Transcript
Stejnosměrné
stroje
Konstrukce stejnosměrného stroje
stator
póly + pól. nástavce
budicí vinutí
geometrická neutrála
magnetická osa
konstantní
vzduchová
mezera δ
stejnosměrný budicí proud
Ib způsobí budicí tok Φb
rotor s vinutím
v drážkách
jho statoru
budicí vinutí
pólový nástavec
rotor
Hlavní pól stejnosměrného stroje
hlavní pól
Princip funkce ss. stroje:
n
z
Ib → Φb → uiv → iv → ia → ukart
n
Kotva – vinutí el.
stroje, do kterého se
indukuje napětí
n
z
Ib → Φb → uiv → iv → ia → ukart
n
Princip funkce ss. stroje:
Ib → Φb → ia → iv → F → M
Dynamo: Motor:
Idealizovaná situace:
„S“ „J“
gn gngn
↓ Φb ↑ ΦbIb
Bδ
ukart
Bδ (x) ~ ui1 („Blv“)
Komutátor = mechanický
usměrňovač
Skutečná kotva: více drážek → závitů, lamel komutátoru
ui1
Vodiče rotoru (kotvy) tvoří cívky,
jejichž aktivní části leží na průměru.
Princip působení elektrických strojů
n
Princip působení elektrických strojů
Při otáčení rotoru je ve vodičích stejné prostorové polohy
stejná polarita proudu
n
Princip působení elektrických strojů
Při otáčení rotoru je ve vodičích stejné prostorové polohy
stejná polarita proudu
n
Princip působení elektrických strojů
Při otáčení rotoru je ve vodičích stejné prostorové polohy
stejná polarita proudu
n
Princip působení elektrických strojů
Při otáčení rotoru je ve vodičích stejné prostorové polohy
stejná polarita proudu
n
Princip působení elektrických strojů
Při otáčení rotoru je ve vodičích stejné prostorové polohy
stejná polarita proudu
Konstrukce vinutí kotvy
Nemusíme je znát, jenom si
PAMATOVAT ! :
iv
iv
Vinutí se
chová jako: solenoid + Fe
magnetická osa
solenoidu
Napětí na kartáčích = Σ napětí vodičů
( Zařídí konstruktér stroje)
n
Ib
Existuje mnoho druhů.
Magnetické pole ve vzduchové mezeře
Magnetické pole ve vzduchové mezeře
Magnetické pole ve vzduchové mezeře
Magnetické pole ve vzduchové mezeře
Magnetické pole ve vzduchové mezeře
Indukované a elektromotorické napětí
V = 2N - počet aktivních vodičů na kotvě,
zapojených do 2a paralelních větví.
- pro závislost na otáčkách
Elektromagnetický moment
Síla, působící na jeden vodič:
Moment, působící na jeden vodič:
Celkový elektromagnetický moment:
( nezahrnuje převod mezi ωm a n )
Vliv proudu Ia na pole ve stroji:
Ia = 0
Φb
Ia > 0, Ib = 0
Φa
Ia → Φa („reakce kotvy“)Ib
Φb + Φa → Φ
Φ je výsledné pole
geometrická
neutrála (gn)
Vliv Φa na Φ : a) v gn se objevil tok
b) pole Φb v hlavních pólech se deformuje
iv
Nepříznivý vliv Φa (složka a) : natočení no
( no - neutrální osa = spojnice bodů, kde B(x) = 0
Φb
Φb
Φa
Φ
gn
no
U dynama natočení
no ve směru n !
Proč posuv vadí? Zhoršuje komutaci !
n
Φa
Deformace pole ve
vzduchové mezeře
( vliv složky b )
Nepříznivý vliv Φa (složka b) : deformace pole
Nárůstu indukce odpovídá
zvýšení lamelového napětí
– nebezpečí pro izolaci
vinutí kotvy.
Omezí se
kompenzačním vinutím
v pólových nástavcích,
zapojeným do série
s kotvou.
Příklad skutečného vinutí kotvy:
Příklad skutečného vinutí kotvy:
(S) (J)
- +Ukart = ∑ uiv
Příklad skutečného vinutí kotvy:
Komutace cívky:
uiv uiv
uiv → icív >> 0 → jiskření → zničení komutátoru
Dvě řešení:
a) mechanické natočení
kartáčů do no
tam B = 0 → uiv , icív =0
(Při změně Ia se no natáčí !!)
b) komutační póly
dxlxBp
bb ..0´
Komutační póly Princip funkce:
vinutí KP v sérii s kotvou:
Ia proto v gn je
stále B = 0
ΦKP
Kartáče trvale v gn !!
