1

ELEKTROMOTORNI POGON 1

Zdravko Borić

1.,2.,3.,4. nastavni sat

Uvod u nastavni predmet

• Upoznavanje učenika s osnovnim ciljevima, zadacima i obavezama

CILJEVI PREDMETA:Predmet se nadovezuje na predmet Elektri čni strojevi i kod u čenika

treba stvoriti jasnu sliku o radu elektri čnih strojeva u zajednici s radnim mehanizmima i odvijanju regulacijskog proces a pri regulaciji elektromotornih pogona.

1. Potrebno je u čenike upoznati s osnovnim zahtjevima koje radni mehanizmi i tehno čoški proces postavljaju na elektri čne strojeve,

2. upoznati s mogu ćim smetnjama i kvarovima koje radni mehanizmi ili napojna mreža mogu uzrokovati u elektri čnim strojevima,

3. upoznavanje s postupcima regulacije elektri čnih strojeva.

2

Da bi navedene zadaće učenici uspješno usvojili koristim se najviše frontalnim oblikom rada i grupnim radom.

Metodički oblik je razgovor i rad na tekstu.

U nastavi se koriste demonstracijski paneli koje rade učenici ili se dobiju od proizvoñača, demonstracijski elementi, a najčešće se koristi grafo folijama za prikaz djelova elektromotornog pogona.

Koristi se i računalo i LCD projektor za prezentacije u PowerPoint programu.

Učenici putem projekata izrañuju materijaleza pojedine nastavne sate i nastavne jedinice. Projekti su osnovni djelovi ocjene i bez izra ñenog projekta u čenik NE MOŽE imati pozitivnu ocjenu iz predmeta. Projekt se

izrañuje na CD-u i u pisanoj (tiskanoj) formi i dio je p ripreme u čenika za izradu završnog rada

Kao literaturu preporu čuje se knjiga autora Božidar Skalicki i Josip Grilec “ ELEKTRI ČNI STROJEVI I POGONI “ izdava ča Fakultet strojarstva i brodogradnje (knjigu preporu čio za Elektri čne strojeve školske godine 2005./2006. prof Puškari ć)

ELEKTRIČNI STROJEVI

ELEKTRIČNI STROJEVI

MOTORI GENERATORI

IZMJENIČNI ISTOSMJERNI

JEDNOFAZNI VIŠEFAZNI SERIJSKI PARALELNI KOMPAUNDNI

SINKRONI ASINKRONI KOLEKTORSKI

3

električnaelektričnaPRETVORNICI I

TRANSFORMATORI

mehaničkaelektričnaEL. MOTORI

električnamehaničkaEL. GENERATORI

IZLAZNAENERGIJA

ULAZNA ENERGIJA

ELEKTRIČNI STROJ

Općenito o elektromotornim pogonima

n M

Mt

mreža

Električna energija

Mehanička energija

Elektromotorni pogoni (EMP) su vrsta pogona u kojima se mehanička energija potrebna za obavljanje korisnog rada dobiva iz elektromotora.

4

• Asinkroni motor (trofazni)

Okretno magnetsko polje stvoreno u statorskim namotima protjecanim izmjeničnim fazno

pomaknutim strujama vrti se sinkronom brzinom vrtnje:

p

fns

160⋅=

Rad elektromotora – ponavljanje ELEKTRIČNIH STROJEVA

Stator asinkronog motora

Smještaj namota u utore po obodu statora

Spoj u zvijezdu – shematski spoj namota na statoru

5

Kavezni asinkroni rotor

Klizno – kolutni rotor

6

• Istosmjerni elektromotori

7

čAA URIEU ∆+⋅+=

AM IKM ⋅Φ⋅=lIBF ⋅⋅=

Princip rada

Vrste istosmjernog motoraStaro označavanje (ima ga na HŽ)

8

Opća svojstva elektromotornog pogona

Tri su osnovne prednosti po kojima elektromotori nadmašuju ostale davaoce rada:

1. Vrlo visoka ekonomičnost (korisnost ).2. Neposredna spremnost za pogon uz puno

opterećenje i3. izvanredna prilagodljivost radnom mehanizmu,

tehnološkom procesu i općim uvijetima okoliša

%98≈η

Konstrukcijske su mogućnosti široke:

• Elektromotori se mogu proizvoditi za široku skalu brzine vrtnje,

• Za konstantan i jednoličan moment,• Za kratkotrajne, a i trajnije visoke

preopteretivosti,• Za razne specijalne režime rada• Za razne uvijete onečišćenja atmosfere (puno

vlage, agresivnih i eksplozivnih plinova i prašine)

