Koracni motori 2

8/13/2019 Koracni motori 2

1/34

VISOKA KOLA ELEKTROTEHNIKE IRAUNARSTVASTRUKOVNIH STUDIJA

RAJEVI

AleksandarPREKIDAKI RELUKTANTNI MOTORI I NJIHOVA

PRIMENA

- d i p i o m s k i r a d -

Beograd, 2009.


2/34

RajeviAleksandar: Prekidaki reluktantni motori i njihova primena

1

Kandidat: RajeviAleksandar

Broj indeksa: 04/04

Smer: Automatika

Tema: PREKIDAKI RELUKTANTNI MOTORI INJIHOVA PRIMENA

Osnovni zadaci:1. Opisati princip rada reluktantnih motora2. Opisati tipove reluktantnih motora

3. Opisati primenu reliktantnih motora

Hardver: 0% Softver: 0% Teorija: 100%

Beograd, 2009. Mentor:

_______________________Mr.Milan Mijalkovi, prof.


3/34


2

SADRAJ:

1. UVOD........................................................................................................................................4

2. MOTORI SA STALNIM MAGNETIMA NA ROTORU ....................................................82.1 Unipolarni motori.................................................................................................................82.2 Bipolarni motori..................................................................................................................102.3 Vieredni motori..................................................................................................................112.4 Multifazni motori................................................................................................................13

3. MOTORI SA PROMENLJIVOM RELUKTANSOM........................................................153.1 Motori sa promenljivom reluktansom.................................................................................153.2 Hibridni motori....................................................................................................................17

4. PRIMER PREKIDAKI RELUKTANTNI MOTOR 6/4 DETALJNIJI OPIS.............18

4.1 Opis motora i princip rada ......184.2 Uticaj irine statorskih i rotorskih polova na karakteristike motora .......204.3 Promena smera obrtanja ..214.4 Mehanika karakteristika prekidakog reluktantnog motora...22

4.41 Zona konstantnog momenta .....244.4.2 Zona konstantne snage.....254.4.3 Zona maksimalnog ugla voenja ....26

5. ALGORITMI ZA UPRAVLJANJE PREKIDAKIMRELUKTANTNIM MOTOROM..........................................................................................27

6. REIM RADA PREKIDAKOG RELUKTANTNOG MOTORA...................................28

7. PREDNOSTI I MANE POGONA SA PREKIDAKIMRELUKTANTNIM MOTOROM .........................................................................................29

8. PRIMENA RELUKTANTNOG MOTOTA .....30

9. ZAKLJZAK..........................................................................................................................32

10. LITERATURA..33


4/34


3

IZVOD

U diplomskom radu opisani su principi rada reluktantnih motora. Opisanisu tipovi i naprimeru jednog od njih pokazane deteljnije karakteristike. Pokazane su prednosti i mane motorakao i njihova primena.

ABSTRACT

This graduation paper describes the working principles of reluctance motors. It describesthe types of motors and shows their more detailed characteristics on the example of one of them.

Here are also shown their advantages and disadvantages, as well as their application.


5/34


1. UVOD

Elektrina mainaje ureaj koji pretvara mehaniku energijuu elektrinui obrnuto.Maine koje mehaniku energiju pretvaraju u elektrinu energiju zovu se elektrini generatori,dok se maine koji elektrinu energiju pretvaraju u mehaniku zovu elektromotori.

U elektrine maine se ponekad ubrajaju i transformatorii ureaji energetskeelektronike,koji ne menjaju oblik energije, venjen kvalitet (promena napona, konverzija iznaizmenineujednosmernu strujui obrnuto).

Transformator Elektrini generator

Elektromotor

Slika 1.1Elektrine maine

4
http://sr.wikipedia.org/sr-el/??????????_????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/??????????_????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/??????????_????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/?????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/?????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/?????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/????????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/?????????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/??????????_???????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/??????????_???????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/???????????_??????http://sr.wikipedia.org/sr-el/???????????_??????http://sr.wikipedia.org/sr-el/???????????_??????http://sr.wikipedia.org/sr-el/???????????_??????http://sr.wikipedia.org/sr-el/???????????_??????http://sr.wikipedia.org/sr-el/???????????_??????http://sr.wikipedia.org/sr-el/??????????_???????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/??????????_???????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/?????????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/????????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/?????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/??????????_????????http://sr.wikipedia.org/sr-el/%D0%A1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0:Transformator_Vrhovo.JPGhttp://hr.wikipedia.org/wiki/Slika:Drehstrom-Synchron-Generator.jpghttp://www.phys.unsw.edu.au/hsc/hsc/real_motors/large_images/DSC00135.jpg


6/34


Elektromotorni pogon predstavlja elektromehaniki sistem koji vri konverzijuelektrine energije u mehaniku. Elektromotor predstavlja najvaniji deo elektromotornog

pogona i poslednji je u nizu komponenti za konverziju energije.Motori jednosmerne struje su zbog svojih dobrih osobina dugo bili nezamjenjivi deoelektromotornih pogona, da bi ih danas zahvaljujui razvijenim tehnikama upravljanja i dobrimosobinama, asinhroni motor potisnuo.

Slika 1.2 Dvomotorni pogon

5


7/34


ZATITA

Slika 1.3Blok ema glavnih delova pogona

referenca ili vii upravljaki nivo

REGULATOR

IZVOR PRETVARA OPTERE-MOTOR MEHIKA.VEZA ENJE

6


8/34


Korane motore delimo na dve vrste: motori sa stalnima magnetima na rotoru i motore sa promenljivom reluktansom (takodje postoje hibridni motori,koje po pitanju

regulatora ne mozemo razlikovati od motora sa stalnima magnetima),sa tri i vienamotaja na statoru.

