jednosmerne maŠine - ftn

PREDAVANJE 1:

UVOD

Istorijski razvoj. Prvi motor. Usavršavanje. Način upotrebe. Prednosti. Mane.

KONSTRUKCIONA IZVEDBA MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

Poprečni presek mašine. Kolektor (Komutator).

NAMOTAVANJE ARMATURE

Petljasti (paralelni) namotaji. Valoviti (redni) namotaji.

NAMOTAJI POLOVA

JEDNOSMERNE MAŠINE

PREDAVANJE 1:

INDUKOVANI NAPON U ARMATURI

NAČINI POBUĐIVANJA MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

Spoljašnje ili nezavisno. Sopstveno. Paralelno. Serijsko. Kompaundno.

KARAKTERISTIKA FLUKSA (MAGNEĆENJA) I KARAKTERISTIKE PRAZNOG HODA

Karakteristika fluksa. Karakteristike praznog hoda.

REAKCIJA ARMATURE

Posledice. Način eliminisanja. Pomoćni polovi i kompenzacioni namotaji.

OBRTNI MOMENTI MAŠINA JEDNOSMERNE STRUJE

KOMUTACIJA

Promena struje u komutirajućem kalemu. Karakteristike komutacije.

JEDNOSMERNE MAŠINE

JEDNOSMERNE MAŠINE

1

R Mašine jednosmerne struje (jednosmerne mašine) su zbog svojih veoma dobrih funkcionalnih karakteristika nekada predstavljale često rešenje u električnim postrojenjima i pogonima. R Zbog veće cene, složenijeg i skupljeg održavanja, manje pouzdanosti i kraćeg veka trajanja, danas se motor jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robustnih električnih motora za naizmeničnu struju upravljanihmikroprocesorima i napajanih energetskom elektronikom.R Generatori jednosmerne struje su praktično potisnuti poluprovodničkim ispravljačima.R Međutim, generator jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom, zbog svojih veoma dobrih karakteristika se često koristi kao kočnica u laboratorijama za ispitivanje električnih mašina.R Ipak primereno je da se posebno prouči ponašanje mašina jednosmerne struje, principa njihovog rada, odnosno izvrši analiza njihovih električnih, mehaničkih i eksploatacionih karakteristika, analiza napajanja, upravljanja i gubitaka, obzirom da se one još uvek koriste ili se nalaze u već instalisanim pogonima.

ISTORIJAT

2

R Prvi jednosmerni motorkonstruisao je Moritz Hermann Jacobi 1838. godine uPetrogradu, a motor je pokretao čamac sa 14 osoba po reci Nevi.R Namotaji statora i rotora bilisu učvršćeni na drvenojkonstrukciji.R Na statoru su se nalazili elektromagneti stalnog polariteta koji su privlačili elektromagneta suprotnog polariteta na rotoru.R Kad su se magneti međusobno približili menjan je smer struje u rotorskom elektromagnetu.

ISTORIJAT

3R Rekonstruisani Jacobi-ev jednosmerni motor.

ISTORIJAT

4R Kolektor i baterija.

ISTORIJAT

5

RWerner Siemens je 1856 godine konstrukcijom rotora u obliku dvostrukog T, a naročito otkrićem dinamoelektričnog principa 1866 godine unapredio primenu mašina jednosmerne struje.

ISTORIJAT

6

R Zénobe Théophil Gramme je 1873 godine konstruisao generator sa namotajem na prstenu i sa mnogo segmenata na kolektoru.

ISTORIJAT

7

R Friedrich von Hefner-Alteneck je 1875 poboljšao iskorišćenje rotora, pronalaskom namotaja na cilindru.

ISTORIJAT

8

R Jednosmerne mašinerazvijene početkom XX veka imale su sve bitne delove kao i danas.R U drugoj polovini XX veka jednosmerni motorje bio dominantan u pogonima koji suzahtevali regulaciju brzine obrtanja, pri čemu je poseban značaj imaorazvoj upravljivih poluprovodničkihpretvarača.R Zašto je bio: Loše osobineR Veća cena.R Složenije i skuplje održavanje.R Manja pouzdanost i kraći vek trajanja.

PRINCIP RADA

9

R Namotaj provodnika dužine Lnalazi se u stalnom magnetnom polju jačine B.R Jednosmerno napajanja I se dovodi u namotaj preko dve grafitne četkice koje ostvaruju pokretni kontakt sa komutatorom.R Nastaje sila: F=B·L·I – Lorensova sila, odnosno obrtni moment.

