ELEKTRINA VUA

Podjela vozila moe da se izvri na nekoliko naina:

1. Po nainu napajanja energijom razlikuju se:

a) autonomna vozila;

(Rezervoar energije koji je potreban za kretanje imaju sa sobom, to predstavlja izvesnu

nepraktinost, ili na sebi imaju zamajac, to znai da je vozilo uslovno autonomno.)

b) napajana vozila;

(Na sebi nemaju nikakav izvor elektrine energije pa se napajanje obezbeuje preko

provodnika.)

2. Po nainu oslanjanja na podlogu, tj. po ogibljenju, razlikuju se:

a) drumska vozila;

(Toak je od pneumatika sa relativno velikim ugibanjem.)

b) inska vozila;

(Toak je od elika, podloga je tvrda, ugibanje je mnogo manje.)

c) vozila sa levitacijom.

(Nema kontakta sa podlogom, to znai da nema te vrste trenja. Ispod vozila moe da bude

nadpritisak pri emu su vozila na vazdunom jastuku, ili moe da se koristi magnetna

levitacija pri emu se indukuje magnetno polje u podlozi najee preko namotaja u samom

vozilu. Ovde nema tokova pa se koristi linearni motor. Lebdenje je od znaaja za ostvarenje

velikih brzina, ak i do 500 [km/h]. Mana ovakvih vozila je u malom stepenu iskorienja

motora =0.65-0.68.

3. Tipovi vunih motora koji se koriste u elektrinoj vui:

a) obrtne maine;

(motori jednosmerne struje, asinhroni i sinhroni motori, reluktantni motori)

b) linearni motori.

4. Naini upravljanja vunom silom:

a) disipativno (postoji gubitak elektrine snage);

b) nedisipativno (koriste se operi, nema gubitka elektrine snage).

Istorijat:

Prva elektrina vua ostvarena je 1812. godine u Rusiji, u Petrogradu, na rijeci Nevi,

elektrinim pokretanjem jednog brodia. Kao vuni motor korien je redni motor

jednosmjerne struje, a kao napajanje jedan akumulator - izvor jednosmjernog napona.

Sl. 1. Zamenska ema motora jednosmjerne struje sa nezavisnom pobudom

Sl. 2. Mehanika karakteristika motora JS sa nezavisnom pobudom

Na osnovu mehanike karakteristike vidi se da motor jednosmjerne struje sa nezavisnom

pobudom nije pogodan zbog toga to radi u uskoj oblasti oko brzine praznog hoda. Kod ove

karakteristike strmina je velika, odnosno tvrda.

Brzina ovog motora se mijenja promjenom napona UAB. To se u XIX vijeku radilo

vezivanjem elektrinog otpora pa su se imali veliki gubici elektrine energije.

Sl. 3. Zamenska ema motora jednosmjerne struje sa rednom pobudom

Sl. 4. Mehanika karakteristika motora JS sa rednom pobudom

Objanjenje zato se koriste motori JS sa rednom pobudom: Glavni razlog za korienje je taj to je mehanika karakteristika meka. Njegova

karakteristika ima oblik hiperbole konstantne snage. Ovaj motor ima osobinu autoregulacije,

tj. kada npr. lokomotiva naie na uzbrdicu, povea se moment ali opada brzina motora, to

znai da elektrina snaga ostaje priblino ista.

Ovi motori imaju velike snage i moraju se napajati iz izvora koji nije na lokomotivi.

Napajanje se vri iz kontaktne mree sa kojom je lokomotiva elastino spregnuta pomou

pantografa. Energija se dovodi iz podstanica koje su smetene pored pruge. Podstanice se

napajaju naizmeninim naponom sa primarne strane.

Pomou transformatora se taj napon sniava i ispravlja pa se dovodi na kontaktno ue. Za

ispravljae nekada su se koristile ivine usmerae, a danas se

koriste silicijumski poluprovodniki elementi.

Sl. 5. Elektrina ema veza napajanja kontaktnog ueta

Naponi u elektrinoj vui:

Naponi su bili u poetku 600 do 700 [V] (danas u tramvajima i trolejbusima) a neto

kasnije 1200 do 1500 [V] (danas u podzemnoj eleznici). Za snagu od 1 [MW] potrebna je,

dakle, struja od oko 1000 [A], pa se ovde javlja problem poprenog presjeka i teine ueta

(mehanika vrstoa kontaknog ueta bi bila ugroena velikim zagrijavanjem usled struja i od

1 [kA]), a i rastojanje podstanica bi moralo da bude malo zbog padova napona (elektrini

parametri kontaknog ueta (voda), i ako imaju malu podunu vrijednost, pri velikim strujama

stvaraju znaajne serijske padove napona).