Ve stroji bude výsledný tok :
Mechanická úhlová rychlost: (rad/s ; ot/min)
V dalším budeme předpokládat
úplné potlačení toku reakce kotvy
( Φa = 0 )
ΦKP
ΦKP= - Φa
n30
Podélný řez stejnosměrným strojem
Příčný řez stejnosměrným strojem
Napětí indukované ve vinutí kotvy
+
--
U Rz
+
Ui
Ra Ia
Svorkové napětí:
U = Ui – RaIa - ΔU
kde:
Ra …. kotva + KP
ΔU = Ruhl.Ia 1÷2 VRuhl
Pro další úvahy ho zanedbáme.
-
+
Ui
Ra
+
-
U
Ia
Ib
Ub+ - (nebo Ubreg)
Dynamo s cizím buzením
Charakteristika naprázdno
U0 ( Ib) při n = konst, I = Ia = 0
U0
Ib
IbN
UN
U0 rem
symetrické
-
+
Ui
Ra
+
-
U
Ia
Ib
Ub+ - (nebo Ubreg)
Dynamo s cizím buzením
Charakteristika vnější (zatěžovací)
U ( Ia ) při n, Ib= konst.
Ia
UU0 Ib1
Ib2
Ib3
Ib1 > Ib2
Dynamo s cizím buzením
Hodnocení:
- zdroj napětí ( U U0 ), při PN tvrdší zdroj
- snadná regulace napětí U změnou Ib
- snadná změna polarity napětí ± U pomocí ± Ib ( ± n zřídka )
Ib
U
Rb
+
-
Ui
Ra
Ia
I
Dynamo s paralelním buzením (derivační)
Funkce při chodu naprázdno:
n → Uirem → Ib → Ui → Ib
Ui
Ib
Ui rem
Ui = ( Ra + Rbc ).Ib
Ui (Ib)
Musí být správná polarita buzení.
Dynamo pracuje za kolenem magnetizační charakteristiky.
Ib
U
Rb
+
-
Ui
Ra
Ia
I
Dynamo s paralelním buzením (derivační)
Vnější charakteristika
I → Ia → U → Ib atd. :
vnější charakteristika měkčí
Blízko Rz = 0 buzení téměř ve zkratu Ib ,U → 0
U
I
IN(Φb rem)
cizí buzení
Dynamo se sériovým buzením
Nabuzení při zatížení:
U
IMusí být správná polarita buzení.
n → Uirem → I → Φb →Ui → I
Φb konst
Jako zdroj se sériové dynamo nepoužívá
U
+
Ui
Ra + Rb
-Rz
I
Stejnosměrné motory
k
IRU aam
M - moment elektromagnetický, vnitřní
M’ – moment na hřídeli M’ = M - ΔM
kde ΔM je moment ztrát třením
Ustálený stav: n = konst
U
+
-M
M’
Mp – zátěžný moment
M’ = Mp = M - ΔM
Motor s cizím buzením
iveiv
Polarita Ia určena U , směr iv dán
smyslem vinutí kotvy.
Levá ruka: směr Fv , M , n
Pravá ruka: směr eiv Iv
(potvrzení Lenzova pravidla)
n
Ia
U
Ib
Φb
Motor s cizím buzením
U
+
-
Ib
Ui
RaIa Rozběh motoru:
a
ia
R
UUI
a
akiR
UIUn 00
Nejdříve nabudit Ib = IbN
Malé motory: kotvu přímo na zdroj U ( Ra relativně velký)
Velké motory: buď Ra sp ( postupně Ra sp 0 , protože Ui )
nebo U = 0 a postupně
Motor s cizím buzením
Základní charakteristiky:
Momentová: M(I) , U, Ib= konst.
Rychlostní: n(I) , U, Ib= konst.
Mechanická: n(M) , U, Ib= konst.
b
aa
b k
IR
k
Un
11
ab IkM
2211 b
a
b k
MR
k
Un
Motor s cizím buzením
U
+
-
Ib
Ui
RaIa Mechanická charakteristika
ωm (M ) , Ib , U = konst
b
b
a
mk
k
MRU
.
