04_JSM statika.rev8_bn [Compatibility Mode]

Транскрипт

1 ELEKTRIČNE MAŠINE OBNAVLJANJE - Električne mšine (genertori i motori) su uređji koji trnsormišu mehničku energiju u električnu, i obrnuto. - Prem vrsti kretnj pokretnog del, mogu biti obrtne ili linerne. - Rd električnih mšin zsniv se n četiri osnovn princip (delovnj): 1.Elektromgnetno delovnje Struj koj protiče kroz provodnik izziv mgnetno polje, koje g okružuje Bio-Svrov zkon. Uticj polj n druge provodnike s strujom i mgnete unutr region njegovog dejstv - Lorencov i Amperov sil. Kd se promeni smer struje, menj se i smer polj. Polje se u električnim mšinm usmerv i njegov jčin povećv (i do nekoliko hiljd put) prolskom kroz eromgnetno jezgro. Smoinduktivnost nmotj (klem) je mer koliko se mgnetnog luks proizvede po jedinici struje (L=Ψ/I). Ukoliko mgnetno polje zmišljmo pomoću mgnetnih linij sil koje se šire u prostoru, td je luks broj linij koji prolzi kroz neku ztvorenu konturu.

2 ELEKTRIČNE MAŠINE UVOD 2. Motorno delovnje N provodnik s strujom, koji se nlzi u mgnetnom polju (koje je proizvedeno drugim strujm ili stlnim mgnetom), deluje mehničk sil, normln i n prvc struje i n prvc polj. Sil menj smer ko se promeni ili smer struje ili smer polj. Sil je proporcionln jčini struje, jčini polj i dužini provodnik: F=(IxB)l. U prksi, provodnici se smeštju u žlebove d bi se sprečilo njihovo smicnje i d bi se oni čvršće iksirli z msu rotor, n koji moment treb d se prenese. Time je postignuto: 1.Nmotji više ne mogu d se smknu 2. Smnjen je vzdušni procep, mnj mgnetsk otpornost, to znči d je z isti luks mnj mps (Ψ=F/Rµ) 3.Fluks pretežno prolzi kroz zupce, ne kroz žlebove, p je smnjen mgnetn indukcij i sil n provodnike koj je s njom srzmern. Dkle, međusobno dejstvo dv polj od kojih jedno potiče od induktor drugo od indukt, izziv elektromgnetsku silu n zupce, dok je sil n provodnike znemrljiv.

3 ELEKTRIČNE MAŠINE UVOD Grešk je tumčiti stvrnje moment mšine preko Lorencove sile, već stvrnje moment treb posmtrti ko međusobno dejstvo dv elektromgnet, ko privlčenje rznoimenih i odbijnje istoimenih polov. Dkle, međusobno dejstvo dv polj, jednog koje potiče od induktor, drugog od indukt izziv elektromgnetnu silu n zupce, dok je sil n provodnike znemrljiv. 3. Genertorsko delovnje U električnom provodniku koji se kreće u mgnetnom polju indukuje se npon, što se izržv preko indukovne ektromotorne sile (ems). Eekt indukovnj je mksimln kd su provodnik, kretnje i polje međusobno normlni: E=(vxB)l). U svim električnim mšinm, bez obzir d li rde ko genertori ili motori, u većini rdnih režim, nmotji rotor se kreću i kroz njih protiče struj. Stog su genertorsko i motorno delovnje nerzdvojivi i jvljju se istovremeno.

4 ELEKTRIČNE MAŠINE UVOD 4. Trnsormtorsko delovnje Promenljiv struj (i nizmeničn i impulsn) koj protiče kroz nmotj (klem) stvr mgnetno polje čiji se polritet i mplitud menjju u vremenu. Tkvo mgnetno polje indukuje npon (ems) u svkom nmotju koji obuhvti. Amplitud indukovne ems zvisi od međusobne induktivnosti između nmotj i brzine promene struje nmotj koji proizvodi mgnetno polje.