Ove vrste motore zovemo jos iprekidaki motori zbog nacina upravljanja .U slucaju da nema oznaka,ove dve vrste generalno mozemo razlikovati na dodir,kad nisu

ukljuceni. Motori sa stalnim magnetima imaju tendenciju da blokiraju dok okrecete rotor prstima,dok se motori sa promenjivom reluktansom skoro okrecu sami (iako i oni mogu malo dazapinju,blokiraju zbog preostale magnetizacije rotora).

Motori sa promenjivom reluktansom imaju 3 (ponekad i 4) namotaja na statoru. Motorisa stalnim magnetima obino imaju dva zasebna navoja na statoru sa ili bez centralnih loza..

Korani motori se prave u razliitima rezolucijama uglova. Najjednostavniji motori seobino okrenu 90 stepenipo koraku, dok motori sa velikom rezolucijom mogu da izvedu 1,8 iliak 0,72 stepeni po koraku sa odgovarajuim regulatorom. Veina motora sa stalnim magnetimai hibridnih motora mogu da rade upolukoracima.Neki regulatori mogu da izvode manje

frakcione korake ili mikrokorake.Kod motora sa stalnim magnetima i kod motora sa promenljivom reluktansom ako jejedan namotaj ukljuen rotor ( bez optereenja) e se okrenuti do fiksnog ugla i onda e zadrzatitaj ugao .

Upotrebom odgovarajueg regulatora tj. pravilnim putanjem struje kroz namotaje kaorezultat ( rotor pokuava da se zadri na svako sledeoj taki) dolazi do okretanja rotora.

Slika 1.4Korani motori

7


9/34


2. MOTORI SA STALNIM MAGNETIMA NA ROTORU

2.1 Unipolarni motori

Slika 2.1ema veze statorskih namotaja i popreni presekunipolarnog motora

Unipolarni korani motori kao i motori sa promenljivom reluktansom tako i hibridni

korani motori sa pet ili est ica, su obino povezani icom kao to je prikazano na emi slika2.1, sa centralnom lozom na svakom od dva namotaja. Prilikom upotrebe centralne loze su obinopovezane icom sa pozitivnim napajanjem i dva kraja svakog namotaja se naizmeninouzemljuju, kako bi se obrnuo smer polja koji taj namotaj daje.

Na preseku motora na slici 2.1 prikazan je motor sa stalnim magnetima na rotoru sa 30stepeni po koraku. Namotaj motora broj 1 je postavljen izmedju vrha i dna poluge statora(isturenih polova), dok je namotaj motra broj 2 postavljen izmedju leve i desne poluge motora.

Rotorje stalni magnet sa est polova ,tri juna i tri severna pola koji su poredjani okonjegovog oboda.

Za vie rezolucije ugla rotora, motor mora imati proporcionalno vei broj poluga. Motorsa 30 stepeni po koraku prikaza na ovoj slici je jedan od naeih vrsta motora sa stalnim

magnetom na rotoru. Iako su i motori sa 15 i 7,5 stepeni iroko rasprostranjeni.Motori sa stalnim magnetima na rotoru sa dobrim rezolucijama kao l,8 stepeni po korakuse takodje prave, a hbridni motori se obino prave sa 3,6 i l,8 stepeni po koraku, dok su takodjemogue visoke rezolucije kao 0,72 stepeni po koraku.Kao to je prikazano na slici 2.1, strujakoja prolazi iz centralne loze namotaja l do namotaja uzrokuje da gornja poluga statora postaneseverna poluga dok donja poluga statora postaje juna poluga. Ovo privlai rotor na prikazanupoziciju.Ako se iskljui struja na namotaju 1 a pokrene na namotaju 2 rotor e se okrenuti za 30stepeni ili za jedan korak.

8


10/34


Kako bi se motor neprestano okretao mi putamo struju kroz dva namotaja u nizu. Premalogikoj predpostavci gde 1 oznaava putanje struje kroz namotaj motrora, sledea dva kontrolnaniza e okrenuti motor prikazan na slici 2.1 u smeru kazaljke na satu za 24 koraka.

Namotaj 1a 1000100010001000100010001

Namotaj 1b 0010001000100010001000100

Namotaj 2a 0100010001000100010001000

Namotaj 2b 0001000100010001000100010

vreme --->

Namotaj 1a 1100110011001100110011001

Namotaj 1b 0011001100110011001100110

Namotaj 2a 0110011001100110011001100

Namotaj 2b 1001100110011001100110011

vreme --->

Primetimo da kroz dve polovine istog namotaja nikad ne putamo struju u isto vreme.Oba gore prikazana niza e rotirati stalni magnet za jedan korak. Gornji niz pokretae samo jedannamotaj odjedanput kao to je prikazano na gornjoj slici, na taj nain koristi manju energiju.

Donji niz podrazumeva pokretanje dva namotaja od jednom i time proizvodi snaguobrataja oko l,4 puta veuod gornjeg niza dok koristi duplo vie energije.

Pozicije koraka koje proizvode ova dva niza iznad, nisu iste kao rezultat togakonbinovanje ova dva niza omoguava polu korakedok motor naizmenino staje na pozicijamaoznaenim jednim ili drugim nizom.Konbinovani niz izgleda ovako:

Namotaj 1a 11000001110000011100000111

Namotaj 1b 00011100000111000001110000

Namotaj 2a 01110000011100000111000001

Namotaj 2b 00000111000001110000011100

vreme --->

9


11/34


2.2 Bipolarni motori

Slika 2.2ema veze statorskih namotaja i popreni presekbipolarnog motora

Bipolarni motori sa stalnim magnetima i hibridni motori se konstruiu sa bukvalni istimmehanizmom kakav je korien na unipolarnim motorima, ali dva namotaja su jednostavnijepovezana icom, bez centralnih loza.

