MAŠINEJEDNOSMERNE

STRUJE

Uređaji za elektromehaničko pretvaranje energije:

ELEKTRIČNI SISTEM MEHANIČKI SISTEM

Električni motori

Električni generatori

Sprega između električnog i mehaničkog sistema - magnetna i električna polja

Pretvaranje energije je reverzibilan proces

ELEKTROMEHANIČKO PRETVARANJEENERGIJE

Elektromehaničko pretvaranje energije zasniva se na pojavama koje povezuju:

ELEKTRIČNO POLJE - MAGNETNO POLJE

MEHANIČKA SILA - KRETANJE

1) Provodnici u magnetnom polju

2) Feromagnetni materijali u magnetnom polju

Na provodnik, kroz koji protiče električna struja, u magnetnom polju,deluje mehanička sila

Između električnih provodnika, kroz koje protiče električna struja,međusobno deluje mehanička sila

U provodniku, koji se kreće, u stranom magnetnom polju,indukuje se eletktromotorna sila

Na feromagnetni materijal, u magnetnom polju,deluje mehanička sila koja teži da ga dovede u pravac delovanja polja

Magnetno polje stvoreno delovanjem namotaja kroz koji protiče struja,kretanjem feromagnetnog materijala u tom polju,dolazi do indukovanja ems u namotaju

Na provodnik, kroz koji protiče električna struja,u magnetnom polju, deluje mehanička sila

Između električnih provodnika, kroz koje protičeelektrična struja, međusobno deluje mehanička sila

U provodniku, koji se kreće, u stranommagnetnom polju, indukuje se eletktromotorna sila

][ BlIF

Elektromotori:

od dela vata - mikromotori

do reda 50MW

U REGULACIONIM MEHANIZMIMA

ZA POGON PUMPI, VENTILATORA

Generatori:

snage veće od 1000 MW

U TERMOELEKTRANAMA

ELEKTROMOTORNA SILA

Nezavisno od uloge rotacione mašine, kao rezultat rotacije:

indukuje se ems E

na provodnike deluje elektromagnetna sila F (ako kroz njih protiče struja)

FARADEJEV ZAKON ELEKTROMAGNETNE INDUKCIJE: u električnom

provodniku u magnetnom polju promenjivog fluksa, indukuje se:

dt

dΦe

Promena fluksa: obrtni deo (ROTOR), nepokretni deo (STATOR)

vdx

dΦdt

dx

dx

dΦe Izraz za indukovanu ems:

v - relativna brzina kretanja provodnika u magnetnom polju

Jedan od ova dva dela proizvodi osnovno magnetno polje - INDUKTOR

U drugom delu indukuje se napon i nastaje struja - INDUKT

Navojak izolovane bakarne žice umagnetnom polju stalnog magneta

cosmΦΦ

t

Magentni fluks:

Ugao :

Indukovana ems:

Zatvaranjem konture: tIi sinm

f 2Veza između frekvencije dobijene struje i ugaone brzine obrtanja navojka:

Efektivna vrednost ems:

ENE rez

tΦΦ cosm

tEdt

tΦde

sin)cos(

mm

m44.4 ΦfE

N navojaka (namotaj):

MAGNETNO POLJE – OBRTNI MOMENT

Princip nastanka obrtnog momenta mašina - delovanje dva magnetna polja

Dva stalna magneta – nepokretan i pokretan

Magnetni polovi stvoreni namotajima mašine

Ose magnetnih polova:

- kod mašina za naizmeničnu struju - obrćuse konstantnom brzinom

- kod mašina jss - nepokretne u prostoru

Moment kod obrtnih mašina može zavisiti od tri veličine:

jačine magnetnog polja statora HS

jačine magnetnog polja rotora HR

ugla između osa ova dva magnetna polja θ

Kod dvopolne mašine jss, zavisnost momenta M od ugla θ:

M 0 max 0 max 0

θ 0 90° 180° 270° 360°

RS HHkM

sinRSHHkM

Moment deluje i na stator i na rotor

Broj polova na induktu i induktoru nije isti ???

dvopolni stator

četvoropolni rotor

sinmMM

Konstrukcija namotaja

prve konstrukcije - namotaji oko prstenastog jezgra

dvoslojni namotaji u žlebovima

REVERZIBILNOST ELEKTRIČNIH MAŠINA

Motori i generatori se ne razlikuju :

- po načinu stvaranja obrtnog magnetnog mementa (indukovane ems rotacije)

- u konstrukcionom smislu

- na osnovu smera pretvaranja energije (toka aktivne snage)

Motori i generatori se razlikuju :

PREGLED ELEKTRIČNIH MAŠINA

Mašine jss Sinhrone mašine Asinhrone mašine

Pobudnastruja

jednosmerna jednosmernanaizmenična

(jednofazna ilitrofazna)

Strujaindukta

naizmenična(u induktu)

naizmenična(jednofazna ili

trofazna)

naizmenična(jednofazna ili

trofazna)

Mašine jss - fluks se proizvodi konstantnom jednosmernom strujom- daju ili primaju struju preko komutatora (kolektora)

Sinhrone mašine - rade sa konstantnim fluksom- daju monofaznu ili trofaznu naizmeničnu struju

Asinhrone mašine - obrtno magnetno polje, rezultat fazno pomerenih namotaja- daju monofaznu ili trofaznu naizmeničnu struju

Prednosti jednosmerne struje

osvetljenje, grejanje, motorni pogon

elektroliza, punjenje akumulatora, ...

