočenje)III. kvadrant - motorski radIV. kvadrant - generatorski rad (kočni režim rada)


Konvencija o predznacima:a) Ako pozitivna brzina znači dizanje, negativna brzina znači spuštanje.b) Pozitivni moment motora znači onaj koji okreće mehanizam u smjeru pozitivne brzine.c) Pozitivni moment tereta je onaj koji se opire vrtnji izazvanoj pozitivnim motorskim

momentom.d) Reaktivni moment tereta se uvijek protivi gibanju pa se on može pojaviti samo u I. i III.

kvadrantu gdje je i moment motora pozitivan.

0

+ω

+M

pozitivni motorski moment

ω0H- kvadrant

0

+ω

+M

negativnimotorski moment -ω0

-Mk

-ω

0

+ω

+M

generatorski pogon u HH-kvadrantu kada je motorski moment negativnog smjera

ω0

Mk

Mt

0

+ω

+M

generatorski pogon u HU-kvadrantu kada je motorski moment pozitivnog smjera

ω0

Mk

Mt

Mk - moment kratkog spojaω0 - brzina praznog hoda


prikaz momenata i brzina u 4 kvadrantailustracija na primjeru električnog vozila koje se giba na kosini:

• I. kvadrant - isti smjer momenta i brzine - MOTORSKI RAD• II. kvadrant - suprotni smjer momenta i brzine - GENERATORSKI RAD (KOČENJE)• III. kvadrant - isti smjer momenta i brzine - MOTORSKI RAD• IV. kvadrant - suprotni smjer momenta i brzine - GENERATORSKI RAD (KOČENJE)

emp uvod pred

Documents