41
ELEKTRI ELEKTRI Č Č NE MA NE MA Š Š INE INE Komutatorske mašine jednosmerne struje

ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

  • Upload
    others

  • View
    11

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

ELEKTRIELEKTRIČČNE MANE MAŠŠINEINEKomutatorske mašine jednosmerne struje

Page 2: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Uvod

� Mašine jednosmerne struje su zbog svojih veoma dobrih funkcionalnih karakteristika nekada predstavljale često rešenje u električnim pogonima.

Page 3: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Osnovni delovi

� Osnovni elementi jednosmerne električne mašine su:

1. mirujući deo (statorstator) i

2. obrtni deo (rotorrotor).

Page 4: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

elektromagnetstalni magneti

Osnovni delovi

� Uloga statora je stvaranje pobudnog fluksa.

� Pobudni fluks mogu stvoriti permanentni (stalni) magneti ili paknamotaj u kome postoji jednosmerna struja (elektromagnet), kakav se slučaj ovde razmatra.

Page 5: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Osnovni delovi

� Stator je oblika šupljeg valjka od masivnog gvožđa (ili složen od paketa limova), na čijoj su unutrašnjoj periferiji pričvršćeni polovi izrađeni od feromagnetskih limova.

� Na polovima statora je smešten pobudni namotaj.

� Kroz pobudni namotaj se propušta jednosmerna struja koja stvara statorsku magnetnopobudnu silu i statorski fluks. Kako jestruja statora jednosmerna to je statorski fluks nepomičan.

Page 6: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Osnovni delovi

Dvopolna mašina jednosmerne struje

stator

namotajrotora

rotor

pobudninamotaj

natpisnapločica

stopala

komutator

priključnakutija

Page 7: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Osnovni delovi

� Rotor je cilindričnog oblika i sastavljen od tankih feromagnetskih limova i ravnomerno je ožljebljen po svom obimu. Nalazi se na vratilu mašine.

� U žlebove rotora je postavljen namotaj rotora.

� Počeci i krajevi namotaja rotora su izvedeni na tzv. komutator(kolektor). Komutator je sastavljen od bakarnih segmenata koji su izolovani međusobno i u odnosu na masu. Uloga komutatora je preusmeravanje smera struje kroz navoje rotora.

Page 8: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Osnovni delovi

Rotor jednosmerne mašine

komutatorventilator

ležaj

žlebvratilo

magnetno kolo rotora namotaj rotora

Page 9: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Osnovni delovi

četkice držači četkica

Komutator

Page 10: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Princip rada

� Namotaj rotora se nalazi u magnetnom polju. Kada kroz njega

protiče električna struja nastaje sila , F = I (l x B), koja deluje na provodnike rotora, a zbog kružnog oblika rotora

nastaje elektromagnetni moment M = R x F = F R, gdeje R prečnik rotora.

� Komutator (kolektor) i četkice služe za napajanje rotorskog namotaja potrebnim smerom struje.

Page 11: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Princip rada

četkica

komutator

BlIFrvr

×⋅=

Page 12: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Princip rada

Page 13: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Princip rada

Page 14: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Vrste komutatorskih mašina� U praksi se koristi veliki broj navojaka namotaja rotora, a magnetno polje se

proizvodi elektromagnetom (namotaj pobude), te je srednja vrednost elektromagnetnog momenta motora približno konstantna.

� Prema načinu spajanja namotaja pobude i namotaja rotora, razlikujemo sledeće osnovne vrste jednosmernih komutatorskih mašina:1. sa nezavisnom pobudom, kod koje je namotaj pobude spojen na poseban spoljni izvor

napona, koji je potpuno nezavisan od prilika u mašini. Namotaj rotora se napaja iz drugog izvora jednosmernog napona. Jednosmerni naponi se dobijaju iz naizmenične trofazne mreže, preko ispravljača,

Page 15: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Vrste komutatorskih mašina

2. sa paralelnom pobudom, kod koje je pobudni namotaj spojen paralelno na namotaj rotora i priključeni su na izvor jednosmernog napona,

3. sa rednom (serijskom) pobudom, kod koje je pobudni namotaj spojen na red sa namotajem rotora i priključeni su na izvor jednosmernog napona.