Na taj nain sam motor je jednostavniji, ali strujno kolo nephodno za obrtanje polariteta

svakog para poluga motora je sloenije.ema na slici 2.2 prikazuje kako je ovakav motor povezan icom dok je presek prikaznogmotora ovde isti kao na preseku na slici 2.1.

Kruno kolo za pokretanje ovakvog motora zahteva H-most, kontrolno kruno kolo zasvaki namotaj.

UkratkoH-mostomoguava da polaritet struje na svakom kraju svakog namotaja budezasebno regulisan. Kontrolni nizovi za pojedinani korak ovakvog motora prikazani su dole,korienjem sinbola plus i minus da oznae polaritet struje puten na svaki namotaj motora.

Izvod 1a +---+---+---+--- ++--++--++--++--

Izvod 1b --+---+---+---+- --++--++--++--++

Izvod 2a -+---+---+---+-- -++--++--++--++-

Izvod 2b ---+---+---+---+ +--++--++--++--+

vreme --->

10


12/34


Primetimo da su ovi nizovi identini onima za unipolarne motore sa stalnim magnetimana statoru na apstraktnom nivou i da izuzev nivoa H-most elektronike za ukljuivanje struje,kontrolni sistem za ova dva tipa motora mogu biti identian. Primetimo da mnogi H-most ipoviimaju jedan kontrolni ulaz(input) da omogue izlaz(output) i jo jedan da kontroliu smer. Ako sudata dva ovakva most-ipa jedan po namotaju sledei kontrolni niz e pokrenuti motor na

identian na

in kao i kontrolni nizovi gore.

Omogui 1 1010101010101010 1111111111111111

Smer 1 1x0x1x0x1x0x1x0x 1100110011001100

Omogui 2 0101010101010101 1111111111111111

Smer 2 x1x0x1x0x1x0x1x0 0110011001100110

vreme --->

Da bi razlikovali bipolarni motor sa stalnim magnetimaod ostalih motora sa etiri iceizmerite otpor izmedju razliitih izvoda. Vano je primetiti da neki motori sa stalnim magnetimaimaju etiri nezavisna namotaja u dve grupe od dva.

Unutar svake grupe ako su dva namotaja povezana icom u niz rezultat moe bitikorien kao visoko naponski bipolarni motor. Ako su povezani icom paralelno rezultat moebiti korien kao nisko naponski uniplarni motor.

2.3 Vieredni motori

Slika 2.3ema veze statorskih namotaja i popreni presekvierednog motora

11


13/34


Vieredni navocina koranom motoru se primenjuju na istu geometriju rotora i statorakao i u bipolarnom motoru ali umesto namotavanja svakog namotaja u statoru jednom icom ,dve ice se namotavaju paralelno jedna sa drugom. Kao rezultat toga motor ima osam ica, a neetiri. U praksi motori sa vierednim namotajima se uvek pokreu kao i unipolarni ili bipolarnimotori.Slica 2.3 prikazuje alternativne veze sa namotajima u takvom morou.

Da bi koristili vieredni motor kao unipolarni motordve ice svakog namotaja supovezane u niz i taka spajanja se koristi kao centralna loza. Na slici 2.3 je prikazan namotajpovezan na ovaj nain.

Da bi koristili vieredni motor kao bipolarni motor dve ice svakog namotaja supovezane ili paraleleno ili u niz. Namotaj 2 na slici 2.3 je prikazan saparalelenimpovezivanjem,to omoguava nisko-naponsku visoko-strujnu operaciju. Namotaj jedan u slici 2.3 je povezan uniz (red)ako se centalna loza zanemari, ovo omoguava operacije pri viem naponu i nioj strujinego to bi bili koriteni kao namotaj sa paralelnim povezivanjem.

Treba primetiti da su usutini svi motori sa est ica koji se prodaju kao biolarni su usutini namotani korienjem vierednih namotaja, tako da spoljanja konekcija koja slui kaocentralna loza je u stvari povezana kao to je prikazano za namotaj 1 na slici 2.3Bilo kojiunipolarni motor moze biti koriten kao bipolarni motor pri duplo veem naponu i duplo manjoj

struji od one koja je navedena na ploici sa imenom.Pitanje ispravnog napona za rad bipolarnog motora koji se koristi kao unipolarni motor ili

vierednog motora sa motornim namotajima u nizu nije tako trivijalno kao to deluje na prvipogled. Postoje tri pbroblema:

Kapacitet ice za prenos struje hladjenje motora i izbegavanje zasienja magnetnog kola motora, iz termalnih razloga ako su namotaji

namotani u niz napon bi trebalo poveati samo za kvadratni koren od dva.Kad su dva polu-namotaja povezana u niz broj obrtaja se udvostruava. Poto su kod

dobro napravljenih motora magnetna kola blizu take zasienja, onda kad motor radi prema

procenjenom naponu i struji, poveanje broja obrtaja ne

e u

initi to polje ja

im. Stoga kadmotor radi sa dva polu-namotaja povezana u niz, struja treba biti prepolovljena kako bi se izbeglo

zasienje ili drugim reima napon kroz motorne namotaje treba da ostane kakav je i bio.

12


14/34


2.4 Multifazni motori

Slika 2.4Konfiguracije povezivanja

Manje uobiajena vrsta motora sa stalnim magnetom kod koga su namotaji motoraspojeni ciklinim nizovima sa jednom lozom izmedju svakog para namotaja u krugu, ili sa samojednim krajem svakog motornog namotaja koji je ostavljen dok su ostali krajevi svakog navojapovezani zajedno u nepristupanu unutranju vezu.

U kontekstu trofaznih motora ove konfiguracije bi bile opisane kao delta i Ykonfiguracije (trouga i zvezde), ali one se takodje koriste kod petofaznih motora kao to jeilustrovano na slici 2.4

Neki multifazni motori ostavljaju sve krajeve svih motornih navoja nepovezane,preputajui korisniku da bira izmedju delta i Y konfiguracije ili kao druga opcija omoguavajuda se svaki namotaj zasebno pokree.