To se moe rijeiti uveanjem napona, ali nije mogue napraviti dobre motore za taj napon

(problem je u tome to napon izmeu kriki komutatora ne smije nikako prei vrijednost

kritinog napona proboja vazduha koji iznosi oko 30V/mm). Pokuano je rednim vezivanjem

dva motora ime se napon duplira.

Sl. 6. Redna veza dva vuna motora radi poveanja napona napajanja,

odnosno smanjenja struje kontaktnog ueta

Taj napon je i danas u upotrebi u nekim srednjeevropskim zemljama. Ovo reenje nije

dobro jer usled kvara jednog motora, stradae i drugi motor. Razlog za dananje korienje

ovog napona je u konzervativnosti eljeznice: promena infrastrukture je veoma skupa pa se

maksimalno koriste postojei resursi.

Snaga od 1 [MW] je mala za voz. Poveanje snage se ostvaruje poveanjem napona i to je

jedini nain jer postoje ogranienja kontaktnog ueta u pogledu poveanja struje. Na

kontaktni vod se dovodi naizmenini napon. Njegova vrednost je 15 [kV], rastojanje

podstanica sada je 50 [km], a snage lokomotiva oko 15 [MW]. U lokomotive se smijeta

transformator kojim se napon sputa na potrebnu vrijednost.

Sada se postavlja pitanje upotrebljenog motora. Bilo je nastojanja da se upotrijebi trofazni

asinhroni motor napajan sa tri ueta. Ovo rjeenje nije pogodno zbog toga to je mnogo tri

ueta za napajanje i to je prirodna karakteristika asinhronog motora tvrda pa da bi se vrile

promjene brzine mora se mijenjati uestanost napajanja (to nije bilo nimalo praktino u XIX

vijeku).

Lokomotive se napajaju tako to postoji jedno kontaktno ue a povratni vod je ina

(monofazno). Nivo napona se regulie transformatorom. U staro vrijeme bilo je teko ugraditi

ispravljae u lokomotivu zbog toga to su bili veoma veliki, pa su se stavljali samo u

podstanice.

Razmotrimo redni motor jednosmijerne struje:

Elektromagnetni momenat je:

Fluks je (ako magnetno kolo nije zasieno):

Za redni motor vai:

Slijedi da je elektromagnetni moment:

Struja ia je prostoperiodina:

Konano, za elektromagnetni moment vai:

Vidi se da je elektromagnetni moment pulsacioni, sa uestanou pulsacije koja je dva puta

vea od mrene uestanosti.

Sl. 7. Vremenski oblik elektromagnetnog momenta vunog motora

Zbog inercije masa u motoru pulsiranje momenta se praktino ne osjea.

Redni motori jednosmjerne struje koji se napajaju naizmeninom strujom nazivaju se

kolektorski motori (primjer: kod usisivaa i mlinova za kafu. Njihov veliki problem je

komutacija. Tada se stvara usijana plazma - varnica, koju rotor razvlai.

Od manje varnice se moe napraviti krupnija varnica tj. kruna vatra. To moe da dovede

do opasnih kratkih spojeva jer ta varnica predstavlja provodnu sredinu (luk).

Problem komutacije kod kolektorskih motora ne zavisi od brzine obrtanja, taj problem

postoji i kod veih i kod manjih brzina.

Kod rednog motora jednosmjerne struje nema problema komutacije i dobre su

mu karakteristike pri polasku.

Pokuano je da se u lokomotivama ugradi promenljivi transformator. Tako se ostvarila

mogunost regulisanja napona transformacije. Kao promjenljivi transformator poeo je da se

koristi autotransformator-graduator.

Promjenom napona napajanja regulie se brzina. Problem komutacije smanjen je

smanjenjem uestanosti na . Tako je poeo da se koristi sistem napajanja 15 [kV]

i . Ova uestanost je dobijena tako to je u podstanici postojao trofazni sinhroni

motor sa p=3 (tri para

polova) na koji je bio prikljuen sinhroni generator sa p=1 (jedan par polova).

Veza izmedju dimenzija transformatora:

Sl. 8. Elektrina ema veza napajanja kontaktnog ueta pri smanjenoj uestanosti

Objasnimo sada vezu izmeu dimenzija transformatora, njegove snage i uestanosti f.

Povrina provodnika u transformatorima zavisi od kvadrata linearne dimenzije, odnosno:

Isto tako povrina magnetnog kola zavisi od linearne dimenzije kao:

Snaga transformatora se moe izraziti i na sledei nain:

Kako je:

gdje predstavlja gustinu struje, Scu povrinu provodnika a Bmax amplitudu magnetne

indukcije.

