Istosmjerni stroj

ELEKTROMEHANIKI PRETVARAI 2009/2010

1

ELEKTROMEHANIKI PRETVARAI

Mr. sc. Stjepan Golubi, dipl. ing [email protected]

Visoka tehnika kola u Bjelovaru

E. Kvaternika 4,Bjelovar

www.vtsbj.hr [email protected]


2

Uvod

ELEKTRINI STROJEVI

Elektrini strojevi su ureaji koji mehaniku energiju pretvaraju u elektrinu i obrnuto. Strojevi koji mehaniku energiju pretvaraju u elektrinu energiju zovu se elektrini generatori, dok se strojevi koji elektrinu energiju pretvaraju u mehaniku zovu elektromotori.

Elektrini strojevi mogu biti:

1. Strojevi istosmjerne struje

2. Sinkroni strojevi

3. Asinkroni strojevi

4. Posebne vrste motora


3

Uvod

Rotacijski elektrini strojevi uobiajeno imaju: - nepomini dio, stator (eljezna jezgra, namot,

prikljuci i kuite), - pomini dio, rotor (eljezna jezgra, namot, klizni

kontakti, osovina i ventilator), - zrani raspor izmeu statora i rotora. Najee su izvedbe sa rotorom unutar statora,

iako ima i suprotnih izvedbi. Kod nerotacijskih izvedbi (linearni motori) pomini dio stroja ostvaruje

translacijsko gibanje.


4

Istosmjerni stroj

OPIS

Istosmjerni stroj je elektromehaniki ureaj

koji kada radi kao generator mehaniku energiju pretvara u istosmjernu struju, a kada radi kao motor istosmjernu struju pretvara u mehaniki rad.


5

Istosmjerni stroj

Najjednostavniji istosmjerni motor otkrio je 1821. godine Michael Faraday. Taj se motor sastojao od slobodnog zavoja ice koji je slobodno plutao na sloju ive, a u ijem se sreditu nalazio magnet. Kada se kroz zavoj propustila istosmjerna struja oko zavoja se stvorilo magnetsko polje usljed ega se ica poela okretati oko magneta.


6

Istosmjerni stroj

Istosmjerni motor (eng. DC motor) kakvog danas poznajemo 1873 godine otkrio je Znobe Gramme kada je na dinamo koji je proizvodio struju spojio drugi dinamo koji se poeo okretati kao motor.


7

Istosmjerni stroj

Shematski prikaz istosmjernog stroja

a = protjecanje armature

m = uzbudno protjecanje

= kutna brzina

N, S = magnetski polovi

Prikaz istosmjernog stroja


8

Istosmjerni stroj

Klasini istosmjerni motor sastoji se od rotirajue armature koje je oblikovana u obliku ekektromagneta s dva pola i od statora kojega ine dva permanentna magneta. Krajevi namota armature spojeni su na rotacijski prekida, komutator, koji prilikom svakog okretaja rotora dvaput mijenja smjer toka struje kroz armaturni namot stvarajui tako moment koji zakree rotor. Protjecanjem istosmjerne struje kroz vodi koji se nalazi u magnetskom polju stvara se (prema pravilu lijeve ruke) sila koja zbog svog hvatita, koje se nalazi izvan osi rotacije rotora, stvara moment koji

zakree rotor.


9

Istosmjerni stroj PRAVILO LIJEVE RUKE

Pravilo lijeve ruke glasi: postavimo li dlan lijeve ruke tako da silnice na njega ulaze, a smjer ispruenih prstiju tako da se podudara sa smjerom struje, isprueni e palac pokazati smjer sile koja djeluje na vodi.


10

Istosmjerni stroj

Elektrina veza izmeu rotora i izvora istosmjerne struje ostvaruje se tako da se izvor istosmjerne 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 zbog ega dolazi do iskrenja etkica. Iskrenje etkica je glavni nedostatak ove vrste motora jer dovodi do polaganog unitavanja etkica, do oksidacije i troenja komutatora i do stvaranja ujnog i elektrinog uma.


11

Istosmjerni stroj

Brzina okretanja istosmjernog motora ovisi o kombinaciji napona i struje koji teku kroz armaturu, te o optereenju. Brzina vrtnje proporcionalna je naponu dok je moment proporcionalan struji. Brzina motora moe se mijenjati promjenom otpora armature, koja se izvodi dodavanjem vanjskog promjenjivog otpora spojenog u seriju s izvorom, ili koritenjem promjenjivog naponskog izvora.