Kontrola bilo kog od ovih multifaznih motora sa bilo delta ili Y konfiguracijom zahtevapola H-mosta za svaki terminal motora.Vano je primetiti da petofazni motori imaju potencijal da daju veu snagu obrtaja od date

veliine na ploici zato to se svi ili svi sem jednog namotaja motora pokreu u svakom trenutkuradnog ciklusa. Neki petofazni motori imaju visoku rezoluciju od 0.72 stepena po koraku.

Mnogi alternatori za pogone se prave upotrebom trofazne hibridne geometrije bilo sastalno namagnetisanim rotorom ili elektro magnetnim rotorom koji se pokree preko para

krunih kalema. Oni se uopteno koriste kao korani motori u nekim tekim industrijskimgranama. Reje o uglu koraka od 10 stepeni po koraku. Kod petofaznog mora postoji 10koraka po ponavljanju koranog ciklusa kao to je pokazano ispod:

Izvod 1 +++-----+++++-----++

Izvod 2 --+++++-----+++++---

Izvod 3 +-----+++++-----++++

Izvod 4 +++++-----+++++-----

Izvod 5 ----+++++-----+++++-

vreme --->

13


15/34


Kod trofaznog motora postoji est koraka po ponavljanju koranog ciklusa kao to jeprikazano isod:

Izvod 1 +++---+++---

Izvod 2 --+++---+++-

Izvod 3 +---+++---++

vreme --->

Ovde kao i u sluaju bipolarnog motora svaki terminal je povezan bilo sa pozitivnim ilinegativnim delom motornog sistema energije. Primetimo da prilikom svakog koraka samo jedanizvod menja polaritet. Ova promena uklanja energiju iz jednog namotaja koji je povezan na tajizvodl zato to su oba izvoda datog namotaja istog polariteta i prebaciju energiju na jedannamotaj koji je predhodno bio neiskorien.

Da bi razlikovali petofazni motor od ostalih motora , primetimo da u koliko otporizmedju dva uzastopna izvoda petofznog motora iznosi R, otpor izmedju ne uzastopnih izvodaiznosie l.5 R.

Primetimo da neki petofazni motori imaju pet zasebnih motornih namotaja . Oni mogubiti povezani u konfiguraciju zvezda koja je prikazana gore, upotrebom pet polu most drajverkola, ili svaki navoj moe funkcionisati preko sopstvenog punog mosta.

Dostupnost integrisanih ipova sa potpunim mostom moe uiniti ovaj drugi pristuppoeljnijim.

14


16/34


3. MOTORI SA PROMENLJIVOM RELUKTANSOM

3.1 Motori sa promenjimom reluktansom

Slika 3.1ema veze statorskih namotaja i popreni presekmotora sa promenljivom reluktansom

Ako va motor ima tri namotaja,tipino povezana kao to je prikazano na ematskomdiagramu na slici 3.1 sa jednom takom zajednikom za sva tri navoja onda je u pitanju motor sa

promenljivom reluktansom.Prilikom upotrebe zajednikka ica obino ide do pozitivnognapajanja i kao posledica toga dolazi do pokretanja namotaja.

Na preseku na slici 3.1 prikazan je motor sa promenjivom reluktansom sa 30 stepeni pokoraku.Rotor ovog motora ima etri isturena pola na rotoru a est isturenih polova na statoru.Svaki namotaj na statoru namotan je oko dva razliita isturena pola - poluge.

Kad kroz namotaj 1 protekne struja, javlja se elektromagnetno polje usled ega rotor odgvoa tei da zauzme poloaj u pravcu namotaja 1.Ako se iskljui namotaj 1 a ukljui namotaj2 rotor e se zakrenuti u poloaj 2 za 30 stepeni u smeru kazaljke na satu.Da bi se rotor ovogmotora okretao bez prestanka naizmenino putamo struju kroz tri namotaja.Zbog takvog nainaputanja stuje kroz namotaje ovi motori se jo zovu iprekidaki.

Prema logikoj predpostavci gde 1 oznaava putanje struje kroz namotaj motora, sledei

kontrolni niz e okrenuti motor prikazan na slici 3.1 u smeru kazaljke na satu za 24 koraka ilidve revolucije.

Namotaj 1 1001001001001001001001001

Namotaj 2 0100100100100100100100100

Namotaj 3 0010010010010010010010010

vreme --->

15


17/34


Takodje postojekorani motori sa promenljivom reluktansom sa etiti i pet namotaja,koji zahtevaju pet ili est ica. Princip za pokretanje ovih motora je isti kao i kod motora sa trinamotaja, ali je voma vano izraditi taan redosled pokretanja namotaja kako bi se motor lepookretao.

Na prikazu motora na slici 3.1 koji daje 30 stepeni po koraku koristi se najmanji broj

poluga rotora i poluga statora, koji daju zadovoljavajue performarse. Kori

enje ve

eg brojastatorskih i rotornih isturenih polova omoguava pravljenje motora sa manjim uglomkoraka.

16


18/34


3.2 Hibridni motori

Slika 3.2Popreni presek hibridnog motora

Hibridni motor je kombinacija osobina motora sa promenljivom reluktansom imotora sa stalnim magnetima, hibridni motor ima neke od poeljnijih osobina svakog tipa.

Oni imaju visoke snage obrtaj a i odlinu stalnu i dinamiku snagu obrtaja i mogu da radevisoko koranom brzinom obino oni izvode ugaone korake od O,9 do pet stepeni. Obino suopremljeni vieredni navojima kao to je prikazano na slici 3.2 tako da se moe koristiti jedanizvor napajanja .Ako se faze pokreu jedna po jedna navedenim redosledom, rotor bi se rotirao uvrednosti od l,8 stepeni.