Finansiska isplativost regulisanjem napona: Sada moemo napisati:

Kako su veliine Bmax i gustina struje konstantne veliine za jedan transformator dobijamo

da snaga zavisi od:

tako da imamo da je dimenzija obrnuto srazmerna frekfenciji za istu snagu transformatora:

To nas dovodi do zakljuka da ako imamo transformator u lokomotivi koji radi

na on je 3 puta tei od onog koji radi na 50 [Hz]. Vidi se da je snaga

srazmerna pa se moe zakljuiti da je veim smanjenjem uestanosti i da bi snaga

ostala ista, potrebno ugraditi po dimenzijama vei transformator u lokomotivu, to nije

povoljno. Druga nepovoljnost je ta to bi se velikim smanjenjem uestanosti smanjila i

uestanost pulsacija kod kolektorskog motora pa bi se pulsiranje osjetilo prilikom kretanja (ne

bi bilo savladano inercijom masa).

Iz ekonomskog razloga je odabran napon od 15 [kV]. On dovoljno umanjuje struju i nema

problema sa izolacijom kao kod 110 [kV].

Ovakvi sistemi danas postoje u Nemakoj i Skandinaviji zbog konzervativnosti eleznice.

Posle Drugog svetskog rata napravljeni su dovoljno mali ispravljai. Koriste se sistemi sa

promenljivim transformatorom (graduatorom) i ispravljaima u lokomotivi. U upotrebi je

redni motor jednosmjerne struje koji se napaja jednosmjernom strujom, to omoguava da

uestanost napajanja moe da bude 50 [Hz] i da se eliminie u podstanicama grupa motor -

generator za snienje frekvencije. Nema problema komutacije kolektorskog motora. U

podstanicama je obian transformator 110/25 [kV]/[kV]. Ovaj napon ide na lokomotivu u

kojoj su autotransformator (graduator), ispravlja i redni motor jednosmerne struje. Ovakav

sistem se pojavio prvo u Francuskoj.

Sl. 9. Elektrina ema veza napajanja kontaktnog ueta bez smanjivanja uestanosti

Vuni zahtjevi: Vuni zahtjevi pokazuju kako se na dionici mijenjaju vuna sila i brzina vunog motora.

Bavimo se analizom inskih i drumskih vozila, odnosno vozila sa tokovima. U naoj

analizi je prisutan prenosni odnos sa prenosom i. Posmatraemo karakteristiku zavisnosti

momenta od ugaone brzine kod vunog motora:

Sl. 10. Prikaz tri karakteristine karakteristike svakog vunog motora

-trajna karakteristika dozvoljen trajan rad: jednoasovna karakteristika

maksimalno se u tom radnom reimu moemo nai 1 sat: tranzijentna karakteristika

dozvoljeni su samo kratkotrajni (trenutni) radni reimi

Na slici uoavamo 3 karakteristike:

- Trajna eksploataciona karakteristika je geometrijsko mjesto taaka u M- dijagramu, koja

daje set (ureen par) vrijednosti moment-brzina koje u trajnom radumotor moe da postigne.

To je funkcionalna zavisnost momenta od brzine obrtanja utrajnom radu. Ona predstavlja

eksploatacionu karakteristiku koja govori o nivouopteretljivosti motora. Vezana je za

zagrijavanje. Ako se izae izvan karakteristike,raste temperatura to predstavlja opasnost za

motor, za njegovu izolaciju, leajeve itd.Ova karakteristika nije mehanika karakteristika

poznata iz teorije elektrinih mainajer ta mehanika karakteristika daje zavisnost za

stacionarno stanje prinepromenjenim uslovima napajanja.

- Jednosatna eksploataciona karakteristika je geometrijsko mjesto taaka u M- dijagramu,

koja daje set vrijednosti moment-brzina koje motor moe zadovoljiti u trajanju od jednog

asa, a da ne doe do zagrijavanja koje moe da oteti motor. Ona se nalazi izmeu trajne i

tranzijentne karakteristike. Merodavna je za izbor motora.

- Tranzijentna eksploataciona karakteristika je geometrijsko mjesto taaka u M- dijagramu i

kazuje koliki moment moe kratkotrajno da se razvije za datu brzinu. Taj sluaj postoji kod

pokretanja motora koji je otpereen (npr: vuni motor).

Moe se uzeti da to kratko trajanje iznosi deseti, odnosno stoti deo termike vremenske

konstante .

