UVODNI DIO

Pod elektromotorima podrazumjevamo električne strojeve, električne rotacijske strojeve koji pretvaraju jedan oblik energije u drugi, a rade na principu elektromagnetne indukcije.Elektromotori su u tom smislu strojevi koji pri svome radu pretvaraju električnu energiju u mehaničku energiju.Nikola Tesla je konstruisao svoj čuveni elektromotor 1887. godine. Radio je na principu obrtnog elektromagetnog polja (Tesla je otkrio obrtno elektromagnetno polje 1882.godine).

SLIKA 1. Obrtno elektromagnetno polje

Elektromotor je električna mašina koja radi na principu elektromagnetne indukcije, ali postoje imotori koji koriste druge elektromehaničke fenomene, kao što su:

elektrostatička sila piezoelektrični efekat

1. Tehnički opis elektromotora

Elektromotor ima dva osnovna dijela: stator rotor Stator na unutarnjoj strani ima tri odvojena kalema ili kola.Rotor se nalazi unutar na osovini, ima oblik malog cilindra sa omotačem od paralelnih bakarnih šipki. Na kraju tih šipki su po jedan bakarni prsten koji ih povezuje.

SLIKA 2. Osnovni dijelovi elektromotora

Kada se struja propusti kroz kalemove statora nastaje obrtno magnetno polje. To magnetno polje indukuje struju u provodnicima rotora i tada se rotor ponaša kao elektromagnet. Prateći rotaciono magnetno polje, rotor se kreće kružno sa nešto manjim brojem okretaja.Taj manji broj okretaja nastaje zbog toga što postoji trenje njegove osovine. Kako se rotor ne mora obrtati sa istim brojem obrtaja (okretaja), ovaj motor se zove asinhroni.Teslin elektromotor koji je bio asinhroni je bio jednostavan, i u tome je njegovo savršenstvo. Rotor mu se priključuje na posebnu struju te nema kolektora i četkice. Njegov rotor stavlja se sam u pokret.Pored jednostavnosti on radi gotovo bešumno. Ima još jednu izuzetnu osobinu a to je stepen korisnog dejstva, ili stepen iskorištenja od čak 95%.To je do sada najbolja mašina koja pretvara električnu energiju u mehaničku energiju.

Asinhroni motori se pretežito upotrebljavaju u svrhu motora, tj. pokretanja nekog dijela a jako rijetko kao generatori, a to su u stvari strojevi koji proizvode električnu energiju.Pored asinhronih motora postoje i sinhroni elektromotori. Oni po svojoj izvedbi odgovaraju sinhronom generatoru. Kod njih je brzina vrtnje rotora jednaka brzini vrtnje rotirajućeg magnetnog toka (kao i kod sinhronog generatora), brzine su sinhrone.

Na slici imamo ilustraciju rada trofaznog izmjeničnog motora:

Obrtno magnetsko polje kao suma vektora magnetnih indukcija tri fazna namotaja

Sinhroni motor može sam krenuti ako ima prigusni namot. Ako ga nema, mora se pokrenuti pogonskim strojem do približno sinhrone vrtnje i tek uključivanjem na mrežu počinje raditi kao sinhroni motor.

Sinhroni motor se primjenjuje tamo gdje je potrebna apsolutna kruta karakteristika brzine vrtnje i popravljanja faktora snage mreže.

2. Slika sredstva sa detaljima

Pošto smo rekli da su asinhroni motori takvi strojevi kod kojih je brzina vrtnje magnetnog toka i rotora asinhrona, oni se pretežno uputrebljavaju kao strojevi tj. motori male snage koji se izrađuju u serijskoj proizvodnji. Najčešće se izvode kao trofazni motori a samo pri malim snagama kao i jednofazni (monofazni) motor sa širokom primjenom.

SLIKA 3. Asinhroni elektromotor

-Glavni dijelovi asinhronog su stator i rotor.Stator se izrađuje od paketa limova u obliku šupljeg valjka koji je sa unutarnje strane uzdužno ožebljen sa limovima (utorima). U njih se ulaže statorski namot. Statorski namot priključujemo na mrežu.

Na slijedećoj slici je prikazana spojna shema trofaznog asinhronog motora:

SLIKA 4. Spojna shema trofaznog asinhronog motora

Na kućištu statora nalazi se priključna kutija sa stezaljkama preko kojih se spaja namot motora i dovod mreže. Rotor asinhronog elektromotora sastoji se od paketa limova valjkastog oblika sa uzdužnim utorima na obodu.

