23_Jednosmerni pogoni

JEDNOSMERNI POGONI

Prvi realizovani elektrini pogoni.

Prvi DC motor konstruisao je Jacobi 1838. godine u Petrogradu, a motor je

ISTORIJAT 1

Petrogradu, a motor je pokretao amac s 14 osoba po reci Nevi.

Namotaji statora i rotora bili su uvreni na drvenoj konstrukciji.

2

DC motor razvijen poetkom XX veka imao je sve bitne delove kao i danas.

U drugoj polovini XX veka DC motor je BIO dominantan u pogonima koji su zahtevali regulaciju brzine obrtanja, pri emu je poseban znaaj imao

ISTORIJAT 2

pri emu je poseban znaaj imao razvoj upravljivih poluprovodnikih pretvaraa.

Zato je BIO: Loe osobine Vea cena

Sloenije i skuplje odravanje

Manja pouzdanost i krai vek trajanja

3

Jedan namotaj provodnika duine L u stalnom magnetnom polju jaine B.

Dovoenjem DC napajanja I u namotaj preko dve grafitne etkice koje ostvaruju pokretni kontakt s komutatorom.

Nastaje sila: F=BLI Lorensova sila, tj. obrtni moment

KONCEPT RADA DC MOTORA 1

4

KONCEPT RADA DC MOTORA 2 Kolektor menja smer struje svakih pola obrtaja kako bi se zadrao isti smerokretanja namotaja usled delovanja momenta. Kolektor slui za ispravljanje naizmeninog napona indukovanog u rotoru u jednosmerni napon na stezaljkama motora. Magnetno polje ima smer od N ka S-polu. Realizacija sa veim brojemnamotaja na rotoru zbog ujednaenijeg obrtnog momenta. Magnetno polje sestvara pomou elektromagneta ili pomou stalnih magneta (do 2kW).

5

stvara pomou elektromagneta ili pomou stalnih magneta (do 2kW).

Osnovne celine DC motora su:

Mehaniki delovi kuite, vratilo, leajni titovi, leaji, ventilatori;

Elektrini delovi namotaji statora i rotora, kolektor, etkice, prikljune stezaljke;

Magnetni delovi jaram statora, glavni i pomoni polovi statora, jaram i zubi rotora, meugvoe (zazor);

OSNOVNE CELINE DC MOTORA

jaram i zubi rotora, meugvoe (zazor);

6

Stator ine kuite i polovi magneta sa pobudnim namotajem. Uloga statora je stvaranje pobudnog fluksa, kojeg stvaraju permanentni (stalni) magneti ili namotaj u kome postoji DC struja (elektromagnet).

Stator se sastoji od kuita - jarma u obliku upljeg valjka od masivnoggvoa, na ijoj su unutranjoj periferiji privrena 2p istaknuta pola sloenih od feromagnetnih limova.

STATOR

7

sloenih od feromagnetnih limova.

Na polovima statora je pobudni namotaj, povezan izmeu polova na odreeni nain i izveden na dva prikljuna kraja. Kroz pobudni namotaj se proputa DC struja koja stvara statorsku magnetnopobudnu silu i statorski fluks koji je nepomian.

Na statoru su i etkice koje kliu po kolektoru rotora, a prisutni su i neki konstrukcijski delovi poput nosaa leaja, te nosaa draa etkica.

DC motori manjih i srednjih snaga imaju i pomone polove s pomonim namotajem. Kod najveih motora postoji i kompenzacijski namotaj u lebovima glavnih polova.

Rotor je cilindrinog oblika, ine ga rotorski paket sa namotajem i vratilo sa komutatorom + ventilator.

Rotorski paket je sastavljen od tankih feromagnetnih limova (dinamo-limova) i ravnomerno je oljebljen po svom obimu. Rotorski paket vrsto je spojen sa vratilom maine direktno ili preko glavine (sa klinom).

ROTOR

9

spojen sa vratilom maine direktno ili preko glavine (sa klinom).