.m
k
IRU aa 22
b
a
b
mk
MR
k
U
M
ωmω m0
~ Ra
Při PN → motor „tvrdší otáčky“
( Ra relativně )
Motor s cizím buzením
U
+
-
Ib
Ui
RaIa Řízení otáček
22
b
a
b
mk
MR
k
U
a) Změna budicího proudu
M
ωm
buď Ub reg nebo Rb reg
Ib → ωm ! Ib1
Ib2
Ib1 < Ib2
Užívané řízení, η dobrá (ΔPbr malé )
Nikdy nepřerušit buzení!!
Motor s cizím buzením
U
+
-
Ib
Ui
RaIa Řízení otáček
b) Změna celkového odporu
v kotvě
+Ra reg
M
ωm ωm0Ra reg = 0
Ra reg
„+“ : jednoduché
„-“ : η , měkká charakteristika
22
b
a
b
mk
MR
k
U
Motor s cizím buzením
U
+
-
Ib
Ui
RaIa Řízení otáček
c) Změna svorkového napětí
na kotvě
22
b
am
k
R
dM
d
nezávisí na napětí
M
ωm ωm0
~ RaUN
U1
U1 < UN
Nejlepší řízení,
η optimální,
malé kolísání n ,
v automatizaci nejčastěji.
22
b
a
b
mk
MR
k
U
Motor s cizím buzením
Změna smyslu otáčení
U
+
-
Ib
Ui
RaIa
Nutná změna smyslu momentu
Raději ± Ia pomocí ± U
± Φb → nebezpečí odbuzení
Motor s cizím buzením
Brzdění
U
+
-
Ib
Ui
RaIa
U
-
+
Počáteční stav
Mp
Mn
J
Pp
ΔP
Pm
n >> 0 , J >> 0
Změnit smysl momentu M > 0 na M < 0
Pp = Pm + ΔP
Motor s cizím buzením
Brzdění
U
+
-
Ib
Ui
RaIa
U
-
+
Počáteční stav
Mp
Mn
J
Pp
ΔP
Pm
n >> 0 , J >> 0
Změnit smysl momentu M > 0 na M < 0
Pp = Pm + ΔP
Pm
Motor s cizím buzením
Brzdění do odporu
U
+
-
Ib
Ui
RaIa
U
-
+
Mp
Mn
J
ΔP
Pm
R
Motor s cizím buzením
Brzdění do odporu
+
-
Ib
Ui
Ia Ra
U
-
+
Mp
Mn
J
ΔPj
ΔP
Pm
R
Stejné n , Ib → po přepojení ± Ia (dynamo) → ± M
Výhoda: jednoduchost
Nevýhoda: kinetická energie do „ RI2“
při n 0 také Ui , Ia , M 0
( ponechat Ib , zmenšovat R )
Motor s cizím buzením
U
+
-
Ib
Ui
RaIa
U
-
+
Mp
Mn
J
ΔP
Pm
Brzdění protiproudem
Motor s cizím buzením
Brzdění protiproudem
U
+
-
Ib
Ui
RaIa
U
-
+
Mp
Mn
J
ΔP
PmIa
Stejné n , Ib → po přepojení 0
a
ia
R
UUI
- nutno vložit Ra reg
+ Ra reg
Při n = 0 odpojit, jinak otáčky opačného smyslu ± n
Energie do Ra + Ra reg
Pp
ΔP = Pp + Pm
Motor s cizím buzením
U
+
-
Ib
Ui
RaIa
U
-
+
Mp
Mn
J
ΔP
Pm
Brzdění rekuperací
Ui < U odpovídá směr Ia
Ib , při stálých n → Ui až Ui > U → ± Ia rek
Prek
Ia rek Ia rek
Motor:
Brzdění:
Důsledek: n → Ui , proto musíme Ib , po nasycení Fe nepomůže
Obvyklé řešení v regulovaných soustavách: U → Ui > U
a rekuperace až do n 0
Brzdění DC motorů
Motor brzdí, působí-li moment M proti smyslu točení pohonu.Aby moment změnil znaménko, je nutno změnit smysl proudu
v kotvě Ia nebo toku Φ, tzn. budicího proudu Ib. (NE !!!)
Brzdění DC motorů
Motor brzdí, působí-li moment M proti smyslu otáčení motoru.
Aby moment změnil znaménko, je nutno změnit smysl proudu
v kotvě Ia nebo toku Φ, tzn. budicího proudu Ib. (NE !!!)