Ovisno o vrsti namota koji se nalazi u utorima, razlikujemo dvije vrste asinhronih motora:

o kliznokolutni sa faznim namotomo kavezni sa kratko spojenim kaveznim namotom.

Kliznokolutni asinhroni motor ima rotorski namot izveden po istim načelima kao što je izveden i statorski namot. Kliznokolutni asinhroni motori se koriste ondje gdje nisu dopušteni veliki udarci struje, gdje je potrebno lagano upuštanje u rad bez trzaja, gdje se traži velik potezni moment i mogućnost kontinuiranog podešavanja brzine vrtnje tj. okretaja motora bez posebnih izvora promjenjive frekvencije.

Kavezni motor se izvodi tako da se u svaki utor rotorskog paketa uloži po jedan bakreni štap a onda se počeci i krajevi spoje na čeonim stranama bakarnim prstenom.

Princip rada asinhronog motora

Princip rada trofaznog asinhronog motora se temelji na rotirajućem magnetnom polju za čiji pronalazak ima velikih zasluga i Nikola Tesla. Uključivanjem statorskog namota na izmjeničnu trofaznu mrežu počinje teći trofaznim namotom trofazna izmjenična struja koja stvara rotirajuće magnetno polje.-Prilikom uključivanja trofaznog asinhronog motora na napon, razvija se potezni moment koji pokreće rotor motora.Momentna karakteristika trofaznog asinhronog motora ovisi o njegovoj izvedbi i može izgledati kao na slici:

SLIKA 5. Momentna karakteristika asinhronog motora

U trenutku pokretanja motor razvija potezni moment Mp a pri pokretnoj brzini postiže maksimalni pokretni moment Mm. Pri nazivnom opterećenju motor razvija nazivni moment Mn uz nazivnu brzinu vrtnje Nn i pri tome uzima iz mreže nazivnu struju In.

Pokretanje sinhronog motora dobija se iz istosmjernog izvora. Sinhroni motor može sam krenuti ako ima prigusni namot. Ako ga nema mora se pokrenuti pogonskim strojem do približno sinhrone brzine vrtnje, te onda kad se priključi na mrežu radi kao sinhroni motor.

Može se pokretati i preko asinhronog pogonskog motora, kao što vidimo na slici br.6:

SLIKA 6. shema pokretanja sinhronog motora pomoću asinhronog

Sinhroni elektromotor je mašina koja se okreće vrlo tačnom brzinom u skladu sa frekvencijom električne mreže (sinhrono).

Mašina sa dva pola (1 par polova) će se okretati brzinom od 50 rot./ sec. (kod mreže od 50 Hz), sa 4 pola25 rot./sec. itd. Potreban je poseban metod da se motor dovede do blizu sinhrone brzine.

3. Opis i upotreba elektromotora

Svrha i upotreba elektromotora zavise od veličina koje karakterišu rad tih istosmjernih strojeva, a to su:

-iznos momenta vrtnje-iznos brzine vrtnje

SLIKA 7. Ilustracija rada istosmjernog elektromotora

Imamo slijedeće vrste tih motora:

Paralelni elektromotor

Takav motor se najčešće primjenjuje. Služi za pogon dizalica, alatnih strojeva, za štamparske strojeve, u valjaonicama, za kompresore ili u svim elektromotornim pogonima gdje je potrebno ekonomično podešavati brzinu okretaja u širokim granicama.

Prednost: ekonomično i kontinuirano podešavanje brzine vrtnje, velika korisnost i mala promjena brzine vrtnje sa promjenom opterećenja.Nedostaci: velika osjetljivost i cijena u odnosu prema sinhronom elektromotoru.