Ovaj motor takodje se moe pokretati preko dve faze odjednom kako bi se proizvelavea snaga obrtaja ili naizmenino jedna onda dve onda jedna faza da bi se proizveli polukoraciili vrednost od 0,9 stepeni .

17


19/34


4. PRIMER - PREKIDAKI RELUKTANTNI MOTOR 6/4DETALJNIJE KARAKTERISTIKE

U ovom poglavlju na primeru prekidakog reluktantnog motora 6/4 su prikazani osnovni

principi rada i karakteristike. Izveden je izraz za elektromagnetni moment i objanjeni kriterijumiza izbor irine statorskih i rotorskih polova. Razmotrene su glavne mane i prednosti ovog tipamotora.

4.1 Opis motora i princip rada

Kao to je navedeno u poglavlju 3 princip rada prekidakog reluktantnog motora sezasniva na tenji elektromagnetnog sistema da zauzme poloaj u kome je akumulisanaelektromagnetna energija minimalna .

Konstrukcija prekidakog reluktantnog motora je vrlo jednostavna. Motor posedujeisturene polove na statoru i na rotoru.Na statoru su koncentrini namotaji postavljeni tako da

naspramnom paru polova odgovara jedan namotaj. Na rotoru nema namotaja.Na slici 4.1 je prikazan popreni presek prekidakog reluktantnog motora sa 6 polova na

statoru i 4 pola na rotoru.

Slika 4.1Popreni presek prekidakog reluktentni motor 6/4

18


20/34


21/34


4.2 Uticaj irine statorskih i rotorskih polova na karakeristike motora

Na slici 4.2 je prikazana zavisnost samoinduktivnosti jedne faze prekidakog reluktantnogmotora od meusobnog poloaja rotora i statora za sluaj kada su rotorski i statorski polovi isteirine. Ovakav profil samoinduktivnosti nije pogodan za primenu iz razloga to je suzbijanje

negativnog momenta mogue samo ako se jako suzi interval tokom koga su pojedine fazemagnetisane. Meutim ovo vodi ka velikoj talasnosti generisanog elektromagnetnog momenta.Zbog toga se rotorski i statorski polovi prave tako da im je irina razliita. Kao posledicarazliitih irina polova statora i rotora karakteristika samoinduktivnosti dobija zaravnjen deoirine jednake razlici irina polova rotora i statora. Na ovom segmentu je bez obzira na intezitetpobudne struje generisani elektromagnetni moment jednak nuli. Zato je ovaj segment pogodan zademagnetizaciju odgovarajue faze statora. Obino su statorski polovi ui od rotorskih polova jerse tako ostavlja vie prostora za namotaje. Interesantno je razmotriti granine uslove za irinurotorskih i statorskih polova. U cilju jednostavnijeg upravljanja motorom neophodno jeminimizovati meusobne induktivnosti pojedinih faza. Takoe, poeljno je da motor moe dastartuje iz bilo koje pozicije rotora. Iz ova dva uslova se mogu izvesti relacije koje odreuju

mogui opseg irina polova rotora i statora. Ako je Wr irina rotorskih polova, a Ws irinastatorskih polova, Nr broj polova rotora, a Ns broj polova statora moe se pokazati da moraju biti

zadovoljene sledee dve relacije:

(4.2.1)

(4.2.2)

Relacija 4.2.1 proistie iz zahteva za startovanje prekidakog reluktantnog motora bez obzira napoziciju rotora, a relacija 4.2.2 iz uslova za minimizaciju meuinduktivnosti faza statora.

20


22/34


4.3 Promena smera obrtanja

Za pravilno funkionisanje prekidakog reluktantnog motora potrebno je pobuivati faznenamotaje odgovarajuim redosledom. Promena smera obrtanja vri se prostom promenomredosleda ukljuivanja pojedinih faza. Podrazumeva se da je elektromagnetni moment motora

vei od momenta optereenja. Na slici 4.4 je prikazano nekoliko uzastopnih pozicija rotoraprekidakog reluktantnog motora pri negativnom smeru obrtanja, a na slici 4.3, pri pozitivnomsmeru obrtanja. Prva pozicija prikazana na slici 4.3 dobijena je pobudom samo faza A motora. Zapomeranje u sledeu poziciju potrebno je ukinuti pobudu fazi A, a pobuditi fazu B (zatamnjenipolovi). Kada je dostignuta druga pozicija, poklopljeni polovi rotora i polovi faze B, ukidanjempobude fazi B i pobuivanjem faze C prelazi se na treu poziciju. Trea pozicija prikazuje kakose, pobuivanjem faze A i ukidanjem pobude fazi C, prelazi na prvu poziciju. Na slian nain semogu razmotriti i pozicije rotora prikazane na slici 4.4.

Slika 4.3Uzastopne pozicije rotora prekidakog reluktantnog motora za pozitivan smer obrtanja.

Slika 4.4Uzastopne pozicije rotora prekidakog reluktantnog motora za negativan smer obrtanja.

21


23/34


4.4 Mehanika karakteristika prekidakog reluktantnog motora

Pri projektovanju elektromotornih pogona neophodno je znati na koji nain je moguekontrolisati moment elektromotora. Ovo poglavlje sadri opis mehanike karakteristikeprekidakog reluktantnog motora. Na kraju je dat pregled dosada korienih metoda za

upravljanje momentom i smanjenje talasnosti momenta prekidakog reluktantnog motora.Razmatranjem jednaine momenta prekidakog reluktantnog motora, lako je zakljuiti daje upravljanje momentom mogue ostvariti regulacijom pobudnih faznih struja .