9

Osnovni dijelovi EMP-a i koji momenti djeluju u EMP -u i

njihova me ñusobna ovisnost? (Matura)Osnovni dijelovi EMP-a su:

1. radni mehanizam - stroj koji obavlja radni proces 2. elektromotor - daje mehaničku energiju radnom mehanizmu3. spojni elementi - spajaju radni mehanizam i elektromotor (spojke, remenice, zupčanici)4. priključni i upravljački elementi - pomoću njih se EMP priključuje na izvor el. energije

Momenti koji djeluju u EMP-u su:• moment motora Mm • moment tereta Mt• moment ubrzanja (usporenja) Mu

pogonski motor radni mehanizamM

Mt

nteret

Prijenos gibanja

Električna mreža

ΣM = 0 Mu = Mm - Mt

n M

Mt

mreža

Električna energija

Mehanička energija

Osnovni pojmovi EMP

1. Elektromotor u stacionarnom ili dinamičkom stanju

2. Radni stroj (RS) ili radni mehanizam (RM)

Elektromotor predaje mehaničku energiju RS

M – moment motora; n – broj okretaja rotora motora; Mt – moment tereta

Okretnom momentu pogonskog elektromotora M suprotstavlja se moment tereta Mt

10

mreža

Električna energija

EM RS

U prijelaznom stanju postoji i moment Mu koji ubrzava ili usporava zamašne mase.

Mu=M – Mt odnosno M = Mu + Mt

εω ⋅=∆∆⋅=−= J

tJMMM tu

J – moment tromosti (inercije) svih gibljivih djelova reduciran na osovinu motora; ω = 2πn – kutna brzina; n – brzina vrtnje; ε - kutno ubrzanje osovine motora

εω ⋅=∆∆⋅=−= J

tJMMM tu

1. Za stacionarno stanje EMP vrijedi:

ωωωω = konstant.

n = konstant.

∆ω∆ω∆ω∆ω / ∆∆∆∆t = 0

∆∆∆∆n / ∆∆∆∆t = 0

M = Mt

Mu = 0

n ωn1

nN

Mt1 Mt

M

M1 Mp Mpr

Mu

MMn

Npr. statička momentna karakteristika kaveznog asinkronog motora i mehanička statička karakteristika pokretnog mehanizma, npr. ventilatora

0=⋅=∆∆⋅=−= εω

Jt

JMMM tu

11

0≠⋅=∆∆⋅=−= εω

Jt

JMMM tu

2. Za dinami čko (prijelazno) stanje EMP vrijedi:

M ≠ Mt

Mu = M – Mt

ωωωω ≠ konst.

n ≠ konst

∆ω∆ω∆ω∆ω / ∆∆∆∆ t = f(Mu) ≠ 0

∆∆∆∆n / ∆∆∆∆ t = f (Mu) ≠ 0Stacionarna i dinamiStacionarna i dinamiStacionarna i dinamiStacionarna i dinamiččččka stanja EMP ka stanja EMP ka stanja EMP ka stanja EMP u mehaniu mehaniu mehaniu mehaniččččkom smislu meñusobno se kom smislu meñusobno se kom smislu meñusobno se kom smislu meñusobno se izmjenjuju, jer je nemoguizmjenjuju, jer je nemoguizmjenjuju, jer je nemoguizmjenjuju, jer je nemogućććće dovesti e dovesti e dovesti e dovesti EMP u bilo koje stacionarno stanje EMP u bilo koje stacionarno stanje EMP u bilo koje stacionarno stanje EMP u bilo koje stacionarno stanje ili ga izvesti iz njega a da ne ili ga izvesti iz njega a da ne ili ga izvesti iz njega a da ne ili ga izvesti iz njega a da ne proñe kroz dinamiproñe kroz dinamiproñe kroz dinamiproñe kroz dinamiččččko stanje.ko stanje.ko stanje.ko stanje.

pogonski motor radni mehanizamM

Mt

nteret

Prijenos gibanja

Pogonska stanja EMP(temeljna zakonitost pogona)

III- motorski rad lijevi smjer

IV- generatorski rad lijevi smjer

Radna stanja – kvadranti

I – motorski rad desni smjer

II- generatorski rad desni smjer

12

-m +m

+ω

-ω

III – MOTORSKIel. stroj kao motor

optere ćenje prima energiju

IV – GENERATORSKIel. stroj kao generator

optere ćenju daje energiju

II – GENERATORSKIel. stroj kao generator

optere ćenju daje energiju

I – MOTORSKIel. stroj kao motor

optere ćenje prima energiju

Motorsko pogonsko stanje

- Brzina vrtnje raste, moment motora M ve ći je od momenta tereta M t te moment M u ubrzava pogon,

-Brzina vrtnje se ne mjenja, moment motora M jednak je momentu tereta M t, pogon je u stacionarnom radnom stanju M u = 0

-Brzina vrtnje opada, moment motora M manji je od momenta tereta M t te moment M u koči pogon.

