View
18
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Motor jednosmerne struje (MJS) Princip rada, stacionarni model, prirodne statičke karakteristike, kretanje radne tačke
Regulisani elektromotorni pogoni – Mehatronika
predavanje 5
(Feb 2020)
1. Princip rada MJS
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 3/30
MJS konstrukcija
Konstrukcija MJS Princip rada MJS
Magnetno kolo statora MJS ima jaram (J), šuplji feromagnetni valjak, na koji se postavljajuistureni polni nastavci (PN). Strujno kolo statora čine dva koncentrisana polunamotajapostavljena na polove, namotana u takvom smeru da pri proticanju jed. struje jedna polovinastat. obima bude severni pol N, a druga južni S. Jedn.struja Ip je pobudna struja, jer uspostavljamagnetno polje u mašini, a namotaj pobudni. Alternativa pobudnom namotaju,, su stalni(permanenti) magneti na statoru, kod kojih se pobudni fluks Fp ne može menjati.
Rotor (R) je cilindričnog oblika, sa magn. kolom od ožlebljenih paketa limova, i rotorskimnamotajem postavljenim u žlebove. Provodnici u žlebovima rotora (tzv. armatura) supovezani tako da je smer struje u provodnicima koji se nađu ispod svakog pola uvek isti, bez obzira na položaj i obrtanje rotora. To se postiže upotrebom komutatora, izolovani bakarnisegmenti S1 i S2 na koje naležu grafitne četkice A i B kroz koje protiče jednosmerna struja rotoraIa. Zbog malog zazoru između statora i rotora, pob. polje je radijalno u zoni rot. provodnika.
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 4/30
MJS princip rada - nastanak momenta
Na krajeve navojka rotora se dovodi jednosmerni naponpreko nepokretnih četkica i metalnih poluprstenova, pa se kroz navojak uspostavi jednosmerna struja Ia.
Na provodnik dužine l sa strujom kroz Ia a nalazi se u magnetnom polju statora deluje elektromagnetna silajednaka vektorskom zbiru elementarnih elektromagnetnihsila kojim magnetno polje indukcije B djeluje na pojedinestrujne elemente datog provodnika. Pošto je provodnik normalno postavljen na polje za ukupnu silu se dobija BIL
Pošto su provodnici na istoj udaljenosti od centra, za rezultantni magnetni moment se dobija:
Konstrukcija MJS Princip rada MJS
el
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 5/30
MJS princip rada – nastanak EMS
Obrtanjem rotora u provodnicima ispod svakog pola indukuje se elektromotornasila eprov=Blv, gde je v=wrD/2 linijska brzina kretanja provodnika.
Indukovana EMS dva redno vezana provodnika 1 i 2, koja čine navojak, je e12=2eprov. Ona je naizmenična, ali gledana sa strane komutatora, načetkicama A i B, ona je jednosmerna jer je komutator ispravlja:
Jednačina naponske ravnoteže namotaja rotora
Lazar Sikimić:
Električni pogoni, VTŠ
Požarevac, 2014.
2. Mehaničke karakteristika MJS
Funkcija brzine od momenta. Izvodi se na osnovu stacionarnog modela motora. Izvešćemo momente karakteriste1. MJS sa magnetima, 2. MJS sa nezavisnom pobudom, 3. MJS sa rednom pobudom
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 7/30
Tri izvedbe MJS za mehatroniku
MJS sa stalnim magnetima
MJS sa nezavisnom pobudom MJS sa rednom pobudom
Tri interesantne izvedbe MJS , u zavisnosti od pobude:1. Stalni magneti, flux = const2. Nezavisna pobuda, flux = Lp x ip .