5 MOTOR JEDNOSMERNE STRUJE Poprečni presek jednosmernog motor: i GP ϕ KN q os ili poprečn os i S PP m e, R ϕ ϕ ϕ PP i i d os ili uzdužn os GP ϕ KN Osnovni delovi: S sttor; R rotor; GP glvni polovi; PP pomoćni polovi; KN kompenzcioni nmotj. i

6 Osnovni delovi motor jednosmerne struje A Poklopc B Kućište C Ležj D Rotor (rmtur) E Držč četkice F Priključn kutij G Izolcij H Poklopc n komuttorskom krju (z montžu dodtne opreme) I Oslonc z podiznje J - Nmotj

7 Slike motor jednosmerne struje 1. Mehničk spojnic 2. Rotorsk zvezd 3. Limovi rotor 4. Poprečne veze rotor 5. Glvni pol 6. Nmotj glvnog pol 7. Pokretni spoljni poklopc 8. Kućište 9. Kompenzcioni nmotj 10.Držči četkic n kućištu 11.Nmotj rotor 12.Spoj nmotj rotor s kolektorom 13. Držč četkic 14. Četkice 15.Kolektorsk krišk 16.Držč kriški 17. Vrtilo 18. Ležj 19.Ležište ležj 20.Prstenovi z podmzivnje 21.Rezervor ulj 22. Postolje 23.Noseć ploč

8 1. Četkice 2. Opruge četkic 3. Ležj n komuttorskom krju 4. Ležj n pogonskom krju 5. Rotor (rmtur) 6. Pomoćni pol s nmotjem 7. Glvni pol i njegov nmotj 8. Držč ležišt (komuttorski krj) 9. Zštitni poklopc 10. Konzol četkice 11. Ventiltor n rotoru 12. Držč ležišt (pogonski krj) 13. Kućište nmotj sttor pogonski krj komuttorski krj

9 Slike motor jednosmerne struje

10

11

12

13

14 MOTOR JEDNOSMERNE STRUJE primen - MJS su dominirli u oblsti primene pogon s promenljivom brzinom preko jednog vek, i dns predstvljju vrlo čest izbor ko se zhtev rd regulisnog elektromotornog pogon u vrlo širokom opsegu brzin. To je posledic njihovih odličnih rdnih krkteristik i krkteristik uprvljnj. -Jedn njihov bitn mn je mehnički komuttor, koji predstvlj ogrničenje u pogledu snge i brzine motor, utiče n povećnje inercije i ksijlne dužine i zhtev periodično održvnje. - Drugi ozbiljn problem, koji nstje zbog prirode konstrukcije MJS, je hlđenje. Prktično sv električn sng prolzi kroz nmotj rotor, te i većin gubitk nstje u rotoru. Motori ztvorene konstrukcije se hlde prisilnom ventilcijom spoljnog oklop, prenos toplotne energije s rotor n sttor se rešv unutršnjim ventiltorom. Kko se ovim nčinom toplotn energij teže odvodi iz rotor, ne može se postići povoljn sng motor z dtu veličinu motor. Ako se motor hldi direktnom prisilnom ventilcijom kroz vzdušni procep, mor biti otvorenije konstrukcije p vlg, pršin i rzne ostle mterije mogu dospeti u motor i izzvti probleme, pogotovo n četkicm i u ležjevim. - Kod motor z nizmeničnu struju koji se npjju iz rekventnih energetskih pretvrč, eliminisn je komuttor po cenu složenijeg uprvljnj (dok se nisu dovoljno rzvile i dok nije dovoljno pl cen komponenti energetske elektronike, nisu mogle motori z NS d zmene MJS).