Danas su u elektrinoj vui uglavnom zastupljeni asinhroni motori sa vunim pretvaraima.

Modelovanje vunog sistema:

Sl. 11. Model (mehaniki) vunog sistema

Elementi modela vunog sistema:

1. Motor:

Njegov moment inercije je Jm. Elektromagnetni momenat motora je Mem. U

motoru postoje gubici. Svaka elektrina maina ima gubitke energije (elektrine,

mehanike, dodatne) pa se kod motora na osovini dobija manji moment od

elektromagnetnog.

2. Prenosni mehanizam:

Sastoji se od sistema zupanika i ne mijenja snagu koju prenosi. Postavlja se zato to motori

zbog svojih relativno malih dimenzija imaju velike brzine koje nisu za praktinu upotrebu u

elektrinoj vui.

Gabarit motora iskljuivo zavisi od momenta a ne od snage. Objasnimo. Od znaajnog

interesa je postizanje manjih dimenzija vunih motora. Time se smanjuje koliina korienog

materijala u izradi motora, to znaajno smanjuje trokove, a postie se i manja masa motora.

Dimenzije motora zavise od momenta a ne od snage. Moment je proporcionalan etvrtom

stepenu linearne dimenzije motora , odnosno , gde je V zapremina motora.

Pred nama stoji izbor. Ako nam treba neka snaga (konkretna vrednost, recimo

P = 1MW), momo da izaberemo motor koji ima veliki moment i malu nominalnu

brzinu ili motor sa dosta manjim momentom i isto toliko veom nominalnom brzinom

(odnosno P = 1MW = M1*1 = M2*2, pri emu je M1 > M2 i 2 > 1). Kako je veliina

(teina) ova dva motora, koji daju istu snagu, drastino razliita mi biramo bri motor.

Zbog toga se postavljaju prenosnici sa velikim prenosnim odnosom i. Za postizanje

potrebne vune snage pogodno je izabrati veu brzinu obrtanja, ali se zbog velike brzine

mogu pojaviti problemi u leitima i pri balansiranju rotora, a kod maina za jednosmjernu

struju problemi mogu nastati i na komutatoru i etkicama. Zbog toga se pronalazi

kompromisno rjeenje. Kao visokobrzinski motori upotrebljavaju se motori naizmenine

struje. Pri velikim brzinama se moe pojaviti i problem prenosa preko zupanika, stvara se

velika buka, pa se u pojedinim sluajevima koristi direktan pogon bez prenosnog mehanizma

gde je osovina motora ujedno i pogonska osovina.

Matematiki iskazano, prenosnik zadovoljava zakon odranja snage (energije) ako se

zanemare gubici u njemu :

gde su oi mugaone brzine osovine vozila i motora, respektivno. Sa Moi Memsu

oznaeni momenti koji se javljaju na osovini vozila i motora, respektivno. Treba

napomenuti da se od Mem(elektroamgnetni moment ) treba odbiti dio mehanikih

gubitaka koji se javljaju u samom motoru da bi se dobio koristan moment (moment

na osovini motora). Te gubitke smo u ovom sluaju zanemarili.

Sl. 12. Mehaniki prenosnik reduktor diferencijal

Treba napomenuti da se prenosni mehanizam generalno, kao reenje, pokuava

zaobii. Neki od razloga tome su ne tako mali gubici energije u reduktoru, dodatni dio koji

moe

da se pokvari

3. Pored motora i prenosnika potrebne su i pogonske osovine koje vre mehaniko sprezanje

motora, prenosnika i tokova posmatranog vozila.

Da bi se formulisali zahtjevi vue moraju se izvesti statike i dinamike jednaine vue,

odnosno povezivanje momenta Mi ugaone brzine sa vunom silom Fv,

brzinom vozila v, i otporima vue Fot.

Statika jednaina vune sile:

(brzina vozila je konstantna: v = const.)

Ugaona brzina osovine one zavisi od gubitaka u prenosniku.

Za gubitke u prenosniku uzimamo da su priblino jednaki nuli. Prenosnik bi

tada bio idealan. Dakle: Mi 0. Prelazak iz ugaonih veliina koje opisuju motor u

translatorne koje opisuju kretanje vozila se moe postii na sledei nain.

Dinamiko ponaanje vunog sisema:

Sl. 13. Prenos momenta motora na pogonske osovine putem reduktora i diferencijala

Mem je pogonski moment na izlaznoj osovini motora.

Mm je moment kojim prenosnik djeluje na rotor.

D je prenik toka.

Moe se napisati jednaina dinamike ravnotee:

Jm je moment inercije motora, a mje ugaona brzina njegovog vratila.