PRINCIP RADA

10

R Kolektor menja smer struje svakih pola obrtaja kako bi se zadržao isti smer okretanja namotaja usled delovanja momenta.R Slično se dešava i kod generatora, kod koga se delovanjem pogonske mašine rotor obrće konstantnom brzinom n, te se u provodnicima usled presecanja magnetnog fluksa indukuje odgovarajuća elektromotorna sila, po zakonu e=B·L·v.R Zahvaljujući delovanju kolektora, polaritet elektromotorne sile, pa prema tome i struje, u odnosu na spoljašnje kolo, se ne menja jer, uz nepromenjeni smer obrtanja, četkice su uvek istog polariteta jer su preko kolektora povezane sa provodnicima koji prolaze ispod istog magnetnog pola.R Kolektor služi za ispravljanje naizmeničnog napona indukovanog u rotoru u jednosmerni napon na stezaljkama mašine.R Na rotor se smešta veći broj namotaja zbog ujednačenijeg obrtnog momenta. R Magnetno polje se stvara pomoću elektromagneta ili pomoću stalnih magneta (do 2kW).

KONSTRUKCIJA JEDNOSMERNE MAŠINE

17

S, N južni i severni pol (induktor);A armatura (indukt);K, Č kolektor (komutator) i četkice;pp, polna papuča;

NZ neutralna zona;J jaram .

kolektor

jaramindukt (rotor)

pobudninamotaj

namotajrotora


18

kućište

indukt (rotor)

pobudni namotaj

pol

četkice

kolektor


19

R Polovi i namotaj pobude.R Stator = Induktor = Pobuda.

polnamotaj pobudepol


20

R Stator.


21

R Stator.


22

R Stator.


23

R Rotor = valjak sa žlebovima od izolovanih limova.R Indukt = Armatura = Anker.

žleb kolektorventilatorvratilo

ležaj

magnetno kolo rotora

namotaj rotora


24

R Rotor.

žleb

kolektor

vratilo

ležaj

magnetno kolo rotora

namotaj rotora


25

R Rotor.


26

R Kolektor je sprava koja tokom obrtanja omogućava postepeno napajanje iz pozicije neutralne zone.


27

R Sastavni delovi:

R Lamela.R Izolacija.R Delovi za fiksiranje.

R Lamele su izrađene od tvrdog bakra (bakar legiran srebrom i antimonom.

R Izolacija je od mikanita.


28

R Četkice leže na simetrali među polovima – neutralnoj zoni.R Kolektor je mehanički učvršćen za rotor – sa njime se zajednoobrće.R Četkice su mehanički učvršćene za stator – nepomične su.R Četkice su od ugljenika koji može biti amorfan, grafitni ilielektrografitni.


29

R Kolektor.


30

R Kolektor.

NAMOTAVANJE ARMATURE

32

R Koristi se dvoslojni uslagani namotaj sa skraćenim korakom.R Ređe se kod manjih mašina primenjuje i jednoslojni namotaj.R Dve osnovne vrste namotaja su:

1. Petljast.2. Valovit.

PETLJASTI NAMOTAJ

37

R Način izvođenja dvoslojnog petljastog namotaja:

1y

y1

y2

y

R Korak kalemova:

R Spojni korak:

R Rezultantni korak:

2y

y

VALOVITI NAMOTAJ

39

R Način izvođenja valovitog (rednog) namotaja:

2>pR Primenjuje se kod četvoro ili višepolnih mašina:R Osnovne osobine:

R U svim slučajevima je dovoljno dve četkice.

ZuKa ⋅==1

y1 y2

y

NAMOTAJI POLOVA

41

kompenzacioni namotaj u žljebovima polnog nastavka glavnog pola (kod velikih mašina)

pobudni namotaj pomoćnog pola (kod srednjih i većih mašina)

pobudni namotaj glavnog pola (veliki broj navojaka tanke žice)

kompaundni namotaj (mali broj navojaka debele žice)

glavni pol

pomoćni pol


2

R Ukupna struja armature je: ga IaI ⋅⋅= 2

gI

a⋅2

R Struja jedne grane:

R Broj paralelnih grana namotaja armature:

R Kod određivanja indukovanog napona u namotaju armature treba uzeti o obzir da:

R se u namotaju armature indukuje naizmenični napon,

R kolektor ispravlja naizmenični napon tako da jednosmerni napon odgovara maksimalnom naponu ( ),

