Princip funkce stejnosměrného stroje • stator vytváří konstantní

Komentáře

Transkript

Princip funkce stejnosměrného stroje • stator vytváří konstantní
Princip funkce stejnosměrného stroje
 stator vytváří konstantní magnetický tok ΦB, který protéká
rotorem
a) motor:
 do rotoru je přiváděn přes komutátor proud
 na rotoru je více vinutí, komutátor připojená vinutí
přepíná tak, aby výsledná vzájemná poloha magnetického
toku statoru a rotoru způsobila mechanický moment
b) generátor:
 vnější pohon otáčí rotorem s komutátorem, na vinutích se
změnou magnetického toku indukuje napětí Ui
 komutátor připojená vinutí přepíná tak, aby se usměrňoval
indukovaný proud
 konstrukce motoru i generátoru je stejná, pro funkci obou
může být použit jeden stroj bez omezení
 liší se jen směrem toku energie
Funkce stejnosměrneho motoru
 budící vinutí je napájeno proudem IB, rotorem tak protéká
magneticky tok φB
 úhlem natočení komutátoru se připojí takové rotorové vinutí,
aby rozdíl směrů magnetických os statoru i rotoru
způsoboval mechanický otáčivý moment
 dalším pootočením rotoru se původní vinutí odpojí a připojí
se další
 velikost indukovaného napětí závisí na velikosti
magnetického toku statoru a na rychlosti otáčení rotoru
 velikost momentu na hřídeli:
velikost napětí na svorkách:
motor:
generátor:
kde:
Ui … indukované napětí
RA …ohmický odpor vinutí rotoru
IA … proud rotorem
IB … proud statorem
ΦB … magneticky tok statoru
n … počet otáček za minutu
kM , kC … jsou konstanty odkazující na přímou úměrnost
parametrů
Stejnosměrné motory
Historie stejnosměrných motorů
 stejnosměrný motor → jeden z prvních rotačních
elektromotorů, možná i vůbec první, vynalezl Michael Faraday
v roce 1821
 motor se skládal z volně zavěšeného drátu ponořeného do
nádrže rtuti
 ve středu nádrže byl umístěn permanentní magnet
 elektrický proud procházel drátem, drát rotující kolem
magnetu pak prokazoval, že proud vytvořil kolem drátu točivé
magnetické pole
 moderní motor na stejnosměrný proud byl náhodně objeven v
roce 1873, když Zénobe Gramme vodivě spojil roztočené
dynamo s druhým stojícím dynamem, z něhož se tím
stal napájený motor
Princip činnosti
 komutátorový stroj s permanentními magnety s dvoupólovou
kotvou
 nejjednodušší komutátorový stroj
 nejjednodušší motor na stejnosměrný proud má stator
tvořený permanentním magnetem a rotující kotvu ve formě
elektromagnetu s dvěma póly
 rotační přepínač zvaný komutátor mění směr elektrického
proudu a polaritu magnetického pole procházejícího kotvou
dvakrát během každé otáčky => tím zajistí, že síla působící
na póly rotoru má stále stejný směr
 v okamžiku přepnutí polarity (mrtvý úhel motoru) udržuje běh
tohoto motoru ve správném směru setrvačnost
 principiálně se tento motor trochu podobá střídavému
synchronnímu motoru, kde rotační přepínání směru proudu a
jím vytvářeného magnetického pole zajišťuje sama
elektrorozvodná síť
 komutátor zajistí, že se v cívce změní směr proudu + a − (− a
+) po každém pootočení o 180° (u dvoupólového motoru)
 takto dochází ke změně směru indukčních siločar v cívce
Funkce stejnosměrného motoru
 rotor (kotva) je přes oranžový komutátor připojen ke zdroji
stejnosměrného napětí
 stator je tvořen dvěma velkými permanentními magnety
 vzhledem k polaritě statoru a rotoru se souhlasné póly
(barvy) odpuzují a rotor se otáčí
 opačné póly se přitahují, rotor se stále otáčí. V okamžiku, kdy
se rotor dostane do vodorovné polohy, dojde na komutátoru
k přepnutí polarity magnetického pole rotoru
 běžný komutátorový stroj buzený magnety
 motory s permanentním magnetem se dodnes využívají
například v modelářství
 jen kotva je obvykle minimálně třípólová, aby nevznikal
problém s mrtvým úhlem motoru
 výhodou motoru s permanentním magnetem obecně je
možnost snadno měnit směr otáčení polaritou vstupního
napětí, výhodou při porovnání s ostatními komutátorovými
stroji je úspora statorového vinutí
Stejnosměrné motory vyžadují při nízkých otáčkách cizí
chlazení.
Motor s cizím buzením
 budicí vinutí je napájeno z vlastního zdroje nezávislého na
napájení vinutí kotvy, takže jeho otáčky můžeme řídit v
širokém rozsahu a vůbec nezávisí od zatížení
Otáčky motorů s cizím buzením klesají při zatížení jen
nepatrně.
 otáčky se řídí napětím v obvodu kotvy nebo budícím proudem
 místo budicího vinutí může být použit permanentní magnet
A1, A2 – vývody vinutí
kotvy
F1, F2 – vývody vinutí pro
cizí buzení
a) řízení otáček
 je-li spouštěcí rezistor R1 v obvodu
kotvy dimenzován na pro trvalý
provoz, je možno regulovat otáčky
při jmenovitém buzení od nuly (R1 je
maximální) do jmenovitých otáček
(R1 je odpojen)
 vyšších než jmenovitých otáček lze
dosáhnout budícím reostatem R2
zmenšením budícího proudu
(odbuzením) při jmenovitém napětí
na kotvě
b) zatěžovací charakteristika
 pro zvýšení otáček nad jmenovité otáčky je možné použít
rezistor v obvodu buzení a snížením budicího napětí zvýšit
otáčky motoru
c) použití
 motory s cizím budením sa používají všude tam, kde sa
vyžaduje plynulé a hospodárné řízení otáček v širokých
mezích a nebo, kde sa požaduje dodržování nastavených
otáček při velmi kolísajícím zatížení strojového zařízení
 jsou vhodné pro pohon obráběcích strojů, pro pohony v
těžkých provozech ( těžné stroje, válcovací tratě ...)
 kvůli nutnosti dvou zdrojů se často nepoužívá
 má stejné vlastnosti jako derivační motor
Derivační motor
 budicí vinutí je zapojené paralelně k vinutí kotvy
 při spouštění musí mít dostatečný záběrový moment, který sa
dosáhneme tak, že na jeho budící vinutí připojíme plné napětí
A1, A2 – vývody vinutí kotvy
E1, E2 – vývody derivačního vinutí
a) řízení otáček
 regulace se provádí stejně jako u
motorů s cizím buzením
 otáčky lze regulovat spouštěcím
odporem nebo odporem v
obvodu buzení
b) zatěžovací charakteristika
 motor se chová stejně jako motor s cizím buzením →
má stejnou zatěžovací charakteristiku
 buzení je stálé a točivý moment M  I
 derivační motor se může při přerušení obvodu budicího
vinutí roztočit do vysokých otáček!
n
M
n = f (I)
M = f (I)
I
 poněvadž budící proud je poměrně malý, je ztráta energie
v regulačním odporu také malá a tato regulace otáček je
hospodárná
 zvětší-li se zatížení při stálém buzení, bere motor ze sítě
větší proud a indukované napětí se zmenší
 menšímu indukovanému napětí odpovídá při stálém
buzení menší rychlost
 otáčky se zatížením klesají, ne však o mnoho, poněvadž
se zatížením se zvětšuje i reakce kotvy, která zeslabuje
magnetický tok a pokles otáček se téměř vyrovná
 tím, že buzení se zatížením se nemění, jsou otáčky při
stálém svorkovém napětí téměř konstantní
c) použití
 derivační motor se používá na pohon obráběcích strojů,
valcovacích stolic, lokomotivních toční a pod.
Sériový motor
 budicí vinutí je zapojeno v sérii s vinutím kotvy => proud,
který protéká vinutím kotvy, protéká také budicím vinutím
 sériový jednofázový motor je označován také jako univerzální
motor → jeho provoz je možný jak na střídavé napětí, tak na
stejnosměrné napětí
 motor má konstrukci i zatěžovací charakteristiku podobnou
stejnosměrnému motoru se sériovým buzením
 otáčky jsou nezávislé na frekvenci napájecího napětí
 otáčky dosahují hodnot až 30 000 ot./min
A1, A2 – vývody vinutí kotvy
D1, D2 – vývody sériového vinutí
a) řízení otáček