12

Istosmjerni stroj

Zbog nedostataka koje uzrokuje komutator razvijen je istosmjerni motor bez etkica, koji na rotoru ima permanentni magnet, dok se kroz statorske namote puta struja koja dovodi do zakretanja rotora. Strujom koja prolazi kroz statorske namote upravlja se elektronikim sklopom (elektronikim komutatorom ili konvertorom), koji zamjenjuje klasini komutator.


13

Istosmjerni stroj

Graa istosmjernog stroja Dijelove istosmjernih strojeva mogue je

podijeliti na slijedee naine: - Mehaniki dijelovi kuite, osovina,

leajni titovi, leaji, ventilatori; - Elektriki dijelovi namot statora i rotora,

kolektor, etkice, prikljune stezaljke; - Magnetski dijelovi jaram statora, glavni i

pomoni polovi statora, jaram i zubi rotora, zrani raspor.


14

Istosmjerni stroj

Stator istosmjernog stroja sastoji se od kuita i od istaknutih polova s uzbudnim namotom. Na statoru su smjetene i etkice koje kliu po kolektoru rotora. Kuite ujedno ini i jaram statorskoga magnetskoga kruga. Na statoru su prigraeni i drugi konstrukcijski dijelovi kao to su nosai leaja, i nosai etkica. Istosmjerni strojevi manjih i srednjih snaga posjeduju i pomone polove s pomonim namotom. Kod najveih strojeva postoji i kompenzacijski namot u utorima glavnih polova.


15

Istosmjerni stroj

Rotor istosmjernog stroja se sastoji od rotorskog paketa, namota armature, kolektora i osovine. Armaturni namot smjeten je u utorima na obodu rotora, i spojen na kolektor koji se sastoji od meusobno izoliranih lamela.


16

Istosmjerni stroj

Naelna izvedba i pojednostavljeni presjek istosmjernog stroja

Na bakreni kolektor izvedeni su rotorski svici, a izvana po kolektoru kliu vodljive etkice spojene sa stezaljkama u prikljunoj kutiji.

Presjek istosmjernog stroja


17

Istosmjerni stroj

Princip rada

Istosmjerna uzbudna struja (ili permanentni magnet) uzbuuje magnetski tok indukcije B. Ako se rotor pomou vanjske sile odrava u rotaciji, u vodiu duine l (vodi je dio armaturnog namota spojen s dvodjelnim kolektorom) koji rotira obodnom brzinom v inducira se napon:

e = B l v


18

Istosmjerni stroj

Prolazei pokraj magnetskih polova vodi se izlae promjeni indukcije. Inducirani napon se mijenja kao indukcija, tj. inducirani napon je izmjenian.

Raspored magnetske indukcije u zranom rasporu i oblik Induciranog napona u vodiu


19

Istosmjerni stroj

Napon na etkicama koje miruju je istosmjeran jer se u neutralnoj zoni (NZ) na dvodjelnom kolektoru u trenutku promjene smjera ostvari zamjena prikljuaka. Jedan svitak daje pulzirajui napon, a vie svitaka rasporeenih u utorima po obodu rotora s izvodima na vei broj kolektorskih lamela daju napon sa znatno manjim pulzacijama


20

Istosmjerni stroj

Dobivanje pulzirajueg istosmjernog napona na etkicama


21

Istosmjerni stroj

Ako se na + i - stezaljke spojene s etkicama izvana prikljui istosmjerni napon, potei e struja I suprotnog smjera od one kod generatora, a na vodie e djelovati sila:

F = B I l

i nastaje zakretni moment, te stroj radi kao motor. Zakretni moment pokrene rotor u istom smjeru u kojem se okretao generator, ali uz suprotan smjer struje.


22

Istosmjerni stroj


23

Istosmjerni stroj

Kada vodi napusti podruje ispod jednog pola i prijee u podruje drugog, mijenja se i smjer magnetske indukcije B kojoj je vodi izloen, ali se istovremeno promijenio i smjer struje u vodiu (djelovanje komutatora s etkicama) i smjer momenta ostaje isti. Vei broj svitaka daje ravnomjerniji moment.

Dva naziva kolektor i komutator koriste se zbog dvije uloge: kolektor skuplja napon ili struju, dok komutator komutira struju (preklapa joj smjer).