Jedan od naina za regulaciju faznih struja, a time i upravljanje momentom prekidakogreluktantnog motora, je promenom napona pri nepromenljivim uglovima ukljuenja i iskljuenja.Poto je fluks srazmeran naponu, a moment kvadratu fluksa zavisnost moment-brzina je ista kaokod jednosmernog motora sa rednom pobudom. Vreme tokom koga su pojedine faze magneeneje obrnuto proporcionalno brzini, tako da fluks opada. Odavde sledi da je elektromagnetnimoment obrnuto proporcionalan kvadratu brzine,

(2.4.1)

a snaga obrnuto proporcionalna brzini obrtanja rotora motora,

(2.4.2)

Za razliku od rednog motora za jednosmernu struju, kod prekidakog reluktantnog

motora, na momentnu karakteristiku, pored napona, mogue je uticati jo i promenom uglaukljuenja i ugla iskljuenja pojedinih faza. Brzina kojom se obre rotor motora pri kojoj su primaksimalnom naponu maksimalne i fazne struje naziva se baznom brzinom. Iznad ove brzine nijemogue dalje oblikovanje faznih struja.

Kada je brzina obrtanja rotora motora takva da je mogue dostii maksimalnu struju tadase motor nalazi u reimu konstantog momenta. U ovom reimu rada neophodno je na neki nainograniavati fazne struje da ne bi bile vie od maksimalno dozvoljenih.Maksimalne i minimalne vrednosti uglova ukljuenja i iskljuenja zavise od konstrukcije motora,

a maksimalna razlika ugla iskljuenja i ugla uklju

enja je jasno odre

ena proizvodom brojapolova statora i rotora.

Na osnovu izloenog mogue je grafiki prikazati mehaniku karakteristku prekidakogreluktantnog motora. Karakteristika je prikazana na slici 4.5.

22


24/34


Mehanika karakteristika je podeljena na tri zone:

1.Zona konstantnog momenta

2.Zona konstantne snage

3.Zona maksimalnog ugla voenja.

Slika 4.5Mehanika karakteristika prekidakog reluktantnog motora.

23


25/34


4.4.1 Zona konstantnog momenta

U ovoj zoni je, usled male kontralektromotorne sile, napon potreban za uspostavljanjemaksimalne dozvoljene statorske struje manji od nominalnog napona motora. Zato je za rad uovoj zoni potreban energetski pretvara koji omoguuje ograniavanje struje pojedinih faza.

Dijagrami struje, napona, samoinduktivnosti i fluksa jedne faze motora u ovoj zoni rada, pribrzini od 500 obr/min, su prikazan na slici 4.6. Na prikazanim dijagramima pretpostavljeno je: Za regulaciju struje koristi se histerezisni regulator, Koristi se tehnika hard chopping, tj. prepostavlja se da se za regulaciju struje ne koristi

nulti napon. Ova tehnika se esto naziva i bipolar switching.U ovoj zoni rada je lako oblikovati faznu struju tako da je pravilnim izborom referentne

struje mogue u potpunosti eliminisati talasnost momenta prekidakog reluktantnog motora.Naravno pri ovome je potrebno izabrati odgovarajue uglove ukljuenja i iskljuenja pojedinihfaza motora.

Slika 4.6Fazna struja, napon, samoinduktivnost i fluks u zoni konstantnog momenta.

24


26/34


4.4.2 Zona konstantne snage

U ovoj zoni rada, zbog velike kontraelektromotorne sile i kratkog vremena koje je naraspolaganju za magneenje pojedinih faza, regulaciju struje je mogue vriti samo promenom

uglova ukljuenja i iskljuenja pojednih faza motora. Poto postoji limit u smislu minimalnogugla ukljuenja i maksimalnog ugla iskljuenja ova zona se protee sve do brzine pri kojoj sedostiu ti limiti. Na slici 4.7 su prikazani dijagrami struje, napona, samoinduktivnosti i fluksajedne faze pri brzini od 1500 obr/min. Tipine irine ove zone su 2 do 3

b.

U prikazanom primeru na slici 4.7, kao i na slici 4.6, se podrazumeva da ugao ukljuenjafaze motora odgovara uglu pri kome poinje porast samoinduktivnosti odgovarajue faze. Ugaoiskljuenja je, u cilju smanjenja generisanog negativnog momenta, manji od ugla pri kome jesamoinduktivnost maksimalna. Osim toga, u prikazanim primerima, zanemareni su efektizasienja megnetskog materijala.

Slika 4.7Fazna struja, napon, samoinduktivnost i fluks u zoni konstantne snage

25


27/34


4.4.3 Zona maksimalnog ugla voenja

Kada se dostignu minimalni ugao ukljuenja i maksimalni ugao iskljuenja pojedinih faza

prekidakog reluktantnog motora dalja regulacija struje nije mogua. Sa poveanjem brzineobrtanja kontraelektromotorna sila je sve vea, a vreme koje stoji na raspolaganju zamagnetizaciju i demagnetizaciju je sve krae. U ovom reimu rada, iako nema oblikovanja strujeprimenom impulsno irinske modulacije, prekidaki gubici su veliki usled estog ukljuivanja iiskjuivanja faza motora. Na slici 4.8 su prikazani dijagrami struje, napona, samoinduktivnosti ifluksa jedne faze pri brzini od 3000 obr/min. Na slici se vidi da je ugao ukljuenja pomeren uzonu u kojoj je samoinduktivnost minimalna. Dalje smanjenje ugla ukljuenja jekontraproduktivno jer doprinosi generisanju negativnog momenta. Sa poveanjem brzine i vremekoji stoji na raspolaganju za demagnetizaciju je sve krae, tako da je potrebno smanjivati ugaoiskljuenja.

Slika 4.8Fazna struja, napon, samoinduktivnost i fluks u zoni maksimalnog ugla voenja.