Namotaj na rotoru (indukt, armatura) je raspodeljen po lebovima rotorskog paketa i direktno prikljuen na lamele kolektora, koji su izolovani meusobno i u odnosu na masu.

Komutator (kolektor) je privren je sa jedne strane rotora i obre se zajedno sa njim.

Komutator (kolektor) je sastavljen od bakarnih segmenata (lamela, kriki) koji su izolovani meusobno i u odnosu na masu. Uloga komutatoraje preusmeravanje smera struje kroz navoje rotora.

Postavljen je sa jedne strane rotora i obre se zajedno sa njim.

Na povrinu komutatora nalee izvestan broj dirki (etkica), koje su

KOLEKTOR

11

Na povrinu komutatora nalee izvestan broj dirki (etkica), koje susmetene na simetrali meu polovima, u "neutralnoj zoni" i nepomine (mehaniki uvrene za stator), spojene na dva prikljuna kraja na statoru.

Lamele komutatora su u elektrinoj vezi sa namotajem rotora, svakisegment komutatora spojen je sa istim tolikim brojem taakanamotaja indukta.

Kuite statora je izraeno od liva.

Na unutranjoj strani kuita nalazi se jaram na koji su ugraeni glavni i pomoni polovi sa svojim namotajima. Jaram s 6

KONSTRUKCIJA

namotajima. Jaram s polovima predstavlja stator.

Na osovini rotora nalazi se rotorski paket sastavljen od dinamo-limova, a u lebovima tog paketa ugraen je armaturni namotaj koji je prikljuen na lamele kolektora.

13

POPRENI PRESEK: 1) Kuite; 2) Glavni pol; 3) Namotaj glavnog pola; 4)

Pomoni pol; 5) Namotaj pomonog pola; 6)

Rotorski paket; 7) Armaturni namotaj; 8) Vratilo

8

7

Princip rada DC motora moe se pokazati na pojednostavljenom shematskom prikazu dvopolnog motora s jednim lebom na rotoru.

Kada na etkice rotora doe DC napon, preko kolektora protie

REALIZACIJA DC MOTORA

napon, preko kolektora protie struja kroz dva provodnika u lebu.

Provodnici se nalaze u magnetnom polju stvorenom od strane elektromagneta na istaknutim polovima, na svaki provodnik deluje sila F=BLI, gde je B magnetna indukcija, I -struja i L - duina provodnika.

14

Moment na 2 provodnika M = BILD

Stvarni DC motor ima na rotoru namotaj sa p parova polova, zprovodnika i a parova paralelnih grana, te razvija moment

MOMENT NA ROTORU

grana, te razvija moment

gde je Ia ukupna struja rotora, a magnetni fluks pod jednim polom

= Bsrpl

gde je korak polova: p = D/2p, a Bsr srednja vrednost indukcije pod polom.

15

Mp z

aI k Ia m a= =

2

MAGNETNO POLJE DC MOTORA

16

KRETANJE ROTORA

1) Dovoenje napajanja na namotaj rotora -> magnetno polje oko rotora. Leva strana armature je odgurnuta od levog magneta -> rotacija2) Nastavak rotacije

3) Komutator menja smer struje i obrtanje se nastavlja4) Unutranjost DC motora

17

Pri obrtanju u svakom provodniku rotorskog namotaja indukuje se EMS: e = Blv, gde je B indukcija u provodniku, l duina provodnika u magnetnom polju i v brzina obrtanja provodnika.

Talasni oblik indukcije po obodu rotora (B) i indukovani napon u jednom namotu ili svitku (e) uz konstantnu brzinu obrtanja prikazan je na slici a)

Na slici b) prikazan je napon svitka na etkicama (e ) koji se ispravlja pomou sistema etkica-kolektor.

ELEKTROMOTORNA SILA - EMS

pomou sistema etkica-kolektor.