15 MOTOR JEDNOSMERNE STRUJE SA STALNIM MAGNETOM -Pobudni nmotj sttor može se zmeniti stlnim mgnetim, koji obezbeđuju mgnetisnje celog mgnetnog kol. -KlsičnieritniiAl-Ni-Co mgnetidjusrednjujčinumgnetnogpoljivećdecenijmse koristeu mnjimmotorim. -U poslednjihdvedecenije, nov tehnologijmgnetodtzv. retkihzemlj(smrijum-coblt i Neodijum-Bor-Fe), omogućil je dostiznje većih jčin mgnetnog polj i vrlo visoke gustine mgnetneenergije. Ovimgnetisustogmnjipozpreminip je cenugrdnje prihvtljiv. Prednost ovih mgnet je što je nepoželjno rzmgnetisvnje, koje se može jviti pri strtu i pri kvrovim, prktično nemoguće. Loš strn primene je visok cen mgnet, li zbog postiznj jčeg mgnetnog polj ceo motor postje mnji(z istu sngu), što ublžv porst cene. -Stlnimgnetisupogodnizmotoremlihsng, gdeje izrdiugrdnj mlihpobudnih nmotj komplikovn i reltivno skup. Moderni mgneti su idelni z servo-motore, gde su neophodnevisokedinmičkeperormnse: -otporiinduktivnostrotorsuvrlomlip se omogućujvjuvrlobrzepromenestrujetj. moment. - smnjene dimenzije rotor, pogotovo pri specijlnim konstrukcijm rotor, omogućuje izrdu mšin s izuzetno mlim momentom inercije, što doprinosi postiznju visokih ubrznjiusporenj. -mehničke krkteristike motor s stlnim mgnetime slične su krkteristikm motorsnezvisnompobudom.

16 MOTOR JEDNOSMERNE STRUJE primen - Mšine jednosmerne struje (MJS) su vrlo rsprostrnjene. Često se koriste z elektromotorne pogone promenljive brzine, zbog vrlo jednostvne regulcije brzine. Iko su druge vrste motor u poslednjih pr decenij postle ozbiljn konkurent z upotrebu u pogonim promenljive brzine, MJS se i dlje koriste u sledećim oblstim: ) mli npon: utomobili i ostl drumsk vozil (nlser, brisči, ventilcij kbine, podizči prozor, pomernje sedišt), uređji kućne elektronike i zbve (DVD i CD plejeri, rčunri), igrčke. b) srednji i viši npon: električn vuč (trolejbusi, trmvji, vozovi, viljuškri i unutršnji trnsport). c) 1.Motori z vljoničke pogone: u industriji čelik i luminijum. Obično rde n mlim brzinm i konstruisni su d rde s konstntnim momentom u širokom opsegu brzin (4:1). 2. Dizlični pogoni u rudnicim (podzemni kopovi) z trnsport rud i ljudi n površinu. 3. Motori u teškoj industriji, z velike snge (industril duty motors) pogoni ventiltor, mikser, ekstruder i drugi pogoni koji zhtevju veliki moment ili promenljivu brzinu. 4. Motori z pogon brodov (hevy duty motors, li obezbeđuju super tihi rd): ledolomc, podmornic, tegljči, remorkeri,...

17 5. Motori z specijlne nmene: dinmički simultor letenj, mšine z proveru centrirnosti rotcionih delov drugih mšin, dinmometri...svud gde se trži veliki moment, veliko ubrznje i ml ili promenljiv brzin. - Vodeći proizvođči: ABB, Siemens, TECO-Westinghouse, Generl Electric, Bldor (memeber o ABB group) (npr. Generl Electric (GE): Proizvodi DC motore u rsponu sng od 0.75kW do 2250kW (p čk i 26000kW), u kućištim koji pružju mogućnost zštite od kpnj, curenj i prsknj vode, potpuno oklopljeni motori i motori z korišćenje u eksplozivnim sredinm). Osobine: - pogodne mehničke krkteristike; - jednostvno uprvljnje; - složen konstrukcij (komuttor); - potrebno periodično održvnje; - ml preopteretljivost (kompenzcioni nmotj) ; - ogrničen mksimln brzin.