Posmatraemo jedno vozilo mase m, koje se kree brzinom v i na koje djeluje suma otpora pri

kretanju oznaena sa Fot.

Sl. 14. Prikaz sila koje djeluju na vozilo pri kretanju

U taki dodira toka i podloge postoje dvije sile.

Sila Fv je sila pogonske osovine na podlogu.

Sila Fv je suprotna sili Fv i predstavlja dejstvo podloge na vozilo na mjestu

spoja podloge i toka (reakcija podloge). To je vuna sila koja pokree vozilo.

Sledea jednaina koja se moe napisati jeste jednaina kretanja vozila:

Sile koje se opiru kretanju:

Sile koje se opiru kretanju predstavljaju otpor kretanju, koji se neminovno

javlja pri kretanju bilo kog vozila. Otpori kretanju se mogu podijeliti na sledei nain:

1. stalni otpori,

2. povremeni otpori,

3. inercijalni otpori.

Stalni otpori kretanju:

Javljaju se uvijek pri kretanju vozila. Razlikujemo tri vrste ovih otpora:

4.1.a - trenje u leajevima,

4.1.b - trenje usled kotrljanja pogonskog toka,

4.1.c - otpor vazduha.

Povremeni otpori kretanju:

Javljaju se povremeno pri kretanju vozila. Posmatramo povremene otpore pri kretanju:

4.2.a) na usponu,

4.2.b) u krivini.

Inercijalni otpori kretanju:

Inercijalni otpor kretanju predstavlja silu koja je potrebna da bi vozilo

ubrzavalo ubrzanjem a.

Opta jednaina vue:

Ako se svi otpori kretanju uraunaju u optu jednainu vue dobija se:

ftl - usled trenja u leajevima

ftk - usled otpora kotrljanja

fkr - zbog otpora u krivini

- koeficijent korekcije masa

- koeficijent adhezije

i - uspon (pad)

Fov - zbog otpora vazduha

Ga - adheziona teina (onaj dio teine vozila koji se oslanja na pogonske

tokove; vrlo bitna veliina jer joj je srazmjerna vuna sila; kod lokomotive sve

osovine su pogonske tako da je teina lokomotive jednaka athezionoj teini Ga=GL;

kod automobila postoji jedna pogonska osovina; maksimalna vuna sila ograniena je

adhezionom teinom pre proklizavanja vozila)

Gv - teina tereta

Ga+Gv - ukupna teina voza (pogledati sledeu sliku)

Sl. 15. Prikaz adhezione teine jedne kompozicije nju predstavlja teina lokomotive

Formulacija vunih zahteva:

Poi emo od poznatih konstatacija: vunoj sili i translatornoj brzini analogni su moment i

ugaona brzina.

Poznati izrazi za ugaonu brzinu i moment su:

Postavlja se pitanje kakvu eksploatacionu karakteristiku vuni motor treba da obezbijedi?

Grafici zavisnosti vune sile od brzine, odnosno momenta od ugaone brzine,

dati su na sledeim slikama:

Sl. 16. Prikaz opozitnih zahteva na F-v dijagramu : elimo da imamo konstantnu snagu

(uslovljava motor) i da se moemo kretati brzinama koje lee u irokom opsegu

Adhezija:

Pred nama se nalazi vano pitanje: kako se ostvaruje vuna sila na kontaktu izmeu toka i

podloge?

Za realizovanje pokretake sile potreban je spoj izmeu ine i toka. Takva veza ine i toka

naziva se adhezija.

ina i toak nisu idealno kruta tijela. Njihov meusobni dodir nije taka. Pod vertikalnim

dejstvom teine vozila dolazi do elastine deformacije tako da se kontakt izmeu ine i toka

vri po eliptinoj, tzv. Hertz-ovoj povrini. Nastaje praktino utapanje toka u podlogu.

Na sledeoj slici prikazan je sluaj ako osovina nije pogonska, tj. ako je vuna sila na toj

osovini jednaka nuli: Fv=0.

Sl. 17. Prikaz kontakta toak podloga za toak koji nije pogonski

Vrijednost rastojanja od take A do take B je:

D je prenik toka a Rnjegov poluprenik; je ugao uzmeu poluprenika OA i OB .

Znai, za sluaj kada je Fv=0 dobija se da taka na obodu toka prelazi put

izmeu A i B:

i da je periferna brzina te take: jednaka translatornoj brzini kretanja. Poznato

je da je ougaona brzina osovine.