18

t,

B

e

a)

t

e

b)

Ea

Stvarni DC motor ima na rotoru namotaj sa p parova polova, zprovodnika i a parova paralelnih grana, pa je ukupni indukovani napon namotaja na rotoru:

- ugaona brzina (rad/s), gl magnetni fluks pod jednim polom.

Ep z

aka e= =

2

ema rotorskog kola za stacionarna stanja data je na slici

Rotorskom naponu (Ua) ravnoteu R I

NAPON U KOLU ROTORA

a

dri elektromotorna sila (Ea).

Naponska jednaina u kolu rotora za stacionarna stanja glasi

19

U I R Ea a a a= +

E ka e=

Ra Ia

=

+

Uaiu

Na etkicama motora javlja se pad napona koji je zavisi od struje, ali nije linearan.

Taj se pad napona moe uzeti u obzir poveanjem otpora armature

Ra Ia

+

NAPON U KOLU ROTORA

obzir poveanjem otpora armature (Ra) ili se u naponskoj jednaini dodaje pad napona na etkicama (U ) za koji se obino uzima konstantna vrednost od 2 V.

Tada naponska jednaina glasi

20

E ka e= =Ua

iu

Ua = Ia R a + Ea + U

Osim pobudnog namotaja na statoru i armaturnog namotaja na rotoru, DC motori esto imaju i sledee namotaje:

Pomoni polovi ugrauju se izmeu glavnih polova (u tzv. neutralnu zonu), a osnovni zadatak im je reavanje problema komutacije. Namotaj pomonih polova ima mali broj navojaka, a kroz njega tee struja rotora.

OSTALI NAMOTAJI DC MOTORA

pomonih polova ima mali broj navojaka, a kroz njega tee struja rotora.

Kompenzacioni namotaj ugrauje se u polne papue glavnih polova, kroz njega tee struja rotora, a osnovni zadatak mu je kompenzacija reakcije rotora.

Kompaudni namotaj ugrauje se na glavne polove, ima mali broj navojaka, kroz njega tee struja rotora koja stvara magnetno polje istog smera kao i pobudni namotaj. Zadatak mu je kompenzacija gubitka indukovanog napona usled reakcije rotora. Pravilnim dimenzionisanjem ovog namotaja mogu se postii razliite karakteristike kompaudnih motora.

21

POMONI POLOVI

22

KOMPENZACIONI NAMOTAJ

23

KOMPAUNDNI NAMOTAJ

24

EMATSKI PRIKAZ SVIH NAMOTAJA

25

EMATSKI PRIKAZ SVIH NAMOTAJA

26

Pri konstantnom naponu napajanja rotorskog namotaja i pobudnog(statorskog) namotaja, brzina obrtanja rotora zavisi od razvijenogelektromagnetnog momenta.

Veza koja postoji izmeu brzine obrtanja i momenta u stacionarnomstanju se zove momentna (mehanika) karakteristika: M=f(n). Onaprvenstveno zavisi od sistema pobude i moe biti:

MOMENTNA KARAKTERISTIKA

prvenstveno zavisi od sistema pobude i moe biti:

1. "tvrda, kod koje se brzina obrtanja vrlo malo menja sa promenommomenta optereenja (nezavisna i paralelna pobuda),

2. "meka, kod koje se znaajno menja brzina obrtanja sa promenommomenta optereenja (redna pobuda).

27

MOMENTNA KARAKTERISTIKA

28

U praksi se koristi veliki broj navojaka namotaja rotora, a magnetno polje seproizvodi elektromagnetom (namotaj pobude), te je srednja vrednost elektromagnetnog momenta motora priblino konstantna.

Prema nainu spajanja namotaja pobude i namotaja rotora, razlikujemosledee osnovne vrste komutatorskih DC motora:

1. Nezavisna pobuda, namotaj pobude je spojen na poseban spoljni izvornapona, koji je potpuno nezavisan od prilika u maini. Namotaj rotora se

VRSTE KOMUTATORSKIH DC MOTORA

napona, koji je potpuno nezavisan od prilika u maini. Namotaj rotora se napaja iz drugog izvora jednosmernog napona. Jednosmerni naponi se dobijaju iz naizmenine trofazne mree, preko ispravljaa.