18 POGON SA MOTOROM JEDNOSMERNE STRUJE NEZAVISNA POBUDA Uprošćen, principijeln šem: R L + + e i R ϕ + u u L M m e, I θ N m m i

19 Motor, reduktor, opterećenje. opterećenje (vljk) reduktor motor jednosmerne struje

20 Mtemtički model, sistem jednčin: dierencijlne jednčine: L di dt = u e R i (1) [ ( ) ] d L i i dϕ = N = u R i dt d J = m dt e m m dt k k θ θ (2) (3) I dθ = dt (4)

21 Konvertor z čelik objšnjenje zvisnosti moment opterećenj od pozicije I M θ

22 Konvertor z čelik objšnjenje zvisnosti moment opterećenj od pozicije

23 lgebrske jednčine: e c ϕ = ψ = ψ - ukupn luks m e = c ϕ i = ψ i ( ) ( ) ψ = c i = c L i i Krkteristik mgnećenj ϕ L i - kd je mšin nezsićen

24 Krkteristik mgnećenj ϕ ϕ b ϕ L b L i b i

25 NORMALIZACIJA - uprošćenje jednčin; - elimincij dimenzij svih veličin osim vremen; - svođenje vrednosti svih veličin n isti nivo nezvisno od snge motor. A: N: A: A: - psolutni domen; N: - normlizovni domen.

26 Postupk normlizcije: x = * x x b indeksi: - * normlizovn vrednost veličine x; - b bzn vrednost z veličinu x. Npomen: Indeks "*" se može izostviti ko su sve veličine u izrzu normlizovne, li se td to mor nglsiti s oznkom "N:". U mešovitim izrzim indeks "*" je obvezn. A: Jednčine i izrzi u psolutnom domenu. N: Jednčine i izrzi u normlizovnom domenu.

27 Bzne vrednosti osnovne (usvojene): u b = u nom ; i b = i nom ; b = nom ; izvedene: ub u R b = ; b ψ b = ; ψ b = c ϕ ; i b mb = c ϕb ib; b ( ) 1 i b ϕb b = ; L ( b = L i b ); R = ; u b = R b i b b R

28 NORMALIZACIJA MATEMATIČKOG MODELA POGONA Jednčin (1) / u b = R b i b = c ϕ b b = ψ b b L R R R b d dt i i b = u u b c ϕ c ϕ b b R R d T R ( i ) = u ϕ R i dt * * * * * * * ϕ = ψ * * di 1 T = u i ( ϕ )!!!!!!!!!! * * * * * dt R* b i i b T - elektromgnetn vremensk konstnt indukt.

29 Jednčin (2) / u b = i b R b ( i ) L d L i N ϕ d ϕ u R i = = R dt L i u dt ϕ u R i b b b b b b b b [ ( ) ] ϕ d L i i d T T u i dt dt * * * * = = * *!!!!!!!!!! Kd je mšin nezsićen: L * i * 1 =!!! T elektromgnetn vremensk konstnt induktor.

30 Jednčin (3) / m b = c ϕ i = ψ b b b i b J b d ψ i mm k b kθ θb θ = mb dt b ψ b ib mb mb b mb θb T m d dt * = ψ θ * i * mm * k* * kθ * * T m mehničk vremensk konstnt pogon.

31 Jednčin (4) / b I θb b T d θ = dt θ b dθ * * dt θ = b Prirod veličine θ (položj) dozvoljv proizvoljno birnje njene bzne vrednosti. Z izbrno: dobij se: θ b = b / T θ = 1 s I

32 STATIKA ( ) d * = dt 0

33 STATIČKE KARAKTERISTIKE POGONA SA NEZAVISNO POBUĐENIM JEDNOSMERNIM MOTOROM Jednčine (1), (2) i (3) u stcionrnom stnju: A: u = c ϕ + R i u = R i = R 1 ( ϕ ) m = c ϕ i = m + k = m e m m Iz jednčine (4) u stcionrnom stnju sledi: = 0!! Specijlni slučj!!!

34 N: i R i R u + = + = ψ ϕ U normlizovnom domenu: ( ) i u ϕ 1 = = m m e m k m i m = + = = ϕ

35 U nominlnom režimu: N: u nom = 1; i nom = 1; nom = 1. Iz jednčine (1) se dobij: 1 = ϕ + R!!! R nom - sopstveni otpor indukt. nom nom ϕ ψ R nom nom nom = = 1 < 1!!! U prksi je: A: R << R = u / i = u / i nom b b b nom nom R nom* 0 Kod mnjih motor je R nom* veće, kod većih motor je mnje.