24

Istosmjerni stroj

Nadomjesna shema istosmjernog stroja


25

Istosmjerni stroj

Istosmjerni stroj zgodno je prikazati kao idealni izvor induciranog napona E, kojem je u seriju dodan otpor armature Ra i kontakt s padom napona U = 2 V. Na ovaj nain se napon na stezaljkama istosmjernog stroja prikazuje kao inducirani napon stroja E smanjen ili povean za pad napona u otporu armature i na etkicama. Vrijednost se posebno raunaju za generator, a posebno za motor.


26

Istosmjerni stroj za generator


27

Istosmjerni stroj

Uzbuda istosmjernih strojeva moe biti:

- Nezavisna (strana) uzbuda koja se ostvaruje prikljukom uzbudnog namota na nezavisni izvor.

- Zavisna (vlastita) uzbuda koja se ostvaruje kad su uzbudni i armaturni namot u galvanskoj vezi. Osnovni oblici vlastite uzbude su serijska, poredna i sloena (mjeovita, kompaundna) uzbuda.


28

Istosmjerni stroj


29

Istosmjerni stroj


30

Istosmjerni stroj


31

Istosmjerni stroj


32

Istosmjerni stroj


33

Istosmjerni stroj


34

Istosmjerni stroj


35

Istosmjerni stroj


36

Istosmjerni stroj

Samouzbuda


37

Istosmjerni stroj


38

Istosmjerni stroj


39

Istosmjerni stroj

Struja armature i struja dovoda generatora


40

Istosmjerni stroj


41

Istosmjerni stroj

Nezavisna uzbuda


42

Istosmjerni stroj


43

Istosmjerni stroj

Serijska uzbuda


44

Istosmjerni stroj


45

Istosmjerni stroj

Kompaundna (sloena) uzbuda

Kompaundnu (sloenu) uzbudu dobijemo kombinacijom poredne (ili nezavisne) i serijske uzbude, pri emu serijska uzbuda pojaava ili slabi djelovanje poredne uzbude, pa je rije o kompaundaciji ili protukompaundaciji.


46

Istosmjerni stroj Vanjska karakteristika istosmjernog generatora


47

Istosmjerni stroj


48

Istosmjerni stroj

Vanjska karakteristika istosmjernog motora


49

Istosmjerni stroj


50

Istosmjerni stroj


51

Istosmjerni stroj


52

Istosmjerni stroj


53

Istosmjerni stroj


54

Istosmjerni stroj


55

Istosmjerni stroj


56

Istosmjerni stroj


57

Istosmjerni stroj


58

Istosmjerni stroj


59

Istosmjerni stroj


60

Istosmjerni stroj

Regulacija napona i brzine vrtnje


61

Istosmjerni stroj


62

Istosmjerni stroj U regulaciji naponom armature treba se pobrinuti da se uzbuda prikljui odvojeno na napon koji se ne mijenja. Pri tome e se brzina vrtnje


63

Istosmjerni stroj


64

Istosmjerni stroj


65

Istosmjerni stroj Pokretanje motora

Istosmjerni motor prikljuujemo na mreu napona U dok jo miruje i nema induciranog napona koji bi drao ravnoteu mrenom naponu. U prvom trenutku


66

Istosmjerni stroj


67

Istosmjerni stroj


68

Istosmjerni stroj


69

Istosmjerni stroj


70

Istosmjerni stroj

Komutacija


71

Istosmjerni stroj

Komutacija


72

Istosmjerni stroj

Za vrijeme prolaska pojedinog svitka

Komutacija


73

Istosmjerni stroj

Komutacija


74

Istosmjerni stroj

Komutacija


75

Istosmjerni stroj Komutacija


76

Istosmjerni stroj

Zadaa je pomonih polova da u neutralnoj zoni stvor komutaciono

Komutacija


77

Istosmjerni stroj Komutacija


78

Istosmjerni stroj

Komutacija

Ovaj sluaj nazivamo potkomutacijom.


79

Istosmjerni stroj

Komutacija


80

Istosmjerni stroj

Komutacija


81

Istosmjerni stroj

Komutacija


82

Istosmjerni stroj

Komutacija

ISTOSMJERNI STROJ


83

Istosmjerni stroj


84

HVALA NA PANJI


85

Istosmjerni stroj


86

Documents

Istosmjerni stroj