2. Paralelna pobuda, pobudni namotaj je spojen paralelno na namotaj rotora i prikljueni su na izvor jednosmernog napona.

3. Redna (serijska) pobuda, pobudni namotaj je spojen na red sa namotajem rotora i prikljueni su na izvor jednosmernog napona.

4. Kompaund (sloena) pobuda, ima nezavisnu (ree paralelnu) + serijsku pobudu, uzima dobre osobine oba tipa

5. DC motori sa permanentnim magnetima, za minijaturne motore i male snage 29

DC motor sa nezavisnom pobudom ima nezavisni pobudni namotaj na koji se dovodi jednosmerni napon iz posebnog izvora.

Najee korien tip pobude kod elektromotornih pogona.

+

-

+

-

Ia iuF1

F2

1. NEZAVISNA POBUDA

Kroz pobudni namotaj tee struja koja stvara fluks motora gl koji u okolini radne take nema linearnu karakteristiku u odnosu na struju pobude zbog zasienja.

30

Oznake stezaljki:

A1-A2 armaturni namotaj

F1-F2 pobudni namotaj

B1-B2 namotaj pomonih

polova

A1 A2

B1 B2

F2

Uzimajui u obzir tri osnovne jednaine elektromagnetnog momenta indukovanog napona naponsku jednadbu armaturnog kruga,

karakteristika DC motora s nezavisnom pobudom:

= = U R

M kMa a

1. NEZAVISNA POBUDA

Poveanjem momenta tereta brzina motora opada priblino linearno, samo zbog neznatnih padova napona.

Ia = I. Treba ga prvo pobuditi punom vrednou fluksa

gl pa tek onda prikljuiti strujno kolo indukta da ne bi dolo do pobega

31

= = U

k

R

k kM kMa

e

a

e m 2 0

0

M

DC motor sa paralelnom pobudom ima ponaanje kao i motor sa nezavisnom pobudom, ista momentna karakteristika (malo meka).

Ima samopobuivanje, pod uslovom da je od prethodnog rada ostao remanentni magnetizam.

Slui za pogon dizalica, alatnih i tamparskih maina, u valjaonicama, za

2. PARALELNA POBUDA

kompresore, pokretne trake, dobra regulacija brzine obrtanja.

Ia + If = I.

32

Pobudni i armaturni namotaj serijskog motora spojeni su u seriju, pa je struja armature ujedno i struja pobude (Ia = iu = I).

Fluks je proporcionalan struji armature, pa je moment serijskog motora

+-

Ia iuD1

D2Ia = iu

3. SERIJSKA POBUDA

moment serijskog motora

33

M k I= ' 2A1 A2

B1 B2

Ia = iu

Oznake stezaljki:

A1-A2 armaturni namotaj

D1-D2 serijski pob. namotaj

B1-B2 namotaj pomonih

polova

Uzimajui u obzir vezu izmeu brzine i indukovanog napona

sledi priblini izraz za brzinu obrtanja:

=E

k

a

e gl

= kU

Ms

a

3. SERIJSKA POBUDA

Zbog karakteristike konstantne snage (P=M), serijski motor se najvie koristi u vui (lokomotiva, tramvaj).

Ne sme da radi neoptereen jer . Primer - preoptereenje 30%

Paralelna pobuda: Do 30% vea struja od nazivne Do 69% vee zagrevanje

Serijska pobuda Do 14% vea struja od nazivne Do 30% vee zagrevanje

34

M

M

Motor sa kompaud pobudom ima nezavisnu (ili paralelnu) i serijsku pobudu. Za velika opt.

Delovanje serijske pobude (ius) gotovo uvek potpomae nezavisnu pobudu (iun) .

U zavisnosti od udela pojedinih pobuda kompaud motor ima tvru ili meku momentnu

+-

Ia iunE1

E2

D1

D2

ius

4. KOMPAUND POBUDA

kompaud motor ima tvru ili meku momentnu karakteristiku.