36 Sd se može npisti: N: ϕ nom = ψ 1 li < 1!!! nom Tkođe vži: m = ϕ = ψ < e nom nom nom 1

37 Iz jednčin koje vže u stcionrnom stnju dobijju se nlitički izrzi z sttičke krkteristike motor - pogon. N: u = i = 0 ϕ ϕ R 0 brzin idelnog prznog hod promen brzine usled opterećenjenj m = m = ϕ i e m Tkodje, dobij se i MEHANIČKA KARAKTERISTIKA: u = R m 2 ϕ ϕ m

38 UTICAJ DODATOG OTPORA U KOLU INDUKTA NA STATIČKE KARAKTERISTIKE N: u R + R = m ϕ ϕ d 2 m = Odnos promen brzine usled opterećenj: 0 nom = R + R R d = Rd 1 + > 1 R

39 Z određeno opterećenje (m m ) brzin motor zvisi od vrednosti dodtog otpor: ( m ) m 2 0ϕ > 0 z Rd < R mm 2 0ϕ = = 0 z R d = R mm 2 0ϕ < 0 z Rd > R mm ( ) R d1 ( ) R d 2 ( ) R d 3

40 ο m m ( R = 0) d R R R d 3 > d 2 > d 1 > 0 ( ) R d1 Potencijln krkteristik opterećenj m m ( ) R d 2 ( ) R d 3 m m

41 ο m m ( R = 0) d R R R d 3 > d 2 > d 1 > 0 ( ) R d1 Rektivn krkteristik opterećenj m m m m ( ) R d 2 ( ) R d 3 m m

42 UTICAJ PROMENE NAPONA INDUKTA NA OBLIK STATIČKIH KARAKTERISTIKA Pri konstntnoj pobudi motor (ϕ = const) sttičke krkteristike: Vžne npomene: = i (i ) i = m (m' m ) 1. u prksi je 1< u < 1; 2. u prksi je ϕ = ϕ nom ; 3. posmtr se opseg promene opterećenj u kome mgnetn rekcij indukt ne dolzi do izržj (do m' mmx ). Ovj opseg određen je mksimlno dozvoljenom strujom motor (komutcijom) koj je u prksi i mx (1,5 2,5). Prem tome: m = ϕ = m mx nom i mx const.

43 u nom u 1 u2 1 N 1 N u nom u 1 u 2 i m m 1 <1 u > u > u nom 1 2

44 UTICAJ PROMENE POBUDE NA OBLIK STATIČKIH KARAKTERISTIKA Pri konstntnom nponu indukt (u = u nom = const.) krkteristične vrednosti n mehničkoj krkteristici su: N: brzin idelnog prznog hod m = 0 = u / ϕ = 1/ ϕ m 0 nom moment krtkog spoj = 0 m = u ϕ / R = ϕ / k nom R Npomen: Ov vrednost moment krtkog spoj je iktivn, stvrn vrednost moment krtkog spoj je zntno mnj zbog uticj mgnetne rekcije indukt.

45 o Promen sttičkih krkteristik prilikom smnjenj luks. m k m m

46 Promen sttičkih krkteristik prilikom smnjenj luks.

47 Kod promene pobude, mksimlni moment je unkcij luks: smenom u i (i i ) dobij se: m = ϕ i = ( ϕ ) m mx mx ( ) ( ) 1 R i s mx mx = m m mx i mx HIPERBOLA!!!!! Mksimln dozvoljen struj određuje oblst rd. Z trjni rd u oblsti slbljenj polj, mor se voditi rčun o zgrevnju mšine. U trjnom rdu treblo bi d struj indukt bude mnj ili jednk nominlnoj. i i nom P = m = ϕ i = e i = u i R i 2 m m