26


28/34


5. ALGORITMI ZA UPRAVLJANJE PREKIDAKIMRELUKTANTNIM MOTORIMA

Osnovni zadatak u sintezi algoritama upravljanja prekidakim reluktantnim motorom jeobezbeenje stabilne podesive brzine. Svi algoritmi u sutini vre regulaciju fazne struje, a zaregulaciju fazne struje na raspolaganju su tri upravljake veliine: napon faze, ugao ukljuenja iugao iskljuenja. Za efikasnu kontrolu prekidakog reluktantnog motora potrebno je obezbediti:

Energetske pretvarae koju omoguuju kontrolu napona i struje Strujne davae Davae pozicije i brzine rotora prekidakog reluktantnog motora Podesive uglove ukljuenja i iskljuenja pojedinih faza motora Bezbednu komutaciju struja u pobudnim namotajima motora.Kao to je reeno, najjednostavniji nain za upravljanje prekidakim reluktantnim

motorom je podeavanje uglova ukljuenja i uglova iskljuenja pojedinih faza, pri emu je

amplituda pobudnog napona nepromenljiva. Dobre strane ovakvog naina upravljanjaprekidakim reluktantnim motorom su jednostavnost, visoka efikasnost i upotreba samo jednogstrujnog davaa (za prekostrujnu zatitu).

Veina savremenih reenja koristi strujno kontrolisane pretvarae. Primenom strujnokontrolisanih pretvaraa mogue je pri niim brzinama u potpunosti kontrolisati moment motora.Za eliminaciju talasnosti momenta prekidakog reluktantnog motora dosada je predloen velikibroj, na prvi pogled, razliitih algoritama .

Najvie korien metod za smanjenje talasnosti momenta prekidakog reluktantnogmotora se zasniva na tabelarnom zapisu zavisnosti momenta motora od trenutne pozicije rotora iinteziteta fazne struje. Nedostaci ovog metoda su veliki memorijski zahtevi i ogroman posao u

pripremi tabelarnih vrednosti putem eksperimenata i/ili putem analize primenom metodakonanih elemenata. Ovaj postupak postaje izuzetno sloen ako se uzimaju u obzir i temperaturnevarijacije parametara.

Nelinearne tehnike upravljanja kao to su upravljanje u kliznom reimu, neuralne mree ifazi logika, su takoe esto koriene. Najvea mana ovih postupaka je sloenost uprvljakogdela energetskog pretvaraa.

Postupci koji najvie obeavaju su postupci zasnovani na funkcijama za raspodelumomenta. U zavisnosti kako su definisane ove funkcije mogue je ostvariti veliki broj algoritamaza upravljanje momentom prekidakog reluktantnog motora. Sutina ovih postupaka je upravilnom oblikovanju faznih struja. Zbog induktivnog karaktera faznih namotaja nije moguatrenutna promena fazne struje.

U zavisnosti od ugla iskljuenja mogu

e je izdvojiti dva tipi

na slu

aja:1)Ugao iskljuenja je mali, tako da je mogue u potpunosti eliminisati struju jedne faze pre

ukljuenja naredne faze. Ovo rezultuje neminovnim pulsacijama momenta kao i smanjenjemsrednje vrednosti generisanog elektromagnetnog momenta.

2)Ugao iskljuenja je takav da neminovno dolazi do preklapanja u voenju dvaju susednihfaza. U ovom sluaju pozitivnim momentom dolazee faze mogue je redukovati uticajnegativnog momenta odlazee faze na ukupni razvijeni elektromagnetni moment. Ovaj postupakzahteva primenu invertora koji dozvoljavaju preklapanje u voenju susednih faza.

27


29/34


6. REIMI RADA PREKIDAKOG RELUKTANTNOG MOTORA

U zavisnosti od generisanog elektromagnetnog momenta, koji zavisi od poloaja strujnog

impulsa u odnosu na trenutnu poziciju rotora razlikujemo motorski i generatorski reim rada.Ako je strujni impuls pozicioniran u okviru zone gde je promena induktivnosti pozitivnatada motor radi u motorskom reimu, a ako je strujni impuls pozicioniran u zoni sa negativnompromenom induktivnosti tada motor radi u generatorskom reimu. Na slici 6.1 je dataidealizovana predstava ovih reima rada.

Pri realizaciji elektromotornih pogona sa prekidakim reluktantnim motorom, zboginduktivnog karaktera faznih namotaja, nije mogue ovako brzo uspostavljanje i ukidanje faznestruje, tako da postoje zone unutar kojih je prisutan motorski i zone tokom kojih je prisutangeneratorski reim rada.

Slika 6.1Motorski i generatorski reim rada.

28


30/34


7. PREDNOSTI I MANE POGONA SA PREKIDAKIMRELUKTANTNIM MOTORIMA

Prednosti pogona sa prekidakim reluktantnim motorom su:

Motor je jednostavne i robustne konstrukcije. Mehanika konstrukcija rotora i statora je vrlojednostavna. Kao posledica ove jednostavne konstrukcije i proizvodna cena motora moe bitiniska.

Za izradu prekidakog reluktantnog motora ne koriste se stalni magneti, to takoe sniava cenumotora i poveava pouzdanost.

Na rotoru nema namotaja. Time su redukovani gubici na rotoru, to je jako znaajno jer nemaefikasnog naina za odvoenje toplote sa rotora. Takoe je eliminisana i opasnost odrazletanja rotorskog namotaja usled dejstva centrifugalnih sila pri velikim brzinama obrtanja.

Zahvaljujui jednostavnoj konstrukciji i sopstveni moment inercije rotora je manji tako da sudinamika svojstva poboljana u odnosu na druge tipove motora. Otpornost na ispad jedne ili vie faza motora. Visoka efikasnost motora, ak veca od efikasnosti asinhronog motora . Za rad motora nisu potrebne etkice, to vodi poveanju pouzdanosti. Postoje topologije kod kojih je eliminisana mogunost kratkog spoja na jednomernom

meukolu. Temperaturne varijacije parametara motora su male u poreenju sa motorima sa permanentnim

magnetima. Meusobni uticaj faza je mali, tako da je moment svake od faza mogue nezavisno kontrolisati.