Za razliku od serijskog motora kompaud motor moe raditi neoptereen, jer je brzina praznog hoda odreena nezavisnom pobudom.

35

A1 A2

B1 B2

0

M

DC motor sa stalnim magnetima na statoru: ova konstrukcija se koristi za manje snage (tahogeneratori, motori za pogon bonih stakala i brisaa naautomobilima, anlaser za SUS motore manjih snaga, pogon osa totalne stanice).

5. STALNI MAGNETI NA STATORU

36

MOTORI SA STALNIM MAGNETIMA NA ROTORU

Poveana primena motora sa stalnim magnetima na rotoru, korienjem magneta s visokom koncentracijom magnetne energije po jedinici zapremine (magneti na bazi retkih zemalja), te ubrzan razvoj mikroproc. upravljanih pretvaraa energetske elektronike.

Mogue je da u bliskoj budunosti zamene DC i AC motore u velikom broju aplikacija, naroito u servopogonima (snaga do 10 kW).

Osnovna podruja primene oekuju se u: robotici, alatnim mainama, Osnovna podruja primene oekuju se u: robotici, alatnim mainama, ureajima za pozicioniranje, fleksibilnim linijama, itd.

U odnosu na DC motore osnovna prednost ovih motora je nepostojanje etkica i kolektora.

U odnosu na AC motore prednosti pogona s PM motorima su1) Vea korisnost zbog zanemarljivih rotorskih gubitaka (na rotoru PM motora nema gubitaka u namotajima kao kod AC motora).2) Manji moment inercije, pa se uz isti razvijeni moment postie bolja dinamika to je posebno vano kod servo pogona.3) Manji gabariti i teina kod iste snage.

37

4) S obzirom da magnetno polje stvaraju stalni magneti nije potrebna jalova snaga iz mree pa je cos1 (vea korisnost).

5) Upravljanje PM motorima je jednostavnije u odnosu na vektorski upravljane asinhrone motore.

6) Konstantna pobuda PM daje bolje karakteristike koenja.

MOTORI SA STALNIM MAGNETIMA NA ROTORU

6) Konstantna pobuda PM daje bolje karakteristike koenja.

Nedostaci PM motora u odnosu na asinhrone motore

1) Relativno skupi kvalitetni magneti + sloenost ugradnje 4-6 puta skuplji od asinhronih motora.

2) Mogue razmagnetisanje magneta kod PM motora pri visokim strujama.

3) S obzirom da pri poveanim temperaturama opada jaina polja PM (zavisi od vrste magneta), kod PM motora je jae izraen uticaj promene temperature na karakteristike pogona.

38

BRUSHLESS DC MOTORI To su DC motori sa elektronskom komutacijom, bez etkica.

Ogranienja motora s etkicama

Klasina elektrina veza izmeu rotora i izvora jednosmerne struje se ostvaruje tako da se izvor jednosmerne struje spoji na grafitne etkice koje kliu po komutatoru.

Prilikom prelaska etkice s jedne na drugu lamelu komutatora postoji trenutak kada se izvor nalazi u kratkom spoju usled ega dolazi do iskrenja trenutak kada se izvor nalazi u kratkom spoju usled ega dolazi do iskrenja etkica.

Iskrenje etkica dovodi do postepenog unitavanja grafitnih etkica, ali i do oksidacije i troenja komutatora, pa je to glavni nedostatak ove vrste motora.

Iskrenje se pojaava se uveanjem: broja obrtaja motora (pri velikim brzinama teko je odravanje kontakta etkica s komutatorom), napon, optereenje, odnosno struja kao posledica poveanja napona ili optereenja.

Iskrenje sem unitavanja komutatora i etkica stvara ujni i elektrini um. Kod velikih motora komutator je skup i zahteva mnogo mehanike.