R namotaj armature ima paralelnih grana.mEE =

a⋅2


3

R Indukovani napon po fazama u sinhronoj mašini:

2122 ξξφπ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅= fNE

pZ

⋅⋅

=2

αβ

πββξ 2

2/2/sin

1 ==

60pnf ⋅

=

aNNN g ⋅

==22

R Broj navoja u jednoj paralelnoj grani namotaja armature:


4

anNp

⋅⋅⋅⋅⋅

=30

2ξφ2

2602

22 ξπ

φπ ⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅==pn

aNEE m

R Vrednost indukovanog napona u armaturi mašine jednosmerne struje:

R Uvođenjem naponske konstante:

aNpKe ⋅

⋅⋅=

302ξ

nKE e ⋅⋅= φ

R Dobija se jednostavniji izraz za vrednost indukovanog napona:

VRSTE POBUDE

5

R Spoljašnja ili nezavisna pobuda.R Sopstvena pobuda.

R Nezavisnapobuda.R Pobudni namotaj se napaja iz nezavisnog spoljašnjeg izvora.

VRSTE POBUDE

6

R Paralelna (sopstvena) pobuda.

R Pobudni namotaj je priključen na sopstvene priključke odnosno na sopstvenu armaturu.

VRSTE POBUDE

7

R Serijska (sopstvena) pobuda.

R Pobudni namotaj je vezan u seriji sa armaturom.

Ua

E

IaRa

R p

n

VRSTE POBUDE

8

R Složena ili kompaundna pobuda.

R Magnetopobudne sile namotaja paralelne i kompaundne pobude moraju da imaju isti smer.

KARAKTERISTIKA FLUKSA

9

R Karakteristika fluksa opisuje promenu fluksa u funkciji pobudne struje ili magnetopobudne sile.

( )pIf=φ ( )θφ f=ili

R Magnetopobudna sila:

R Struja pobudnog namotaja:

R Broj navojaka pobudnog namotaja:

pp NI=θ

pI

pN

φ

θ(Ιp)

φ=f(Ιp)

KARAKTERISTIKA PRAZNOG HODA

10

R Pod karakteristikom praznog hoda podrazumevamo promenu indukovanog napona u funkciji pobude ili pobudne struje pri konstantnoj brzini obrtanja:

pri:

θ(Ιp)

E 4n/3

2n/3

n

Er

rE

R Zaostali indukovani napon usled remanentnog fluksa:

( )θfE = ( )pIfE =iliconstn =

REAKCIJA ARMATURE

11

R Pod reakcijom armature podrazumeva se uticaj armaturne strujena fluks motora:

Fluks polova. Fluks reakcije armature. Ukupni fluks.(uzdužni fluks) (poprečni fluks)

Pomaknuta neutralna zona

Nehomogeno polje

REAKCIJA ARMATURE

12

POSLEDICE REAKCIJE ARMATURE

13

R Fluks reakcije armature na jednoj strani polnog jezgra zgušnjava a na drugoj strani razređuje silnice.R Pomeranje neutralne ose za ugao β u odnosu na neutralnu zonu u praznom hodu.R Četkice ostaju izvan neutralne ose i zbog toga se pojavljuju komutacioni problemi (iskre ispod četkica).R Povećavaju se gubici snage u gvožđu armature.R Smanjivanje fluksa u odnosu na fluks praznog hoda. To je zbog toga što je povećanje fluksa u jezgru na strani zgušnjavanja silnica manje nego opadanje na strani razređivanja silnica.

SUZBIJANJE REAKCIJE ARMATURE

14

R Pomeranje četkica u pravcu neutralne zone opterećenog stanja (kod malih mašina).

R Loši efekti:R Vredi samo za jednu vrednost struje armature.R Magnetno polje struje armature nastalo pomeranjemčetkica iz geometrijske neutralne zone pored poprečnekomponente ima i uzdužnu.R Uzdužna komponentasmanjuje glavno magnetno polje.

Uzdužna mps

Poprečna mps


15

R Primena pomoćnih polova.R Namotaj pomoćnog pola vezan je na red sa armaturom.R Delovanje je ograničeno pre svega na međupolni prostor.R Pomoćni polovi pre svega rešavaju problem komutacije a ne reakcije armature.R Povećava gubitke u gvožđu i napon između lamela.R Primenjuje se kod srednjih mašina.