Page 16: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Vrste komutatorskih mašina

Page 17: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Momentna karakteristika

� Pri konstantnom naponu napajanja rotorskog namotaja i pobudnog (statorskog) namotaja, brzina obrtanja rotora zavisi od razvijenog elektromagnetnog momenta. Veza koja postoji između brzine obrtanja i momenta u stacionarnom stanju se zove momentna (mehanička) karakteristika: M=f(n). Ona prvenstveno zavisi od sistema pobude i može biti:1. "tvrda“, kod koje se brzina obrtanja vrlo malo menja sa promenom

momenta opterećenja (nezavisna i paralelna pobuda),

2. "meka“, kod koje se značajno menja brzina obrtanja sa promenom momenta opterećenja (redna pobuda).

Page 18: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Momentna karakteristika

M [Nm]

ω [rad/s]

tvrda

meka

ω0

Jednosmerni motor sa rednom pobudomne sme da radi neoptrećen jer je tada brzinaobrtanja velika (razletanje motora).

ω0 - brzina neopterećenog motora (prazan hod)

Page 19: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Napajanje mašine jednosmerne struje

� jednosmernih mašinama treba jednosmerni (DC) napon

� Ako hoćemo da menjamo brzinu, treba nam promenjivi DC napon

� Napajanje jednosmernih mašina se vrši pomoću AC/DC pretvarača.

� Pretvarač rešava problem pokretnja i regulacija brzine !

Page 20: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Model jednosmernog motora

em au

mm

ai

- a

apT

R

+1

1

fkpJ +1

femf ωψ≈

ω

Napon pravi struju

Moment menja brzinu

Struja sa fluxom pravi moment

-

Elektromagnetni momenat LaRaua

ia

iaψψψψa x

Page 21: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

em au

mm−

ai

- e

a

ap T

R

+1

1

fkp J +1

fn o mψ

fn o mψ

ω ωr e g

r e fω

-

J e d n o sm e rn i m o to r

P W M

r e fau

ir e g

r e fai

-

S tru jn o re g . n a p o n sk i iz v o r

em au

mm−

ai

- e

a

a

pT

R

+1

1

fkpJ +1

fnomψ

ω ωreg

refω

-

Jednosm erni motor

PWM

refau

ireg

refai

- p

1 θreg

refθ θ

ω

Regulacija brzine

Regulacija položaja

Reg. brzine i položaja DC motora

Page 22: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Izvor promenjivog jednosmernog napona Izvor promenjivog jednosmernog napona

Page 23: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

DC napajanje – mrežno komutovani ispravljači

Neregulisan izvor napona Regulisan izvor napona

Page 24: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

DC napajanje - DC-DC konvertor (čoper)

VDC

1f∼

3f∼ Va

Neregulisani ispravljač DC čoper

DCDCPWM

ONsr aVV

T

tV =⋅=

t

Va

TON TOFF

TPWM

VDC

0

a – faktor ispuneManja talasnost struje, manja

talasnost momenta

Page 25: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

DC napajanje -Četvorokvadrantni DC-DC

Sve kombinacije

Napon + - Struja + -

Snaga = Napon * Struja

Snaga + -Smer brzine = znak napona

Page 26: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Primena komutatorskih mašina jednosmerne struje

� Električna vuča (trolejbusi, tramvaji, metroi, lokomotive)

Page 27: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Primena komutatorskih mašina jednosmerne struje

� Industrija

Page 28: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Primena komutatorskih mašina jednosmerne struje

� Industrija

Mašina za izradu papirnih džakova

Page 29: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Primena komutatorskih mašina jednosmerne struje

� U automobilima (pogon brisača, pogon bočnih stakala, anlaser)

Jednosmerni motori za pogon brisača stakala na automobilu, 12 V, 40W

Page 30: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Primena komutatorskih mašina jednosmerne struje

� Anlaser (elektropokretač) služi za pokretanje SUS motora. Najčešće je izveden kao motor sa rednom pobudom

Anlaser tipa PG260M 1,7 kW, 12 V

Page 31: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Primena komutatorskih mašina jednosmerne struje

� Mašina sa stalnim magnetima na statoru: ova konstrukcija se koristi za manje snage (tahogeneratori, motori za pogon bočnih stakala i brisača na automobilima, anlaser za SUS motore manjih snaga).