39

Osnovne karakteristike brushless motora

Na rotoru su permanentni magneti, a na statoru su namotaji predstavlja oblik AC motora s elektrinom komutacijom

Ovi motori nemaju etkice ili komutator mnogo efikasniji, manje trenje

rad sa veim brzinama bez rizika oteenja etkica

BRUSHLESS DC MOTORI

rad sa veim brzinama bez rizika oteenja etkica

Kroz statorske namotaje se proputa struja koja dovodi do zakretanja rotora, statorskom strujom se upravlja pomou elektronskog komutatora

40

BRUSHLESS DC MOTORI

41

Stalni magneti na rotoru, romboidni namotaj na statoru koji poveava znaajno obrtni moment, viestepeni planetni reduktor (i do 1:2548 prenosni odnos)

Glavna karakteristika: proces komutacije se vri elektronski, efikasniji, mala EMI, due traje, nema troenja etkica, nema problema sa hlaenjem.

Dva senzora bazirana na Halovom efektu, slue da kontroliu poloaj rotora i daju upravljaki signal za elektronsku komutaciju, moe i bez senzora merenjem EMS u namotaju statora.

Upravljanje impulsno PWM, pobudnom strujam u statoru

Tano definisanje kroz koji namotaj e elektronski komutator poslati struju i to kojeg smera, se ostvaruje senzorom poloaja rotora na osnovu ega se upravlja radom samog komutatora (dodatna elektronika i senzori poloaja).

Ovaj senzor koristi Hall-ov efekatUkoliko se poluprovodnik nalazi u elektrinom polju, ono eizazvati tok struje gustine J. Ako normalno na smer tog polja

BRUSHLESS DC MOTORI

izazvati tok struje gustine J. Ako normalno na smer tog poljadeluje magnetno polje indukcije B, javlja se, transverzalno naoba polja, novo elektrino polje jaine: E = RH J Bgde je RH Hallova konstanta.

Brza promena broja obrtaja Stepen korisnosti DC motora bez etkica je 85-90%, dok je kod DC motora

sa etkicama 75-80%. Dodatni energetski prekidai u pojaalu zahtevaju znatne trokove. Koriste se za aplikacije gde se zahtevaju velika podruja promene brzine.

42

Hardverska realizacija brushless motora

Na statoru je trofazni simetrini namotaj (slino kao kod asinhronog motora) najee spojen u zvezdu, a na rotoru su permanentni magneti. Konfiguracija magneta zahteva

BRUSHLESS DC MOTORI

43

Konfiguracija magneta zahteva najkvalitetnije materijale (SmCo, NdFeB) da bi se ostvarila zadovoljavajua vrednost magnetne indukcije u meugvou. Raspored namotaja na statoru, te izvedba i poloaj magneta na rotoru obezbeuju da se pri v=const. u namotaju statora indukuju fazne EMS trapeznog oblika sa trajanjem ravnog dela trapeza od 120.

Idealni oblici EMS-a i faznih struja pomou kojih se ostvaruje konstantan moment motora. Moment se moe definisati kao odnos snage u meugvou i ugaone brzine rotora. Veliine ea, eb, ec su fazne EMS indukovane PM poljem, ia, ib, ic su fazne struje, a je ugaona brzina rotora.

BRUSHLESS DC MOTORI

44

Da bi se ostvario konstantan moment, u meugvou struje moraju imati oblik pravougaonih impulsa koji se po irini, fazi i predznaku poklapaju s intervalom u kojem je EMS te faze konstantna.

Postoji 6 intervala u ciklusu u kojima struja tee kroz 2 faze, a u 3. je nula

U svakoj estini periode motor se ponaa kao DC motor, s tim da se

BRUSHLESS DC MOTORI

U svakoj estini periode motor se ponaa kao DC motor, s tim da se pobuda nalazi na rotoru a armatura na statoru.

Svaku estinu periode vri se komutacija struje s faze na fazu pomou elektronskog pretvaraa.