Mane pogona sa prekidakim reluktantnim motoroma su:

Neophodan detektor pozicije rotora. Ne mogu funkcionisati bez energetskog pretvaraa. Usled isturenih polova na rotoru i statoru, nivo buke moe biti znaajan. Veina energetskih pretvaraa zahteva je sloena za povezivanje. Startovanje motora je po specifinoj proceduri. Postojee topologije energetskog pretvaraa uopte ne koriste, ili ne koriste na efikasan nain

elektronske module koji se koriste za pogon sinhronog i asinhronog motora. Veliki broj kontrolnih parametara(napon, struja, ugao ukljuenja i ugao iskljuenja). Upravljaki algoritmi se bitno menjaju sa svakom izmenom geometrijskih ili magnetskih

osobina motora. Jedna od bitnih mana pogona sa prekidakim reluktantnim motorom je nedostatak kadrova koji dobro poznaju problematiku vezanu za ovaj tip motora.

29


31/34


8. PRIMENA RELUKTANTNIH MOTORA

Iako su korani motori medju njima i reluktantni motori u prolosti zasenjeniservo sistemima za kontrolu pokreta oni se sada ponovo javljaju kao tehnologijapoeljna u sve vie i vie oblasti.Glavni faktor u ovom trendu je uzimanje manadigitalnih kontrola i pojava mikro procesora.

Danas mi primenjujemo mnoge korane motore svuda oko nas. Oni se koriste utanpaima, uredjaj za dodavanje papira, toak z tanpanje, disk drajlovima, uredjajimaza foto-slaganje x i y tehnikim crtaima, ploterima, zidnim i runim satovima,fabrikoj automatizaciji, u kontrolisanju letilica i jo mnogo toga. Domiljatost i daljenapredovanje digitalne tehnologije e nastaviti da proiruju spisak primene.

Na primeru numerikog upravljanja strugom slika 8.1, vidimo da ovakvi tipovimotora imaju znaajnu ulogu.

Elektrine veliine za obrtni moment vreten ili silu rezanja kao i snagu motora namainu uzimanja se preko senzora. Brzina obrtaja vretena se pratitahogeneratorom.Ulazni pojaavai podeavaju signale na regulaciju.Prekoodgovarajueg povezivanja se odluuje na koju karakteristinu treba da se regulie:konstantni obrtni moment ili konstantnu snagu rezanja.

Program sadri zadanu vrednost karakteristine veliine. Sa numerikogupravljanja se digitalno prenosi na adaptivnu regulaciju. Posle pretvaranja u analognuveliinu u uporednoj vezi se uspostavlja razlika izmedju zadane i stvarne vrednostikarakteristine veliine. Tako dobijeno regulaciono odstupanje dovodi se na regulatorpomaka koji radi u okviru zadanih granica. Te granice za gornju i donju granicu brzinepomaka takodje se programiraju i kao digitalni signali.Pogon glavnog kretanja i

pomonih kretana vri se direktno ili indirektno pomo

u motora.Numeriko upravljanje dobija izlazni signal regulatora pomaka i time ispravlja

programirani pomak.

30


32/34


Slika 8.1Numeriko upravljanje strugom

31


33/34


9. ZAKLJUAK

Na predhodnim stranama opisani su motori sa promenljivom reluktansom. Napoetku rad u uvodu su istaknute osnovne podele elektrinih maina.U praksi se pokazaloda je elektromotor u sklopu sistemu elektrinog pogona najvaniji a poslednji je u nizukomponenti za konverziju energije.

Korane motore delimo na dve vrste: motori sa stalnima magnetima na rotoru imotore sa promenljivom reluktansom, kombinacijom ova dvanastaju hibridni motori.Radi boljeg razumevanja principa rada reluktantnih motora opisani su i motori sa stalnimmagnetima na rotoru. Ove vrste motora zovemo jos iprekidaki motori zbog nacinaupravljanja .Rada prekidakog reluktantnog motora se zasniva na tenjielektromagnetnog sistema da zauzme poloaj u kome je akumulisana elektromagnetnaenergija minimalna. Korisenjem odgovarajuih algoritama upravljanja reluktantni motorse moe uspeno kontrolisati. Na primeru prkidakog reluktantnog motora 6/4 pokazanesu detaljnije karakteristike iz koih se mogu izvui prednosti i mane, iste su pokazane upoglavlju sedam.

Danas se primenjuju mnogi korani motori medju kojima su i prekidakireluktantni motori. Domiljatost i dalje napredovanje digitalne tehnologije nastavie daproiruje spisak primene ovih motora.

32


34/34


10. LITERATURA

1. P. J. Lawrenson et al., "Variable-speed switched reluctance motors", IEE Proc., vol.127, pt. B, no. 4, pp. 253-265, July 1980.

2. S. Vukosavi, V. Stefanovi, "SRM inverter topologies: a comparative evaluation",IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 27, no. 6, pp. 1034-1047, Nov./Dec. 1991.

3. http://www.anaheimautomation.com/intro.htm

4. M. Ehsani, K. R. Ramani, "Direct control strategies based on sensing iductance in switchedreluctance motors", IEEE Trans. Power Electronics, vol. 11, no. 1, pp. 74-82, January 1996.

5. http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/index.html

6.G. John, A. R. Eastham, Speed control of switched reluctance motor using sliding modecontrol strategy, Conference Record of the 1995 IAS Annual Meeting vol. 1, pp. 263 270,October 1995

7. http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motors
http://www.anaheimautomation.com/intro.htmhttp://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/index.htmlhttp://coreless_dc_motors/http://coreless_dc_motors/http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/index.htmlhttp://www.anaheimautomation.com/intro.htm

Documents

Koracni motori 2