Brzdění rekuperací
Proud
a
i
R
UUI
Ui > U
Požadavek
Brzdění DC motorů
Motor brzdí, působí-li moment M proti smyslu otáčení motoru.
Aby moment změnil znaménko, je nutno změnit smysl proudu
v kotvě Ia nebo toku Φ, tzn. budicího proudu Ib. (NE !!!)
Brzdění rekuperací
Proud
a
i
R
UUI
Možnosti: -Φ (přibudit, Ib )
- n (jeřáb, spouštění břemena)
Ui > U
Požadavek
Motor s cizím buzením
Brzdění DC motorů
Motor brzdí, působí-li moment M proti smyslu otáčení motoru.
Aby moment změnil znaménko, je nutno změnit smysl proudu
v kotvě Ia nebo toku Φ, tzn. budicího proudu Ib. (NE !!!)
Brzdění rekuperací
Proud
a
i
R
UUI
Možnosti: -Φ (přibudit, Ib )
- n (jeřáb, spouštění břemena)
Ui > U
Požadavek
Motor s cizím buzením
Motor se sériovým buzením
Nelze dosáhnout požadavku Ui > U Rekuperací brzdit nelze
Brzdění DC motorů
Brzdění do odporu
Polaritu buzení zachovat
Smysl proudu v kotvě je určován Emoment působí proti smyslu točení.aai IRUU
!
Odpojit od napájení a připojit na odpor
Pracuje jako dynamo
_
Motor s cizím buzením
U
Ib
Ia
+ _
+
Ui
E
ωm
M
RB
Ui
E
Ib
M
+
ωm
Ia
_
I
I
Ui
ωm
+
_
E
U
M
I
I
M
Ui
ωm
RB
E
Brzdění DC motorů
Motor se sériovým buzením Po přepojení kotvy na odpor
Brzdění do odporu
Změna smyslu proudu v kotvě i v buzení NEBRZDÍ !!!
I
I
Ui
ωm
+
_
E
U
M
I
I
Brzdění DC motorů
Motor se sériovým buzením Po přepojení na odpor
M
Ui
ωm
RB
E
Brzdění do odporu
Ale co s tím? Jde to opravit? Musí to jít !! Jinak nepojede vlak !!!
I
I
Ui
ωm
+
_
E
U
M
I
I
E
M
Ui
ωm
RB
Brzdění DC motorů
Motor se sériovým buzením
Prohodit přívody k buzení, neodbudit – neměnit smysl Ib !!!
I
Heuréka !!! BRZDÍ
Brzdění do odporu
ωm
Ui
RB
E
M
Motor s cizím buzením
Brzdění protiproudem
Brzdění DC motorů
Ia
UiE
ωm
Ib
M_
U+ _
+
!!!
Brzdění DC motorů
Brzdění protiproudem
Na
ia II
R
UUI
+ _
Ui
EIa
M_
+Ib
ωm
U
Nutno omezit (komutace)
záměna přívodů ke kotvě
Ia
UiE
ωm
Ib
M_
U+ _
+
Motor s cizím buzením
Na
ia I
R
UUI
+ _
Ui
E
Ib
M
Ia
_
+
ωm
U
Brzdění DC motorů
Brzdění protiproudem
Motor s cizím buzením
Na
ia I
R
UUI
N
a
ia II
R
UUI
!!! Nutno omezit pomocí RB
(komutace)
RB
Ui
EIa
M_
+Ib
ωm
U+
_
_
U
Ib
Ia
_+
+
ωm
Ui
E
M_
Brzdění DC motorů
Brzdění protiproudem
Motor se sériovým buzením
Filozofie brzdění je analogická pro motory všech typů:
pro motory stejnosměrné, DC i střídavé AC.
Motor s cizím buzením
Hodnocení:
Pro soustavy samočinné regulace ideální, umožňuje:
- řízení rychlosti v max. rozsahu n při optimální η
- brzdění rekuperací v celém otáčkovém rozsahu
- snadná změna smyslu otáčení
Motor s paralelním buzením ( derivační )
I Ib
U
Ra
Ia
Rb reg
+
-
Ui
Rozběh motoru:
- malé motory přímo
- velké Ra sp pro Ik
Ra sp
Ra sp
Řízení otáček
Rb reg - ano
Ra reg - ano
U - ne
+Ra reg
22
b
a
b
mk
MR
k
U
I
+
-Φb
Ui
Rac
U
Motor se sériovým buzením
Ia = Ib = I
Rac = Rb + Ra
Pro Φb ~ I platí:
M = c.I2
Ic
IRU
k
U acim
c
MI
c
R
Mc
U
c
R
Mc
cU acac
Mc
Um
POZOR! Sériový motor nesmí mít Mp = 0 , protože pak
M 0 a ωm ∞ !!!