48 Promene sttičke krkteristike prilikom smnjenj luks. Kriv konstntne snge.

49 Polzeći od sttičke krkteristike 2 uz uslov: u = u = 1 nom d dϕ 1 ϕ 2R 3 ϕ = + m = 2 m = m ϕ ϕ 0 u R m Promenu brzine u unkciji promene luks dobićemo rešvnjem jednčine: Zmenom rešenj mx 1 = 4 R m m ϕ ext 2 R m 0 = m u sttičku krkteristiku, dobijmo mksimlnu brzinu pri smnjenju pobude HIPERBOLA - OBVOJNICA!!!! 1 = m = 4 R Mehničk sng je td mksimln : mmx m mx P

50 Zbog konstruktivnih rzlog brzin motor je ogrničen: ( ) k (2 mx 3) P dobijmo: m R i i ( k ) 1 mm mx = ( k ( k ) ) 4 R m mx 1 mx mx ( ) ( s) ( k ) m mx = m mx Prktično im smisl smo smnjivti luks: e e nom ( k ) ( k ) mx min nom nom = mx ( k ) ( k ) mx = u R i ili = ϕ, ϕ ϕ ϕ u nom R i mx mx min min nom

51 mx ( s )( k ) m m mx ( k ) m m mx m, n n Crn linij Žut linij Grnic mogućih rdnih tčk. Grnic teorijski mogućih rdnih tčk. Momenti n mksimlnoj brzini Nominln rdn tčk

52 KOMBINOVANO UPRAVLJANJE (PROMENOM NAPONA INDUKTA I PREKO POBUDE) N: u ϕ ϕ nom u e const.

53 PODRUČJE MOGUĆIH RADNIH TAČAKA U (m m ; ) RAVNI. N: mx A 1 A B 1 B } u =1 ϕ < ϕ nom C 1 u =1; ϕ =ϕ nom } u = 0 0< u <1 ϕ = ϕ nom D 1 u = 1; ϕ =ϕ nom C } m m 0> u > 1 ϕ = ϕ nom D E 1 E } u = 1 ϕ < ϕ nom mx

54 KOORDINATE KARAKTERISTIČNIH TAČAKA U PODRUČJU MOGUĆIH RADNIH TAČAKA U (m m ; ) RAVNI NA PRIMERU. mx A 1 A Z R = 0. 1, i = 2 i = 3: mx mx u = 1, i = 1, ϕ = 1 R = 0. 9, m = ϕ i = 0. 9 nom nom nom e nom nom nom B 1 C 1 D 1 E 1 E mx B C D A: A 1 : ( u nom R imx ) A = mx, ϕa = = , ma = ϕa i mx = mx ( u nom R ( i mx )) ( ) A = mx, ϕa = =., m 1 A = ϕ 1 A i 1 mx =. mx u nom R i mx B: B = = , ϕb = ϕ nom = 1 R = 0. 9, mb = ϕ nom i mx = 1. 8 ϕ nom B 1 : ( ) u nom R i mx B = = 1. 33, ϕ ( ) B = ϕ 1 nom = R =., mb = ϕ 1 nom i mx =. ϕ nom

55 B 1 C 1 D 1 KOORDINATE KARAKTERISTIČNIH TAČAKA U PODRUČJU MOGUĆIH RADNIH TAČAKA U (m m ; ) RAVNI NA PRIMERU. mx A 1 A B C D E 1 E mx C: C 1 : 0 R i mx C = = , ϕc = ϕ nom = 1 R = 0. 9, ϕ nom m = ϕ i = 1. 8 C nom mx 1 ( i mx ) 0 R C = = , ϕ C = ϕ 1 nom = R =., ϕ nom ( ) m = ϕ i = 1. 8 C nom mx u nom R i mx D: D = = 1. 33, ϕd = ϕ nom = 1 R = 0. 9, md = ϕ nom i mx = 1. 8 ϕ nom ( ) u nom R i mx D 1 : D = = , ϕ ( ) D = ϕ nom = R =., md = ϕ nom i mx =. ϕ nom u nom R imx E: E = mx = 3, ϕe = = 0. 4, md = ϕe i mx = 0. 8 E 1 : mx ( ) u nom R imx E = mx =, ϕe = =., m 1 E = ϕ 1 E i 1 mx =. mx