Pregled postojeih elektromotora sa osvrtom na njihovu primjenu u

elektrinoj vui: Vrste motora:

1. redni motor jednosmjerne struje

2. motor jednosmjerne struje sa nezavisnom pobudom

3. asinhroni motor

4. sinhroni motor sa namotanim rotorom

5. sinhroni motor sa permanentnim magnetom

6. prekidaki reluktantni motor (SR)

Vane osobine motora:

1. regulacija vune sile

2. polazne karakteristike

3. osjetljivost na promjene trase (i [%]) i promjene napona na kontaktnom vodu(UKV)

4. mogunost elektrinog koenja i rekuperacije

5. mogunost rada u oblasti slabljenja polja (zona P = const.)

6. sloenost elektrinog pretvaraa

Redni motor jednosmjerne struje je prvi motor koji se primjenjivao u elektrinoj vui.

Maine za naizmjeninu struje (MNS):

U elektrinoj vui se od MNS koriste trofazni asinhroni motori sa kratko spojenim

(kavezom) rotorom kao i trofazni sinhroni motori sa permanentnim magnetima na rotoru. Kod

vunih pogona velike snage, u upotrebi su i sinhroni motori sa pobudnim namotajem na

rotoru. Elektrina vozila ne poseduju trofazne izvore napona. Primarni izvori su esto

trakcione baterije, koje daju jednosmjerni napon, ili se pak radi o naizmjeninom,

monofaznom naponu koji se u vozilo dovodi putem kontaktnog voda ili na neki drugi nain.

Stoga je neophodno obezbjediti vuni pretvara na ije prikljuke se dovodi jedan od

pomenutih naina napajanja, a koji na svojim izlazima nudi simetrian trofazni, regulisan

napon promenljive f.

Maine naizmjenine struje imaju prednosti u odnosu na maine jednosmjerne struje.

Jedna od prednosti MNS je odsustvo etkica i kolektora, koji inae predstavljaju najvee

ogranienje i nedostatak vunih motora jednosmjerne struje, i svih problema koji usled njih

nastaju. Karakteriu ih manje dimenzije, manja masa, prema tome i nia cijena. Srednja

specificna cijena asinhronog motora u Sever fabrici motora u Subotici, izraena u [$/kg]

iznosi 7 do 8 amerikih dolara.

Poznato je iz teorije elektrinih maina da je ugaona brzina obrtanja rotora asinhronog

motora manja od sinhrone zbog klizanja (s), pa zbog toga u narednom izrazu stavljamo znak

:

Ako uvaimo klizanje gornji izraz postaje

Brzina obrtanja sinhrone maine je:

p je broj pari polova, a fje uestanost napajanja.

Vuni zahtjevi se ogledaju u potrebi da se brzina obrtanja moe kontinualno

mijenjati, kao i da se pri datoj brzini obrtanja moe ostvariti proizvoljna vrijednost

momenta M (koju diktiraju uslovi trase). Da bi se brzina mogla mijenjati, shodno prethodnim

obrascima mora se imati mogunost kontinualne promjene uestanosti.

Uestanost se mijenja pomou vunog pretvaraa.

Sinhroni vuni motor:

Kao i svaka elektrina maina, sinhroni motor je reverzibilan (moe da radi u motornom i u

generatorskom reimu). Sinhrona maina je jedina maina koja moe da proizvodi ili

apsorbuje samo reaktivnu energiju, tj. da radi kao sinhroni kompenzator to je ini

dragocjenom u elektroenergetskom sistemu.

Dobre karakteristike sinhronih motora su sledee:

- mogunost ugraivanja velikih snaga i irok dijapazon oblasti konstantne snage motora,

- lako odravanje,

- lak prelaz iz motornog u generatorski rad to omoguuje elektrino koenje,

- jednostavnost invertora za napajanje sinhronog motora,

- dobar stepen iskorienja stoga to u rotoru SM nema gubitaka niti u gvou (jer nema

relativnog pomicanja polja u odnosu na rotor) a nema ni gubitaka u bakru, jer nema bakra

(kod rotora sa permanentnim magnetima)

Magnetno kolo sinhrone maine se sastoji iz dva dijela, nepokretnog - statora (koji predstavlja

indukt i napaja se iz strujnog invertora) i pokretnog - rotora (koji predstavlja induktor i napaja

se jednosmjernom strujom iz pomonog izvora u sluaju da se pobudno polje obezbjeuje

pobudnim namotajem ).

Asinhroni vuni motor:

Asinhroni vuni motor je najperspektivniji kandidat za savremene konstrukcije elektrinih

vozila. Elektrina vozila ne trae da vuni motor bude standardne cilindrine izvedbe.

Poeljniji je motor koji moe da se ugradi u pogonsku osovinu.