Kompaudni namotaj

Glavni pol

Armatura

Pomoćni pol


16

Kompaudni namotaj

Glavni pol

Armatura

Kompenza-cioni namotaj

R Primena kompenzacionog namotaja.R Kompenzacionim namotajem eliminisano je izobličenje polja uvazdušnom procepu ispod glavnih polova.R Eliminisano je povišenje napona na lamelama i povećanjegubitaka u gvožđu.R Eliminiše se gubitak napona usled pomaka neutralne zone.R Primenjuje se kod srednjih i velikih mašina.


17

SIMBOLI I OZNAKE KRAJEVA

18

elemenat

armatura

namotaj pomoćnih polova

kompenzacioni namotaj

serijski pobudni namotaj

paralelni pobudni namotaj

pobudni namotaj nezavisne pobude

regulacioni otpornik

simboli i oznakeJUS NCO.010 VDE0570

otpornost struja

Ra

Rpp

Rs

Rp

Rm

0 - R

Ia

I(Ia)

Ia

Im

Im

-

A1 A2

B1 B2

C1 C2

D1 D2

E1 E2

F1 F2

A B

G H

E F

C D

I K

OBRTNI MOMENT

23

R Mehanički moment vratila: mM

R Generatorski rad: trvm MMM +=

R Motorni rad: trvm MMM −=

R Moment trenja i ventilacije:n

Pn

Pn

PPM trvtrvtrvtrvtrv ⋅=⋅=

⋅=

Ω= 55,930

30ππ

R Gubici snaga usled trenja i ventilacije: trvP

R Mehanička ugaona brzina: Ω

R Brzina obrtanja vratila: [ ]1min−n

OBRTNI MOMENT

24

R Elektromagnetna ili unutrašnja snaga mašine : aE IEP ⋅=

R Proizvedeni moment:nIE

nIE

nPM aaE ⋅

⋅=⋅

⋅=⋅= 55,93030ππ

R Struja armature: aI

R Indukovani napon u armaturi:anNpE

⋅⋅⋅⋅⋅

=30

2ξφ

R Smenom izraza za elektromotornu silu dobija se izraz za proizvedeni moment:

aINpM a

⋅⋅⋅⋅⋅

⋅=30

30 2ξφπ a

INp a

⋅⋅⋅⋅⋅

=π

ξφ 2

OBRTNI MOMENT

25

R Dobija se jednostavniji izraz za proizvedeni obrtni moment:

am IKM ⋅⋅= φ

R Uvođenjem konstante momenta:

eem KKa

NpK ⋅=⋅=⋅⋅⋅

⋅= 55,93030

30 2

πξ

π

KOMUTACIJA

26

R Komutacija predstavlja promenu smera indukovanog napona u navojku tokom prolaska kroz neutralnu zonu.

R Komutacione pojave su sledeće:R Krajeve komutirajućeg kalema prilikom prolaska istih kroz

neutralnu zonu četkice kratko spajaju.R Tokom komutacije indukovani napon u komutrajućem kalemu

menja smer.R U komutirajućem kalemu menja se i smer struje. Tokom

komutacije struja navojka mora pasti na nulu pa porasti na suprotnu stranu.

KOMUTACIJA

27

R Promene smere struje u komutirajućem kalemu:

N

S

Ia

2I

Komutirajući kalem

I I IPočetak

komutacije Kratko

spajanje Završetak komutacije

I=0

2 I

2I

2 I

+ + + n ← n

← n ←

KOMUTACIJA

28

R Promene smere struje u komutirajućem kalemu:

I/2

+ + +

+ +

n ← n

← n ←

n ← n

←

I+početak komutacije

završetak komutacije

3I/4 I/4

I/4I/2 I/2

I+

I

I/2

I+

I/2 I/2

I=0I/2 I/2

I+

I/4 3I/4

I/4I/2 I/2

I+

I

I/2 I/2

2I

+2I

−

R Kod komutirajućeg kalema struja se sa vrednosti

menja na

KOMUTACIJA

31

R Načini eliminisanja komutacionih problema:

R Kod projektovanja mašina treba odabrati mali međulamelarni napon:

R (kod mašina bez pomoćnih polova) ,

R (kod mašina sa pomoćnim polovima) .

R Primena pomoćnih polova i kompenzacionog namotaja.

R Primena ugljenih četkica sa velikom specifičnom otpornošću (primena sendvič četkica).

VU 4<∆

VU 15<∆

jednosmerne maŠine - ftn

Documents