45

PRINCIP PWM

46

Koristi se pravougaoni signal, promenom vremena trajanja signala (signal width) i frekvencije impulsa postie se zaobljeniji izgled finalne krive

Upravljanje impulsno PWM, promenom jaine struje Poreenjem signala testere (modulacijski signal) sa sinusnom funkcijom

(referentni signal) dobija se PWM signal, 1 se dobija kada je referentni signal vei od modulacijskog i obrnuto.

Oblici faznih struja u zavisnosti od poloaja rotora (pobudnog toka).

BRUSHLESS DC MOTORI

47

Brzina obrtanja motora sa nezavisnom pobudom

Budui su konstante ke i km odreene konstrukcijom motora, iz izraza se zakljuuje da se brzinom obrtanja moe upravljati na dva naina:

= U

k

R

k kMa

e

a

e m 2

UPRAVLJANJE BRZINOM OBRTANJA

- promenom napona armature (Ua): od 0 do vnazivno uz iu=const.

- promenom struje pobude iu, tj. fluksa (): do 2vnazivno uz Ua=const.

Ukoliko se u armaturni krug postavi spoljnji otpor, taj otpor, sa stanovita karakteristike =f(M), ima isti uticaj kao i otpor armature (Ra).

To znai da se i dodavanjem otpora u armaturni krug moe upravljati brzinom. Iako se takav nain koristio u starim elektromotornim pogonima, u novim pogonima se ne koristi zbog slabog stepena iskorienja pri upravljanju otporom i velikih gubitaka na dodatom otporu.

48

Promenom Ua upravlja se brzinom DC motora do njegove nazivne brzine.

Napon armature se menja: tiristorski konvertor AC/DC ispravlja (nekad Vard-Leonardova grupa) ili tranzistorski oper DC/DC konvertor, pomou kojeg je brzinu mogue i reverzirati.

Slika: principijelna ema upravljanja s jednofaznim tiristorskim konvertorom, oblici naizmeninog i regulisanog jednosmernog napona, te momentne karakteristike za razliite napone armature (Konstantan moment).

1. PROMENA NAPONA ARMATURE

karakteristike za razliite napone armature (Konstantan moment).

50iun

Ua

+

U~

M

Uan

Uan

2

Uan

2-

- Uan

Uz konstantan napon armature (Ua), promenom struje pobude menja se fluks () i upravlja brzinom iznad njene nominalne vrednosti.

Konstantna snaga.

Zbog problema zasienja gvoa

0.75n

20nIa < Ian

2. PROMENA FLUKSA

Zbog problema zasienja gvoapromena fluksa moe se ostvariti samotako da se on smanjuje ( < n).

Smanjivanjem fluksa poveava se brzina praznog hoda, a karakteristikepostaju sve strmije.

51

= U

k

R

k kMa

e

a

e m 2

0n

M

n

0.5n

Mn

Ako bi se pri smanjenom fluksuzadrao konstantan moment (M=km Ia) poveala bi se armaturna struja a time i gubici, odnosno zagrevanjemotora.

0.75n

20nIa < Ian

2. PROMENA FLUKSA

Zato se smanjuje moment optereenjatako da struja armature ne premainominalnu vrednost, Ia < Ian.

Na slici je ogranienje po momentu usled ogranienja struje armature.

52

0n

M

n

0.5n

Mn

Regulacija pozicije i brzine 1

53


54

Tri regulacione petlje: strujna, brzinska i poziciona Spoljanja petlja: Regulacija pozicije, (PID), merenje pozicije enkoderom Sredinja petlja: Regulacija brzine, PI regulacija, V-Kvf vrednost upravljanja u

ustaljenom stanju (bez poremeaja), ako je greka nula da strujni regulator nema ulaz 0, ograniava se vrednost struje, merenje brzine enkoderom ili tahogenerat., prelazni reim struje je zavren pre procesa regulacije brzine

Unutranja petlja: Strujni regulator, PI regulacija, dinamika strujnih procesa je mnogo bra nego kod mehanikih, finija regulacija, povratna sprega merenjem struje, pretvara se naponsko upravljanje u strujno.