Konvencionalno rjeenje je sa monomotornim obrtnim postoljima sa sistemom prenosnika.

Ovde nema monomotorno obrtno postolje. Rotor motora se u ovom sluaju nalazi spolja.

Stator se napaja kroz osovinu. Rotor se bolje hladi. Grejanje rotora asinhronog motora je

jedina njegova loa osobina.

Neto o konstrukciji AM. Na statoru je trofazni namotaj koji preuzima ulogu induktora za

razliku od SM. Rotor AM, inae indukt, je cilindrini komad feromagnetnog materijala

(gvoa) kroz koji su probuene rupe, aksijalno po obimu. U njih se smjetaju provodnici koji

sa bonih strana kratko spajaju. Jednostavna i jeftina izrada rotora AM jeste jedna od njegovih

prednosti.

esto se upotrebljava linearni motor. Ukoliko bi postojala provodna gvozdena podloga po

sredini pruge prekrivena aluminijumom, bio bi to rotor za asinhroni motor, a stator bi mogao

da se postavi na dno vagona.

Asinhroni motor se namee kao najbolje rjeenje savremenog problema pogona u

elektrinoj vui. Motori jednosmjerne struje imaju kolektor i etkice, to je u sluaju

asinhronih motora eliminisano.

Asinhroni motor na sebi redovno ima trofazne namotaje da bi se ostvarilo obrtno polje sa

najmanjim brojem provodnika. Ostvaruje se n-fazni sistem sa namotima pomjerenim za 2/n i

strujama vremenski pomjerenim za 2/n. Za trofazni sistem prostorno i vremensko

pomjeranje je 2/3.

Sa aspekta elektrine vue bitna je brza regulacija momenta i vune sile, zadovoljavanje

polaznog momenta i slabljenje polja. U elektrinoj vui se asinhroni motor ne moe koristiti

kao u industriji, jer je tako ne mogue ostvariti kontinualnu kontrolu vune sile.

Linearni indukcioni motor (LIM-Linear Induction Motor):

U savremenoj elektrinoj vui koriste se linearni motori. Princip njihovog rada se ne

razlikuje od asinhronog motora, samo kod linearnih motora ne postoje obrtni dijelovi ve

samo translatorno kretanje. Kod linearnog motora nema rotacionih dijelova, stator i rotor su

jedan drugom paralelni. Za oslanjanje na podlogu se koristi magnetna levitacija, vazduni

jastuk ili tokovi koji nisu pogonski. Bilo koji od navedenih naina oslanjanja o podlogu da je

u pitanju, jedno je sigurno, kod linearnih motora ne postoji problem adhezije. Odnosno nema

ogranienja pogonskog momenta i vune sile. To je bio i najvei probem kod konvencionalne

eljeznice jer nam je trasa uslovljavala snagu koju moemo iskoristiti iz vunih motora. Ovdje

nema proklizavanja.

Princip rada linearnog motora se moe jednostavno objasniti. Neka vozilo predstavlja jedan

magnet. Ako smo u situaciji da u podlozi, na kojoj lei vozilo, stvorimo magnetno polje tako

da su istoimeni polovi vozila i podloge malo pomjereni u pravcu kretanja na vozilo e

djelovati vuna sila. Ta sila eli da pokrene vozilo tako da se raznoimeni polovi poklope. To

nije magnetsko lebdjenje. Potrebno je imati dodatne polove u vozilu i podlozi koji bi

konstantno bili postavljeni tako da su istoimeni polovi naspramni to bi rezultovalo odbojnom

silom, lebdjenjem vozila.

Za realizaciju linearnog motora pogodan je samo asinhroni motor sa kratko spojenim

kaveznim rotorskim namotajem. Kratko spojeni kavez se moe simulirati i ugraditi u podlogu.

Na slici je dat primer kako se linearni motor, koji se koristi u modernoj eleznici, moe

predstaviti pomou rotacionog asinhronog motora.

Sl. 18. Linearni motor se moe prikazati kao asinhroni koji je razvijen u jednu traku. (obim

postaje duina)

Ukoliko bi postojala provodna gvozdena podloga po sredini pruge prekrivena

aluminijumom, bio bi to rotor za asinhroni motor (na gornjoj slici crvena boja), a stator bi

mogao da se postavi na dno vagona (na gornjoj slici zelena boja), tj. vozila.