Mali jednosmerni motor 1,3V, 70mA koji se koristi za stvaranja vibracija u mobilnim telefonima

Page 32: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Primena komutatorskih mašina jednosmerne struje

� Mašina sa stalnim magnetima na statoru

Motor jednosmerne struje sa stalnim magnetima

Page 33: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Univerzalni motor

� Univerzalni motor je kolektorski motor sa rednom pobudom koji se može priključiti i na jednosmerni i na naizmenični izvor napajanja.

� Princip rada je isti kao princip rada jednosmerne mašine, ali u pogledu konstrukciji se razlikuje od njih jer je dosta prostiji.

� Kompletno magnetno kolo (statora i rotora) je napravljeno od tankih limova.

Page 34: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Univerzalni motor

Magnetno kolo univerzalnog motora (levo) i izgled univerzalnog motora (desno)

Page 35: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Univerzalni motor

� Prednosti: malih su dimenzija i mogu postići visok broj obrtaja.

� Primenjuju se za pokretanje ručnih bušilica, usisivača, mlinova za kafe, miksera, ventilatora.

� Izrađuju se za snage do oko 1 kW i za brzine obrtanja preko 10000 ob/min za ručne alate i druge ručne elektromotorne uređaje, oko 15000 ob/min i više za usisivače i miksere, te oko 30000 ob/min za mlinove za kafu.

Page 36: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Natpisna pločica320 kW 900 o/min

500 V 690 A

Pobuda: 220 V, 10 A

� Iz podataka prethodno navedene natpisne pločice obrazloženo odgovoriti o kojoj se vrsti mašine radi? Odrediti da li je mašina namenjena za generatorski ili motorski režim rada? Ukoliko je u pitanju motor, izračunati nazivni (nominalni) obrtni moment na vratilu. Izračunati stepen korisnog dejstva mašine za nazivni režim rada na osnovu datih podataka (ukoliko je to moguće).

Page 37: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Natpisna pločica� u pitanju je mašina jednosmerne struje, što se može zaključiti iz činjenice da

nema podatka o frekvenciji niti o faktoru snage (cosφ)

� 320 kW: nazivna (nominalna) snaga mašine (izlazna snaga mašine)

� 900 o/min: nazivna brzina obrtanja

� 500 V, 690 A: nazivni (nominalni) napon i struja rotorskog namotaja

� 220 V, 10 A: nazivni (nominalni) napon i struja statorskog (pobudnog) namotaja

� u pitanju je jednosmerna komutatorska mašina sa nezavisnom pobudom (stator i rotor se napajaju iz dva nezavisna izvora)

Page 38: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Natpisna pločica

� mašina je predviđena za motorski režim rada, a to se može ustanoviti izračunavanjem električne snage: Pe=Ua⋅Ia=500⋅690=345000 W = 345 kW. Kako je električna snaga Pe veća od 320 kW (320 k W predstavlja izlaznu snagu), u pitanju je motor (razlika snaga potiče zbog postojanja gubitaka u mašini). Kod generatora su izlazna i električna snaga jednake (to ne znači da ne postoji snaga gubitaka, već je kod generatora izlazna snaga upravo električna). Kako je u pitanju motor, to izlazna snaga predstavlja mehaničku snagu.

Page 39: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Natpisna pločica

� Nazivni obrtni mometn je:

� Stepen iskorišćenja u nazivnom režimu:

Nm3397900

602320000 =

⋅=== πωω n

izlazna

n

nn

PPM

%9292,010220690500

320000 ==⋅+⋅

=+

==ffaa

n

ulazna

izlaznan IUIU

P

P

Page 40: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

Natpisna pločica

� Primer za samostalan rad:

270 kW 890 o/min

500 V 610 A

Pobuda: 220 V, 10 A

Page 41: ELEKTRIČNE MA ŠINE - prakticnanastavaets.files.wordpress.com · jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu

I na kraju...

� Zbog veće cene, složenijeg i skupljeg održavanja, manje pouzdanosti i kraćeg veka trajanja, danas se mašine jednosmerne struje sve više potiskuje od strane jeftinijih, jednostavnih i robusnijih električnih mašina za naizmeničnu struju upravljanih mikroprocesorima i napajanih uređajima energetske elektronike.

� Generatori jednosmerne struje su praktično potisnuti iz upotrebe poluprovodničkim ispravljačima.