Position Command - zadata trajektorija kretanja po svakoj osi, sa merenjem stvarne pozicije (direktno ili indirektno) formira greku koja je ulaz u regulator pozicije

Ogranienje struje na integralnom dejstvu: prilikom integraljenja greke, pri neogranienom procesu, generie se upravljanje koje je nemogue da se ostvari (prevelika vrednost struje), efekat koji se zove windup


56

se ostvari (prevelika vrednost struje), efekat koji se zove windup

Sekundarni enkoder ima ulogu integriueg dejstva, postavlja se direktno na vratilo motora

Primarni enkoder (u procesu) meri poziciju za zatvaranje sprege u pozicionoj petlji kao i brzinu (derivativno dejstvo) za zatvaranje sprege u brzinskoj petlji

Izlaz iz pozicione petlje je ulaz u brzinsku petlju

Definisati funkciju prenosa DC motora s nezavisnom (konstantnom) pobudom upravljanog strujom rotora ia, kao zavisnost brzine rotora () od napona rotora (ua).

ematski prikaz motora:

FUNKCIJA PRENOSA DC MOTORA

ematski prikaz motora:

57

e ka e=

Ra

ia

+

uaiu

La

mt

me

Uz konstantnu pobudnu struju iu, odnosno fluks , naponska jednaina armaturnog kola je:

u i R Ldi

dtea a a a

aa= + + ,


gde je indukovani napon:

58

e ka e=

Ra

ia

+

uaiu

La

mt

me

e ka e=

Za matematiki opis dinamikog ponaanja DC motora potrebno je napisati i jednainu kretanja, koja uz zanemareno trenje glasi:

Jd

dtm me t

=


J moment inercije, mt moment tereta i me - elektromagnetni moment motora koji je jednak:

59

m k ie m a=

Uz konstantan fluks izrazi za indukovani napon i elektromagnetni moment se pojednostavljuju:

gde konstante Ke i Km sadre i fluks .

e Ka e= m K ie m a=


Matematiki model DC motora s konstantnom nezavisnom pobudom opisan je s naponskom jednainom i jednainom kretanja:

60

di

dt Lu i R Ka

a

a a a e= 1( )

d

dt JK i mm a t

= 1( )

Ove DJ se Laplaceovom transformacijom prevode u algebarske jednaine

gde su: Ka=1/Ra ; Ta=La/Ra..

[ ]I sK

sTU s K sa

a

a

a e( ) ( ) ( )=+

1

[ ]( ) ( )sJ sK I s Mm a t=

1


gde su: Ka=1/Ra ; Ta=La/Ra..

Sada se formira blok dijagram koji definie funkciju prenosa DC motora s konstantnom pobudom:

61

K

T s

a

a1+Km

1

J s

Ke

Ia

Ea

UaMe

Mt

+

-

+-

Sa blok dijagrama se mogu izvesti dve funkcije prenosa:

1) Odziv brzine obrtanja na naglu (odskonu) promenu napona rotora

2) Odziv brzine obrtanja na naglu (odskonu) promenu tereta

( )

( )

s

U s K sT s T Ta e m a m=

+ +

1 1

1 2


2) Odziv brzine obrtanja na naglu (odskonu) promenu tereta

-- elektrina vremenska konst. armaturnog namotaja

elektromehanika vremenska konstanta

62

( )

( )

s

M s

T

J

sT

sT s T Tt

m a

m a m

= +

+ +

1

1 2

TL

Ra

a

a

=

TJ

K K Km

a e m

=

Odziv brzine obrtanja DC motora je u funkciji njegovih vremenskih konstanti. Ako je Tm > 4Ta odziv je aperiodian, Tm = 4Ta odziv je kritino aperiodian: (2s+1)2

Ako je Tm < 4Ta odziv je oscilatoran

Tm > 4Ta

Tm < 4Ta


63t t

t

ua

t

ua

Documents

23_Jednosmerni pogoni