Prekidaki reluktantni motori (SR motori -Switched Reluctance Motor):

Struktura ovih motora je vrlo jednostavna. Namotaji se nalaze samo na statoru i nisu

rasporeeni po ljebovima ve su koncentrisani. Rotor je od fino oblikovanog, laminiranog

feromagnetika. Ovi motori ne rade na principu obrtnog magnetnog polja ve na principu

varijabilne reluktanse. Postoji tenja da se pol rotora dovede u poloaj minimalne reluktanse.

Na sledeem primjeru vidi se kako se pod dejstvom sile dva prikazana elementa u datim

okolnostima pokreu jedan u odnosu na drugi. Ta sila, koja je srazmerna kvadratu fluksa

magnetnog polja, tei da ih dovede u poloaj minimalne magnetne otpornosti

Sl. 19. Ilustracija sile koja se javlja kao posledica polja da smanji magnetni otpor

Broj pari statorskih polova nije isti kao broj pari rotorskih polova. U praksi su mogue

kombinacije est statorskih i etiri rotorska pola.

Elektrini i hibridni automobili:

Odavno postoji tenja da se naprave automobili na elektrini pogon. Time bi se u velikoj

mjeri rijeio ekoloki problem, koji je znaajno uzrokovan hemijski tetnim gasovima, a koje

kao proizvod sagorijevanja pogonskog goriva isputaju motori sa unutranjim sagorijevanjem.

Osnovni problem koji se javlja kod ovih vrsta automobila je teina baterije: za auto tipa

Yugo (do 1000kg) za 100kmputa potrebna je baterija od oko 400kg.

Razvoj u ovoj oblasti se dijeli na dvije grane:

- elektrini automobili; Ovakav automobil je jednostavan i nema zagaenja, ali su mu

performanse loe: za bateriju od 400kg, maksimalna brzina je 60 do 70km/h, a radijus je

do80km.

Zbog ovih loih osobina tei se razvoju i drugog tipa motora.

- hibridni

Ovi se dijele na: serijske i paralelne.

Zakljuak:

Motor jednosmjerne struje sa nezavisnom pobudom nije pogodan za elektrinu vuu zbog

toga to radi u uskoj oblasti oko brzine praznog hoda. Kod njegove karakteristike strmina je

velika, odnosno tvrda. Brzina ovog motora se mijenja promjenom napona.

Glavni razlog za korienje motora JS sa rednom pobudom je taj to je mehanika

karakteristika meka. Njegova karakteristika ima oblik hiperbole konstantne snage. Ovaj motor

ima osobinu autoregulacije i veliku snagu.

Bilo je nastojanja da se upotrijebi trofazni asinhroni motor napajan sa tri ueta. Ovo

rjeenje nije pogodno zbog toga to je mnogo tri ueta za napajanje i to je prirodna

karakteristika asinhronog motora tvrda pa da bi se vrile promjene brzine mora se mijenjati

uestanost napajanja.

Za postizanje potrebne vune snage pogodno je izabrati veu brzinu obrtanja, ali se zbog

velike brzine mogu pojaviti problemi u leitima i pri balansiranju rotora, a kod maina za

jednosmjernu struju problemi mogu nastati i na komutatoru i etkicama. Zbog toga se

pronalazi kompromisno rjeenje. Kao visokobrzinski motori upotrebljavaju se motori

naizmenine struje.

U elektrinoj vui se od MNS koriste trofazni asinhroni motori sa kratko

spojenim (kavezom) rotorom kao i trofazni sinhroni motori sa permanentnim magnetima na

rotoru. Maine naizmjenine struje imaju prednosti u odnosu na maine jednosmjerne struje.

Jedna od prednosti MNS je odsustvo etkica i kolektora, koji inae predstavljaju najvee

ogranienje i nedostatak vunih motora jednosmjerne struje, i svih problema koji usled njih

nastaju.

Kao i svaka elektrina maina, sinhroni motor je reverzibilan (moe da radi u motornom i u

generatorskom reimu). Sinhrona maina je jedina maina koja moe da proizvodi ili

apsorbuje samo reaktivnu energiju, tj. da radi kao sinhroni kompenzator to je ini

dragocjenom u elektroenergetskom sistemu.

Asinhroni motor se namee kao najbolje rjeenje savremenog problema pogona u

elektrinoj vui. Motori jednosmjerne struje imaju kolektor i etkice, to je u sluaju

asinhronih motora eliminisano.

Literatura:

1. B. Radojkovi: Jednofazne lokomotive

2. B. Radojkovi: Elektrina vua

3. B. Radojkovi, M. Todorovi: Zbirka zadataka iz elektrine vue

4. S. Vukosavi, L. Mati, Z. Janda: Zbirka zadataka iz elektrine vue

5. Trendovi u razvoju digitalno upravljanih elektricnih pogona