(v lineární části mag. char.)
Sériový motor
I
+
-Φb
Ui
Rac
U
Rozběh motoru:
ac
kiR
UIUn 00
Malé motory: kotvu přímo na zdroj U ( Rac relativně velký)
Velké motory: buď Ra sp ( postupně Ra sp 0 , protože Ui )
nebo U = 0 a postupně
+ Ra sp
Sériový motor
I
+
-Φb
Ui
Rac
U
Mechanická charakteristika
ωm (M ) , U = konst
M
ωm
Mc
Um
Sériový motor
I
+
-Φb
Ui
Rac
U
Řízení otáček
c
R
Mc
U acm
a) napětím
Pro dané M je ωm ~ U
- nejlepší řízení: η optimální
( pulsní měnič u tyristorové tram.)
b) odporem Ra reg
+ Ra reg
- jednoduché, ale η
c) změnou budicího toku
- bočníkem paralelně k vinutí
budicímu nebo kotvy
Sériový motor
I
+
-Φb
Ui
Rac
U
Změna smyslu otáčení
Nutná změna smyslu momentu
M = k. Φb .Ia
Změnou: ± Φb nebo ± Ia , ne obojí
( proto nejde ± U )
Řešení
Φb
Sériový motor
I
-Φb
UiU
Změna smyslu otáčení
Nutná změna smyslu momentu
Změnou: ± Φb nebo ± Ia , ne obojí
( proto nejde ± U )
Řešení
+
Rac
Brzdění do odporu
Sériový motor
I
+
-Φb
Ui
Rac
U
J
U
-
+M
Mp
n
ΔP
Pm
Pp
n
Brzdění do odporu
Sériový motor
+
-Φb rem
Ui rem
Rac
U
-
+
Mp
n
J
Pm
ΔP
n
Brzdění do odporu
Sériový motor
U
-
+M
Mp
n
J
Pm
ΔP
+
Rac
Φb
Ui
n
Brzdění do odporu
Sériový motor
U
-
+M
Mp
n
J
Pm
ΔP
R
+
Rac
Φb
Ui
-
I
I
ΔPj
Nevýhoda: kinetická energie do „ RI2“
při n 0 také Ui , I , M 0
(zmenšovat R )
n
Sériový motor
I
+
-Φb
Ui
Rac
U
J
U
-
+M
Mp
n
ΔP
Pm
Pp
Brzdění protiproudem
n
Sériový motor
+
-Φb rem
Ui rem
Rac
U
-
+
Mp
n
J
Pm
ΔP
Brzdění protiproudem
n
Sériový motor
U
-
+M
Mp
n
J
Pm
ΔP
Rac
Φb
Ui
Brzdění protiproudem
n
Sériový motor
U
-
+M
Mp
n
J
Pm
ΔP
Rac
Φb
Ui
Brzdění protiproudem
U
I
I
-
+
n
Pp
Po přepojení: 0
ac
i
R
UUI
- nutno vložit Ra reg
+ Ra reg
Při n = 0 odpojit, jinak otáčky opačného smyslu ± n
Energie do Rac + Ra reg ΔP = Pp + Pm
Sériový motor
I
+
-Φb
Ui
Rac
U
J
U
-
+M
Mp
n
ΔP
Pm
Pp
n
Brzdění rekuperací
- v klasické trakci nelze ( s elektronikou ano )
Vysvětlení srovnáním s chováním cize buzeného motoru.
Musí Ui > U , aby nastalo ± I
sériovécizí
jízda do svahu:
jízda ze svahu: vozidlo je urychlováno svou hmotností
n → Ui → Ui > Un → I → Ui
stále Ui < U
Z Á V Ě R
stále motor,
stále n !U → Ui > U
nebrzdí rekuperací !
DC motor v trakci
Buzení
aamb IRωIcU IRωIcU acm
automatická rekuperace brzděním
n → Ui
Cize buzený motor Sériový motor
P O R O V N Á N Í
Na chvíli připustíme zvýšení proudu na 2.IN
Krátkodobě větší M
→ vhodné pro trakci, jeřáby
top related