Polje ne pravi magnet nego struja koja prolazi kroz fluksni namotaj
3. Redna pobuda, flux = Lp x ia. Fluksni namotaj je na red sa armaturom, pa kroz njega prolazi ista ta struja armature
Mel = Fpm x ip
Mel = Lp x ia^2Mel = Lp x ip x ia
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 8/30
MJS sa nezavisnom pobudom
Kod mašina sa nezavisnom pobudom namotaji rotora i statora se napajajunezavisno, iz dva različita i nezavisno kontrolisana izvora jednosmernog napona,
Kada se na priključke pobudnog namotaja (F1 i F2) dovede napon Up kroznjega protekne struja pobude Ip i uspostavlja se fluks pobude statora Yp=LpIp
Kada se na priključke armature (A1 i A2) dovede jednos. napon Ua, kroznamotaj rotora otpornosti Ra protiče struja Ia, nastaje moment, Mel=Yp Ia irotor počinje da se obrće.
U namotaju rotora se indukuje kontralektromotorna sila E koja zavisi od brzine rotora i veličine fluksa statora E = wrYp
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 9/30
MJS sa nezavisnom pobudom
Jednačina naponske ravnoteže
Jednačina momenta (proporc struji armature)
Ako se moment uvrsti u jednačinu naponske ravnoteže
i ta jednačina reši po brzini…
Dobija se zavisnost brzine obrtanja u
funkciji el. momenta, tj meh. karakteristika
MJS sa nezavisnom pobudom
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 10/30
1. Najbolji način regulacije brzine je promenom napona MJS na rotoru
2. A šta kada dodjemo do Umax ?Onda smanjujemo fluks (ako nije permanentni magnet) time što smanjimo struju pobude.
Brzina dalje RASTE ALI VIŠE OPADA SA MOMENTOM OPTEREĆENJA !!!
Normalan režim rada regulacije brzine naponom ..
Regulacija brzine slabljenjem polja
Regulacija brzine MJS sa nezavisnom pobudom
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 11/30
MJS sa nezavisnom pobudom
Veštačke mehaničke karakteristike MJS nastale: a) promenom napona armature (do nominalne brzine)Sa rastom napona Ua , raste i brzina wr
b) promenom struje (fluksa) pobude (preko nominalne brzine)Sa obaranjem fluksa Yp, raste i brzina wr
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 12/30
MJS sa nezavisnom pobudom
Veštačke mehaničkekarakteristike MJS u 4 kvadranta, dva smera brzine dva smera momenta
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 13/30
MJS sa stalnim magnetima
Motor jednosmerne struje sa stalnim magnetima je specijalni slučaj motora sanezavisnom pobudom koji umesto pobudnog namotaja ima stalne magnete nastatoru. Oni su relativno male snage, malih dimenzija i jednostavno se povezuju inapajaju preko samo jednog para priključaka. Kod ovih motora gubi se mogućnostpodešavanja fluksa pobude koji je jednak konstantnom fluksu magneta,
Kada se na priključke armature (A1 i A2) dovede jednos. napon Ua, kroznamotaj rotora otpornosti Ra protiče struja Ia, nastaje moment, Mel=YPM Ia irotor počinje da se obrće. U namotaju rotora se koja zavisi od brzine rotora iveličine fluksa statora E = wrYPM
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 14/30
MJS sa stalnim magnetima
Analitički izraz za mehaničku karakteristiku MJS sa stalnim magnetima je isti kao i za mašinu sa nezavisnom pobudom,
Pošto se fluks ne može menjati, regulacija brzine preko nominalne vrednosti nije moguća.
NE MOŽE
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 15/30
MJS sa rednom pobudom
MJS sa rednom pobudom konstruišu se tako da imaju istu struju pobude iarmature, pa su ti namotaji vezani na red,
Pobudni fluks proporcionalan je pobudnoj struji, koja je kod rednog motorajednaka struji armature, pa se može napisati
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 16/30
Meh. karakt. JMS sa rednom pobudom
Jednačina naponske ravnoteže
Pošto je fluks je proporcionalan struji armature
Moment postaje kvadratna funkcija struje
A indukovana EMS je funkcija struje i brzine
Meh. karak. MJS sa radnom pobudom
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 17/30
Meh. karakt. MJS uporedno
Meh. karak. MJS sa
stalnim magnetima
Meh. karak. MJS sa
nezavisnom pobudom
Meh. karak. MJS sa radnom pobudom
= const !
