motor jednosmerne struje (mjs) princip rada, stacionarni

Motor jednosmerne struje (MJS) Princip rada, stacionarni model, prirodne statičke karakteristike, kretanje radne tačke

Regulisani elektromotorni pogoni – Mehatronika

predavanje 5

(Feb 2020)

1. Princip rada MJS

Digitalno upravljani pogoni jednosmerne struje 3/30

MJS konstrukcija

Konstrukcija MJS Princip rada MJS

Magnetno kolo statora MJS ima jaram (J), šuplji feromagnetni valjak, na koji se postavljajuistureni polni nastavci (PN). Strujno kolo statora čine dva koncentrisana polunamotajapostavljena na polove, namotana u takvom smeru da pri proticanju jed. struje jedna polovinastat. obima bude severni pol N, a druga južni S. Jedn.struja Ip je pobudna struja, jer uspostavljamagnetno polje u mašini, a namotaj pobudni. Alternativa pobudnom namotaju,, su stalni(permanenti) magneti na statoru, kod kojih se pobudni fluks Fp ne može menjati.

Rotor (R) je cilindričnog oblika, sa magn. kolom od ožlebljenih paketa limova, i rotorskimnamotajem postavljenim u žlebove. Provodnici u žlebovima rotora (tzv. armatura) supovezani tako da je smer struje u provodnicima koji se nađu ispod svakog pola uvek isti, bez obzira na položaj i obrtanje rotora. To se postiže upotrebom komutatora, izolovani bakarnisegmenti S1 i S2 na koje naležu grafitne četkice A i B kroz koje protiče jednosmerna struja rotoraIa. Zbog malog zazoru između statora i rotora, pob. polje je radijalno u zoni rot. provodnika.


MJS princip rada - nastanak momenta

Na krajeve navojka rotora se dovodi jednosmerni naponpreko nepokretnih četkica i metalnih poluprstenova, pa se kroz navojak uspostavi jednosmerna struja Ia.

Na provodnik dužine l sa strujom kroz Ia a nalazi se u magnetnom polju statora deluje elektromagnetna silajednaka vektorskom zbiru elementarnih elektromagnetnihsila kojim magnetno polje indukcije B djeluje na pojedinestrujne elemente datog provodnika. Pošto je provodnik normalno postavljen na polje za ukupnu silu se dobija BIL

Pošto su provodnici na istoj udaljenosti od centra, za rezultantni magnetni moment se dobija:

Konstrukcija MJS Princip rada MJS

el


MJS princip rada – nastanak EMS

Obrtanjem rotora u provodnicima ispod svakog pola indukuje se elektromotornasila eprov=Blv, gde je v=wrD/2 linijska brzina kretanja provodnika.

Indukovana EMS dva redno vezana provodnika 1 i 2, koja čine navojak, je e12=2eprov. Ona je naizmenična, ali gledana sa strane komutatora, načetkicama A i B, ona je jednosmerna jer je komutator ispravlja:

Jednačina naponske ravnoteže namotaja rotora

Lazar Sikimić:

Električni pogoni, VTŠ

Požarevac, 2014.

2. Mehaničke karakteristika MJS

Funkcija brzine od momenta. Izvodi se na osnovu stacionarnog modela motora. Izvešćemo momente karakteriste1. MJS sa magnetima, 2. MJS sa nezavisnom pobudom, 3. MJS sa rednom pobudom


Tri izvedbe MJS za mehatroniku

MJS sa stalnim magnetima

MJS sa nezavisnom pobudom MJS sa rednom pobudom

Tri interesantne izvedbe MJS , u zavisnosti od pobude:1. Stalni magneti, flux = const2. Nezavisna pobuda, flux = Lp x ip .

Polje ne pravi magnet nego struja koja prolazi kroz fluksni namotaj

3. Redna pobuda, flux = Lp x ia. Fluksni namotaj je na red sa armaturom, pa kroz njega prolazi ista ta struja armature

Mel = Fpm x ip

Mel = Lp x ia^2Mel = Lp x ip x ia


MJS sa nezavisnom pobudom

Kod mašina sa nezavisnom pobudom namotaji rotora i statora se napajajunezavisno, iz dva različita i nezavisno kontrolisana izvora jednosmernog napona,

Kada se na priključke pobudnog namotaja (F1 i F2) dovede napon Up kroznjega protekne struja pobude Ip i uspostavlja se fluks pobude statora Yp=LpIp

Kada se na priključke armature (A1 i A2) dovede jednos. napon Ua, kroznamotaj rotora otpornosti Ra protiče struja Ia, nastaje moment, Mel=Yp Ia irotor počinje da se obrće.

U namotaju rotora se indukuje kontralektromotorna sila E koja zavisi od brzine rotora i veličine fluksa statora E = wrYp



Jednačina naponske ravnoteže

Jednačina momenta (proporc struji armature)

Ako se moment uvrsti u jednačinu naponske ravnoteže

i ta jednačina reši po brzini…

Dobija se zavisnost brzine obrtanja u

funkciji el. momenta, tj meh. karakteristika



1. Najbolji način regulacije brzine je promenom napona MJS na rotoru

2. A šta kada dodjemo do Umax ?Onda smanjujemo fluks (ako nije permanentni magnet) time što smanjimo struju pobude.

Brzina dalje RASTE ALI VIŠE OPADA SA MOMENTOM OPTEREĆENJA !!!

Normalan režim rada regulacije brzine naponom ..