pomocí předřadného
rezistoru
 pomocí děliče napětí (v Berkhausenově zapojení)
 elektronickou regulací napětí pomocí fázového spínání
Elektronická regulace napětí
 jiskřením kontaktů komutátoru vznikají vysokofrekvenční
proudy, které deformují průběh napětí v síti a mohou být
zdroji rušení elektronických zařízení → proto je třeba je
„odrušit“
 odrušení je možné provést pomocí děleného budicího vinutí
nebo odrušovacími kondenzátory
b) zatěžovací charakteristika
 sériové motory mají největší rozběhový moment
 má měkkou rychlostní charakteristiku, protože jeho otáčky
jsou nepřímo úměrné zatížení
 rychlost zvětšujeme přemosťovaním budícího vinutí, ke
kterému sa paralelně připojuje odporový bočník
 při běhu naprázdno se snadno roztočí do vysokých otáček,
a proto na ně musí být připojena zátěž např. přes řetěz nebo
jiné pevné spojení
 otáčky jsou značně závislé na velikosti zatěžovacího
momentu
 vzhledem k rozměrům má velký točivý moment a velký výkon
 při spouštění protéká motorem dosti velký proud, takže
zabírací moment je velký
 má vždy větší zabírací moment než derivační motor při
stejném jmenovitém výkonu, i když spouštěcí proud je
stejný
 velkému zatížení odpovídají malé otáčky, malému zatížení
velké otáčky
c) použití
 většinou do výkonu 1,5 kW
 ruční elektrické nářadí – vrtačky, brusky, pily
 kuchyňské elektrické spotřebiče – mixéry, roboty, mlýnky
 stroje pro domácí použití – sekačky, vysavače
Kompaundní motor
 jedno budicí vinutí je připojené sériově a druhé budicí vinutí
je připojené paralelně k vinutí kotvy
 má vlastnosti sériového a derivačného motoru