= Lf If
Umax, if1
Umax
Umax , if2 , if2< if1
n
M
n
M
n
M
U<Umax
U<Umax, if1
3. Kretanje radne tačke MJS
Upravljanje brzinom MJS
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 19/30
Kretanje radne tačke MJS- upravljanje brzinom
Mehaničke karakteristike MJS sanezavisnom pobudom pokazuju da se brzina pri nekom momentu opterećenjamože menjati: promenom napona na armaturi, promenom struje pobude (fluksa
pobude).
Pri tome, zbog fizičkih ograničenja, napon armature i fluks pobude moguda se menjaju od nule do nominalnih vrednosti, čime se definišu prva idruga zona upravljanja,
U prvoj zoni, do nominalne brzine, motorom se upravlja promenomnapona armature pri nominalnom fluksu pobude.
U drugoj zoni, za brzine veće od nominalne, motorom se upravljasmanjenjem fluksa pobude pri konstantnom naponu armature
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 20/30
Kretanje radne tačke MJS
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 21/30
Kretanje radne tačke MJS
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 22/30
Kretanje radne tačke MJS
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 23/30
Kretanje radne tačke MJS
4. Eksploataciona i tranzijentnakarakteristika MJS
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 25/30
Kretanje radne tačke MJS
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 26/30
Kretanje radne tačke MJS
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 27/30
Kretanje radne tačke MJS
Pri promeni veštačkih karakteristika, promenom napona ili fluksa,nastaje prelazni proces pri kojem radna tačka prelazi sa početnekarakteristike na novu. Ovaj dinamički prelazni proces se može gruboanalizirati pomoću statičkih momentnih karakteristika, smatrajući da sumehanički prelazni procesi značajno sporiji od električnih. Na taj načinse smatra da se prelazak sa jedne na drugu veštačku karakteristikuodvija pri konstantnoj mehaničkoj brzini, wr=const,
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 28/30
Kretanje radne tačke MJS-smanjenje brzine
Pri datom momentu M1 i većem naponu, radna tačka je tačka 1 na
karakteristici A, sa većom brzinom w1. Smanjenjem napona na Ua2<Ua1 motor
dobija novu veštačku karakteristiku B, pri kojoj će dati moment M1 razvijati na
manjoj brzini w2 < w1 u radnoj tački 2.
Pošto se brzina sporije menja nego napon, prelazak iz tačke 1 u tačku 2
odvija se po pravoj konstantne brzine w1 =const, polazeći od tačke 1 do preseka te
prave sa novom mehaničkom karakteristikom B, a zatim po njoj. Radna tačkaprelazi u generatorski, II kvadrant, moment mašine je negativan, pa se smanjujebrzina, jer se oduzima kinetička energija obrtnih masa i pretvara u električnu. Daljese radna tačka kreće po karakteristici B do radne tačke 2 u kojoj ulazi u stacionarno
stanje sa brzinom w2.
Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 29/30
Kretanje radne tačke MJS-uvećanje brzine
Za povećavanje brzine sa w2 na w1 pri datom momentu M1, odnosno prelaskuiz tačke 2 u tačku 1, potrebno je povećati napon sa Ua2 na Ua1, čimekarakteristika B postaje karakteristika A. Radna tačka se kreće iz tačke 2 popravoj konstantne brzine w2 =const. do preseka sa novom momentnomkarakteristikom A. Nakon brzog prelaska na karakteristiku A, motor počinjeda generiše dinamički moment kojim saopštava mehaničku energiju obrtnimmasama i povećava kinetičku energiju, te rotor ubrzava i radna tačka sekreće po karakteristici A sve do tačke 1. U tački 1 uspostavlja se novostacionarno stanje pri brzini w1 i momentu M1. U oba slučaju voditi računa dase naglim povećavanjima napona razvijaju udarni momenti i velike struje.
Recommended