Regulacija brzine slabljenjem polja

Regulacija brzine MJS sa nezavisnom pobudom



Veštačke mehaničke karakteristike MJS nastale: a) promenom napona armature (do nominalne brzine)Sa rastom napona Ua , raste i brzina wr

b) promenom struje (fluksa) pobude (preko nominalne brzine)Sa obaranjem fluksa Yp, raste i brzina wr



Veštačke mehaničkekarakteristike MJS u 4 kvadranta, dva smera brzine dva smera momenta



Motor jednosmerne struje sa stalnim magnetima je specijalni slučaj motora sanezavisnom pobudom koji umesto pobudnog namotaja ima stalne magnete nastatoru. Oni su relativno male snage, malih dimenzija i jednostavno se povezuju inapajaju preko samo jednog para priključaka. Kod ovih motora gubi se mogućnostpodešavanja fluksa pobude koji je jednak konstantnom fluksu magneta,

Kada se na priključke armature (A1 i A2) dovede jednos. napon Ua, kroznamotaj rotora otpornosti Ra protiče struja Ia, nastaje moment, Mel=YPM Ia irotor počinje da se obrće. U namotaju rotora se koja zavisi od brzine rotora iveličine fluksa statora E = wrYPM



Analitički izraz za mehaničku karakteristiku MJS sa stalnim magnetima je isti kao i za mašinu sa nezavisnom pobudom,

Pošto se fluks ne može menjati, regulacija brzine preko nominalne vrednosti nije moguća.

NE MOŽE


MJS sa rednom pobudom

MJS sa rednom pobudom konstruišu se tako da imaju istu struju pobude iarmature, pa su ti namotaji vezani na red,

Pobudni fluks proporcionalan je pobudnoj struji, koja je kod rednog motorajednaka struji armature, pa se može napisati


Meh. karakt. JMS sa rednom pobudom

Jednačina naponske ravnoteže

Pošto je fluks je proporcionalan struji armature

Moment postaje kvadratna funkcija struje

A indukovana EMS je funkcija struje i brzine

Meh. karak. MJS sa radnom pobudom


Meh. karakt. MJS uporedno

Meh. karak. MJS sa

stalnim magnetima

Meh. karak. MJS sa

nezavisnom pobudom

Meh. karak. MJS sa radnom pobudom

= const !

= Lf If

Umax, if1

Umax

Umax , if2 , if2< if1

n

M

n

M

n

M

U<Umax

U<Umax, if1

3. Kretanje radne tačke MJS

Upravljanje brzinom MJS


Kretanje radne tačke MJS- upravljanje brzinom

Mehaničke karakteristike MJS sanezavisnom pobudom pokazuju da se brzina pri nekom momentu opterećenjamože menjati: promenom napona na armaturi, promenom struje pobude (fluksa

pobude).

Pri tome, zbog fizičkih ograničenja, napon armature i fluks pobude moguda se menjaju od nule do nominalnih vrednosti, čime se definišu prva idruga zona upravljanja,

U prvoj zoni, do nominalne brzine, motorom se upravlja promenomnapona armature pri nominalnom fluksu pobude.

U drugoj zoni, za brzine veće od nominalne, motorom se upravljasmanjenjem fluksa pobude pri konstantnom naponu armature


Kretanje radne tačke MJS

4. Eksploataciona i tranzijentnakarakteristika MJS



Pri promeni veštačkih karakteristika, promenom napona ili fluksa,nastaje prelazni proces pri kojem radna tačka prelazi sa početnekarakteristike na novu. Ovaj dinamički prelazni proces se može gruboanalizirati pomoću statičkih momentnih karakteristika, smatrajući da sumehanički prelazni procesi značajno sporiji od električnih. Na taj načinse smatra da se prelazak sa jedne na drugu veštačku karakteristikuodvija pri konstantnoj mehaničkoj brzini, wr=const,


Kretanje radne tačke MJS-smanjenje brzine

Pri datom momentu M1 i većem naponu, radna tačka je tačka 1 na

karakteristici A, sa većom brzinom w1. Smanjenjem napona na Ua2<Ua1 motor

dobija novu veštačku karakteristiku B, pri kojoj će dati moment M1 razvijati na

manjoj brzini w2 < w1 u radnoj tački 2.

Pošto se brzina sporije menja nego napon, prelazak iz tačke 1 u tačku 2

odvija se po pravoj konstantne brzine w1 =const, polazeći od tačke 1 do preseka te

prave sa novom mehaničkom karakteristikom B, a zatim po njoj. Radna tačkaprelazi u generatorski, II kvadrant, moment mašine je negativan, pa se smanjujebrzina, jer se oduzima kinetička energija obrtnih masa i pretvara u električnu. Daljese radna tačka kreće po karakteristici B do radne tačke 2 u kojoj ulazi u stacionarno

stanje sa brzinom w2.


Kretanje radne tačke MJS-uvećanje brzine

Za povećavanje brzine sa w2 na w1 pri datom momentu M1, odnosno prelaskuiz tačke 2 u tačku 1, potrebno je povećati napon sa Ua2 na Ua1, čimekarakteristika B postaje karakteristika A. Radna tačka se kreće iz tačke 2 popravoj konstantne brzine w2 =const. do preseka sa novom momentnomkarakteristikom A. Nakon brzog prelaska na karakteristiku A, motor počinjeda generiše dinamički moment kojim saopštava mehaničku energiju obrtnimmasama i povećava kinetičku energiju, te rotor ubrzava i radna tačka sekreće po karakteristici A sve do tačke 1. U tački 1 uspostavlja se novostacionarno stanje pri brzini w1 i momentu M1. U oba slučaju voditi računa dase naglim povećavanjima napona razvijaju udarni momenti i velike struje.

motor jednosmerne struje (mjs) princip rada, stacionarni

Documents