Serijski elektromotor

Serijski elektromotor se u prvom redu primjenjuje za električnu vuču (el. željeznice, tramvaji, rolejbusi, dizalice isl.) Prednost mu je ekonomično podešavanje brzine vrtnje i dobra korisnost. Pri preopterećenju razvija velik moment uz relativno malo opterećenje mreže. Npr. paralelni i serijski elektromotori su opterećeni sa 30% većim momentom od nazivnog. Paralelni elektromotor će uzimati iz mreže pri tom preopterećenju i 30% veću struju od nazivne. U namotu motora će se razvijati temperatura za 69% veća nego pri nazivnom opterećenju.Naprotiv serijski elektromotor će uzimati iz mreže samo za oko14% veću struju a u njegovom armaturnom namotu razvijati će se temperatura za oko 30% veća od one pri nazivnom opterećenju. Nedostatak mu je potreba istosmjernog napona za napajanje i veća osjetljivost, te cijena u odnosu prema asinhronom elektromotoru.

Serijsko-paralelni (kompaund) elektromotori

Kompaundni elektromotori se primjenjuju za teške pogone osobito za one sa zamašnjakom, gdje se kompaundacijom postiže jače opadanje brzine pri opterećenju a time i bolje dejstvo zamašnjaka.Prednost: posjeduje dobre strane paralelnog i serijskog elektromotora, zavisno o kompaundaciji.Nedostatak: poprima loše osobine jednog ili drugog, zavisno o kompaundaciji.

Univerzalni elektromotori

Oni spadaju u grupu jednofaznih kolektorskih motora koji se mogu priključiti bilo na istosmjerni bilo na izmjenični napon. Ti elektromotori su izvedeni bez kompenzacijskog namota i bez pomoćnih polova.Primjenjuju se na mjestima gdje je potrebna velika brzina rotacije, za snagu do 500W i napon do 220V. Pokreće se direktnim priključivanjem na mrežu.

Primjenjuje se za razne ručne alatne strojeve (ručne brusilice, bušilice, pile itd.), za razne uredske sprave i kućanske aparate (usisavače prašine, strojeve za pranje rublja isl.).

Siemens servo gear motor

SLIKA 6. Univerzalni elektromotori

Prednost mu je da se može priključiti na izmjenični i istosmjerni napon, ima velik potezni momenat i dobar faktor snage (cosǾ).Izvedba je jednostavna, a nedostatak im je loša iskoristivost.

Motori sa permanentnim magnetima

Kod ovih motora polje ili stator je sačinjeno sa magnetima, male su dimenzije, gubici su niski, a snage ograničene do nekoliko kilowata.Primjena: vrlo česti su u igračkama.

SLIKA 7. Motori sa permanentnim magnetima

4. Kratki proračun osnovnih elemenata

Proračun osnovnih elemenata elektromotora se svodi uglavnom na izračunavanje snage elektromotora u kilowatima.

U drvnoj industriji npr. za različite strojeve iznosi:

Glodalice P= površina stola [m2]0.14

približna snaga 0.1-5 kw

Bušilice P=promjer svrdla [mm ]

20 približna snaga 0.1- 2 kw

Kružne pile P=promjer ploče [ mm ]

140 približna snaga 1 - 8 kw

Podešavanje brzine vrtnje istosmjernih motora

Jedno od najvažnijih svojstava istosmjernog elektromotora je mogućnost ekonomičnog podešavanja brzine vrtnje.

Prema jednačini:

n=U −IaRa−δ U čK ∙ Ǿ (o/min)

Vidimo da su moguća dva osnovna načina podešavanja brzine vrtnje:

podešavanje naponom – pri čemu se mjenja napon U odnosno pad napona Ia Ra

podešavanje poljem – pri čemu se mjenja magnetno polje promjenom uzbudne struje

Vanjska karakteristika nezavisno uzbuđenog motora

Podešavanje naponom primjenjuje se za brzine vrtnje od 0 do brzine vrtnje koja odgovara nazivnom naponu motora. Taj način podešavanja brzine vrlo je ekonomičan.

Nedostatak asinhronih i sinhronih motora u pogledu njihove regulacije brzine vrtnje (iako u novije vrijeme razvoj ispravljačke tehnike omogućuje izradu statičkih pretvarača frekvencije pomoću kojih se izvodi napajanje izmjeničnih motora te ekonomično i kontinuirano podešavanje brzine vrtnje), ubrzao je želju i potrebu pronalazka motora izmjenične struje koji bi imali slične karakteristike brzine vrtnje, kao što ih imaju istosmjerni motori.

Tako je već početkom 20 stoljeća pronađen čitav niz jednofaznih i trofaznih izmjeničnih kolektorskih motora od kojih se neki i danas susreću u elektromotornim pogonima i znače najbolje rješenje.