Prvi električni generator - Gram 1870. godine

Osnovni delovi:

STATOR - induktor

ROTOR - indukt

2p istaknuta pola

KOLEKTOR - komutator

MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

PRINCIP RADA MAŠINE JSS

• GENERATOR jss sa jednim parom polova:

• U namotaju indukta indukuje se periodična ems

• Na izlazu komutatora – pulsirajuća struja

• Struja kroz navojak - prostoperiodična

• Veći broj, međusobno pomerenih navojaka

• Rezultujuća usmerena struja

Način rada komutatora:

Položaj I: lamela 1 spojena je na "" četkicu komutatora, indukovana struja imasmer naznačen na slici, u "" četkicu ulazi struja

Položaj II: ravan navojka normalna na osu magnetnih polova, indukovana strujajednaka je nuli

Položaj III: u navojku a pojaviće se struja suprotnog smera, sa navojkom se obrćei komutator, lamela 1 komutatora dolazi pod "+" četkicu, u "" četkicuopet ulazi struja

• Magnetno polje ima smer od pola N kapolu S

• U navojak se dovodi jednosmerna struja I, preko dve grafitne četkice kojeostvaruju pokretni kontakt sa komutatorom

• Na navojak deluje Lorencova sila:

i obrtni moment, na rastojanju r od centra rotora:

• Kolektor menja smer struje svakih pola obrtaja kako bi se zadržao isti smerokretanja namotaja usled delovanja momenta

)( BlIF

)( FrM

• Navojak provodnika dužine l u stalnom

magnetnom polju jačine B

• MOTOR jss sa jednim parom polova:

Princip rada DC motora

OSNOVNI DELOVI MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE

Stator (induktor kod mašina jss) sastavljen je je od jarma u obliku šupljeg valjkaod masivnog gvožđa, na čijoj unutrašnjoj periferiji su pričvršćeni istaknutipolovi (2p) izrađeni od feromagnetnih limova

Na polovima statora nalazi se koncentrisan pobudni namotaj, kroz koji sepropušta jednosmerna struja, koja stvara magnetni fluks statora

Pobudni namotaj povezan je između polova na određeni način i izveden na dvapriključna kraja

Rotor (indukt kod mašina jss) cilindričnog je oblika, sastavljen od tankihferomagnetskih limova i ravnomerno ožljebljen po svom obimu

Izrađen je od dinamo limova, debljine od 0,3 do 0,5mm, izolovanih lakom,hartijom ili slojem oksida, u cilju smanjenja vrtložnih struja i zagrevanja

Paket limova rotora čvrsto je spojen sa osovinom mašine

Namotaj indukta čine izolovani bakarni provodnici, koji su, kod savremenihmašina jednosmerne struje, postavljeni u žlebove rotora, u slojevima, paralelnoosi obrtanja

Provodnici mogu biti kružnog preseka (žični) ili pravougaonog preseka (štapni)

Komutator (kolektor) sastavljen je od bakarnih segmenata (lamela), koji suizolovani međusobno i u odnosu na osovinu

Na površinu komutatora naleže izvestan broj četkica, koje su mehaničkiučvršćene za stator, nepomične su i spojene sa dva priključna kraja na statoru

Komutator je postavljen sa jedne strane rotora i obrće se zajedno sa njim

Četkice su smeštene na simetrali između polova, u tzv. neutralnoj zoni

Segmenti komutatora u električnoj su vezi sa namotajem indukta

Ems indukta

U režimu rada GENERATORA: aaa IRUE U - napon na krajevima generatora

Ra - ukupan otpor indukta(galvanske otpornosti svih namotaja u kolu

indukta i prelazni otpor na četkicama)

Ia - ukupna struja indukta

U režimu rada MOTORA:aaa IREU

ems u generatoru:

- daje napon U na krajevima generatora

- pokriva pad napona RaIa

protv ems u motoru:

- drži ravnotežu naponu napajanja U

- suprotnog je smera od napona U

Reakcija indukta

Poljepobude

Reakcijaindukta

Rezultujućepolje

Indukt - magnetno polje

Izobličenje krive polja dovodi do nepovoljnih pojava:

smanjenje Φrez - do gubitka na ems

pomeranje ose - promena smera struje kodkomutacije u nepovoljnom naponskom stanju(varničenje)

povećanje B – do povećanja gubitaka u Fe

Poboljšanja komutacije – pomoćna sredstva:

POMERANJE ČETKICA POMOĆU POLUGE

POMOĆNI MAGNETNI POLOVI

KOMPENZACIONI I KOMPAUND NAMOTAJ

poništenje poprečnog magnetnog polja

sprečavanje varničenja komutatora

poništenje uzdužnog magnetnog polja

napušten način

najbolje, ali najskuplje rešenje

redno sa namotajem rotora(na simetrali između polov)

u žlebove na polnim nastavcima statora(oko glavnih magnetnih polova)

Pobuđivanje mašina jss

Nezavisnapobuda

Otočna (paralelna)pobuda

Namotaj Stara oznaka Nova oznaka

Indukt A, B A1, A2

Nezavisna pobuda I, K F1, F2

Redno vezan pobudni namotaj E, F D1, D2

Otočno vezan pobudni namotaj C, D E1, E2

Pomoćni polovi G, H B1, B2

Kompenzacija G, H C1, C2

Redna (serijska)pobuda

U upotrebi su sledeće oznake za krajeve pojedinih namotaja:

Složena pobuda(aditivna ilidiferencijalna)

REDNI MOTOR JSS

Zavisnost )( aIfn

Mehanička karakteristika

jako promenjiva brzina obrtanja

ne sme se puštati u rad neopterećen

veliki pokretni moment

u električnoj vuči, za pogon dizalica,električnih lokomotiva, tramvaja, prenosnica, ...

izdržljiviji u mehaničkom pogledu u odnosu na OM

OTOČNI MOTOR JSS

Zavisnost )( aIfn

Mehanička karakteristika

praktično stalan broj obrtaja

promena broja obrtaja u širokim granicama(promenom pobudnog namotaja može se menjatiu odnosu nmax : nnom= 4:1)

sme se puštati u rad neopterećen

manji pokretni moment u odnosu na RM

SLOŽENI MOTOR JSS

1) Aditivni - redni pobudni namotaj pomaže otočnom

2) Diferencijalni - struja u rednom pobudnomnamotaju teče suportno od struje u otočnom

sa promenom opterećenja, n se menja više nego kod OM, a manje nego kod RM

obrtni moment pri pokretanju je veći nego kod OM, a manji nego kod RM

sa porastom opterećenja smanjuje se n (mašine radilice sa velikim zamajcem:prese, valjaoničke mašine, teške mašine alatljike, izvozne mašine u rudnicima)

Složeni motor sa aditivnom pobudom:

1. Pokretanje motora jss

0n

0aE

aaa IREU

nk IR

UII

aa

waa RR

UI

Pokretački otpornik (anlaser):

Pri puštanju motora u rad

KARAKTERISTIČNI REŽIMI RADA

Nedozvoljeno velika struja

Označava se sa R i L na priključnoj pločici

Pokretački i pobudni otpornik često se ugrađuju u jedan aparat (označava se

sa L, R, M i mora se dimenzionisati da trajno izdrži struju opterećenja)

2. Regulisanje broja obrtaja

PROMENOM MAGNETNOG FLUKSA (POBUDNE STRUJE STATORA)

pomoću otpornika u kolu pobude, ovaj način regulisanja je ekonomičan sve doodnosa broja obrtaja 4:1 i predstavlja glavnu osobinu motora sa OP i AP

PROMENOM NAPONA NAPAJANJA U

ranije su se koristile grupe motor-generator (Vard-Leonardova grupa)danas se koriste tiristorski konvertori sa automatskim podešavanjem napona

PROMENOM OTPORA U KOLU INDUKTA Ra

složen način regulacije,izrada otpornika skupa,gubici snage pri regulisanju brzine velikiretko se primenjuje u praksi

ΦK

IRUn aa

3. Promena smera obrtanja motora jss

Smer obrtanja motora jss zavisi od: - smera magnetnog polja

- smera struje u namotaju rotora

Promena smera obrtanja motora: - promenom smera pobudne struje ILI

- promenom smera struje u namotaju rotora

Šeme veza rednog motora za: desni (a) i levi (b) hod

4. Kočenje motora jss

1) Isključivanjem napajanja

- motor se zaustavlja kao rezultat delovanja sile trenja

2) Generatorsko kočenje

- povećanjem pobudne struje, povećava se ems i kada ona postane veća odnapona na krajevima namotaja rotora U, struja kroz namotaje menja smer imotor postaje generator, a moment - kočni

3) Kočenje kontravezom

- promenom smera pobudne struje (i ovde obrtni moment menja smer)

4) Elektrodinamičko kočenje

- motor se isključi sa mreže, u kolo rotora dodaje se otpornik, a pobuda nemenja smer, kroz kolo teče struja u suprotnom smeru, moment menja smer ipostaje kočni