13

Generatorsko pogonsko stanje

- Brzina vrtnje raste, generatorski moment stroja M manji je od momenta tereta M t te moment M u koči pogon, ali nedovoljno,

-Brzina vrtnje se ne mjenja, moment motora M jednak je momentu tereta M t, te je Mu = 0, pogon je u stacionarnom ko čnom stanju

-Brzina vrtnje opada, moment motora M ve ći je od momenta tereta M t te moment M u djelotvorno ko či pogon.

ZAKLJUČAK (Matura)

Motorsko pogonsko stanje (3 slu čaja):1. brzina vrtnje raste (n) rasteMm>Mt Mm=Mt+Mu Mu=Mm-Mt>0

-Moment motora nadvladava moment tereta-Moment ubrzanja Mu ubrzava pogon2. n-konstantanMm=Mt Mu=0

-motorski moment Mm jednak je momentu tereta Mt, pogon je u stacioniranom stanju (Mu=0)3. n-opadaMm<Mt pa je Mu<0-što znači da moment ubrzanja usporava teret ili ga koči, moment tereta nadvladava moment motoraGeneratorsko pogonsko stanje1. n raste Mt>Mm (moment tereta nadvladava moment motora) i Mu koči ali nedovoljno uspješno

2. n-konst Mt=Mm Mu=0-moment tereta i moment motora su jednakog iznosa.pogon je u stacioniranom pogonskom stanju3. n padaMt<Mm i Mu uspješno koči

14

Zaključak 1.

• Ponašanje u generatorskom (kočnom) stanju može se uočiti pri kretanju električnog vozila na nizbrdici.

• Kod motorskog pogonskog stanja razvijeni moment djeluje u smjeru vrtnje.

• Kod generatorskog pogonskog stanja razvijeni moment djeluje nasuprot smjeru vrtnje.

• U EMP ne govorimo o motorskom i generatorskom U EMP ne govorimo o motorskom i generatorskom U EMP ne govorimo o motorskom i generatorskom U EMP ne govorimo o motorskom i generatorskom

stanju, nego se govori o RADNIM I KOstanju, nego se govori o RADNIM I KOstanju, nego se govori o RADNIM I KOstanju, nego se govori o RADNIM I KOČČČČNIM NIM NIM NIM

POGONSKIM STANJIMAPOGONSKIM STANJIMAPOGONSKIM STANJIMAPOGONSKIM STANJIMA

ZAKLJUČAK 2.Temeljna zakonitost pogona

• Otporni teret

motor odre ñuje brzinu vrtnje

moment tereta (Mt) ≤≤≤≤ Motorski moment (Mm)

MrMm

n

radni mehanizam pogonski motor

Mm = Mt + Mu Moment motora = moment tereta + moment ubrzanja

P = M x ω Snaga = moment x brzina vrtnje

W = P x t Energija = snaga x vrijeme

15

ZAKLJUČAK 3.Temeljne zakonitosti pogona

moment tereta (Mt) ≤≤≤≤ moment ko čennja(Mf)

stroj odre ñuje brzinu vrtnje

Mt Mf

n

Kočnica

radni mehanizam pogonski motorkočnica

Kočni (generatorski) režim rada

ZAKLJUČAK 4.Temeljne zakonitosti pogona

Prijenosnik - reduktor u pogonu

veliki moment

niska brzina

POVEĆANJE MOMENTA

pove ćanje brzine

Mali moment

velika brzina

M x ωωωω = P =M x ωωωω

reduktor

gubici

motor

16

Rekapitulacija

• maksimalni motorski moment u prijelaznoj pojavi npr. pri startu

• potreba rada u više smjerova brzine vrtnje i reverziranje toka energije

Podaci se dobivaju iz:

• trajne snage

• mehaničke karakteristike moment/brzina

• inercija (moment inercije)

• potrebno vrijeme ubrzanja i usporenja

• smjerovi rotacije

P = Mmax x ωωωωmax

(W) (rad/s)(Nm)

Mm - Nm

1 - 4 kvadranta

M = f (ωωωω)

J - m2 kg

tu (s)

kvadranti

• maksimalna snaga motora u trajnom radu

Karakteristike radnog mehanizma temeljni su podaci za izbor svih elemenata pogona.

P = M x ωωωω