 motor využívá výhod obou zapojení
A1, A2 – vývody vinutí kotvy
D1, D2 – vývody sériového vinutí
E1, E2 – vývody paralelního vinutí
Kompaundní motor – zatěžovací charakteristika
 mají větší rozběhový moment než derivační motory
 používají se u zařízení, kde je rozběhový moment
derivačních motorů nedostačující (např. u zdvihacích
mechanizmů, valcovacích stolic, lisů a pod.
Spouštění a brzdění stejnosměrných motorů
 vinutí kotvy má malý činný odpor (řádově jednotky W)
 proto jím při rozběhu teče velký proud
 při otáčení vinutí kotvy v magnetickém poli se ve vinutí
indukuje napětí – protisměrné napětí kotvy
 toto napětí má opačný směr oproti napájecímu napětí.
 snižuje tak proud tekoucí vinutím kotvy
Spouštění derivačního motoru
 pro omezení proudu při rozběhu se používají rezistory
zapojené do obvodu kotvy
 během rozběhu se spouštěcí odpor snižuje, buď skokově,
nebo plynule
 snižování odporu musí probíhat tak, aby proud nepřekročil
dovolené hodnoty
 spouštěcí rezistory mají velké tepelné ztráty
 výhodnější je použití řízeného usměrňovače, který umožňuje
nejenom plynule řídit otáčky, ale také rekuperaci
 pro napájení buzení musí být výstupní napětí usměrňovače
dokonale vyhlazeno (obvodu kotvy pulzní napětí nevadí)
Brzdění do rezistoru
 vinutí kotvy je odpojeno od zdroje a připojeno na rezistor
 z motoru se tak v podstatě stává generátor, který dodává
elektrickou energii do rezistoru
 v rezistoru se elektrická energie přeměňuje v teplo
Brzdění protiproudem
 změnou polarity napájecího napětí dojde k změně směru
proudu i točivého momentu
 k omezení brzdného proudu se používá rezistor zařazený do
obvodu kotvy
 po zastavení motoru se musí odpojit od napájení, jinak se
roztočí opačným směrem
 jedná se o brzdění s velikými ztrátami
Brzdění rekuperační
 při snížení napětí na kotvě nebo zvýšení mechanických
otáček běžícího motoru se motor stává generátorem
 aby bylo možné vyrobenou elektrickou energii dodávat zpět
do sítě, musí být motor napájen řízeným usměrňovačem,
který toto umožňuje
Měření stejnosměrných motorech
 měření charakteristik stejnosměrných motorů s cizím
buzením se využívá na posouzení a nebo ověření základních
vlastností motorů
 provádí se měření tří základních charakteristik:
a) regulační charakteristika
 závislost otáček na změně napětí na kotvě → n = f(Uk)
 závislost otáček na změně budícího proudu → n = f(IB)
b) zatěžovací charakteristika → závislost otáček na změně
momentu → n = f(M)
 z toho je jasné, že otáčky lze u stejnosměrných motorů měnit
změnou napětí na cívkách statoru, nebo změnou buzení tj.
změnou magnetického toku Φ
 v praxi se změna počtu otáček provádí těmito způsoby:
 změnou úrovně napětí na rotoru (nejvíce užívaný způsob)
 zapojení rezistoru do série s rotorem (otáčky lze regulovat
jen směrem dolů = velké ztráty)
 budícím proudem ve vinutí statoru
 pulzně šířkovou modulací polovodičovými PWM regulátory
(mění se šířka proudového impulzu do vinutí statoru –
výhodou je větší moment při nižších otáčkách
Řízení otáček
 provádí se v rozashu pod i nad jmenovitými otáčkami
 pokud výrobce neudává jinak, je možné jmenovité otáčky
překročit max. o 10%
a)
řízení otáček do jmenovité hodnoty
 provádíme při jmenovitém buzení změnou otáček na
kotvě usměrňovačem nebo spouštěčem, který je
dimenzován pro trvalý provoz na jmenovité zatížení
Otáčky se zvětšují s rostoucím napětí na kotvě.
b)
řízení otáček nad jmenovitou hodnotu
 Provádí se při jmenovitém napětí na kotvě zmenšováním
budícího proudu
 Pro omezení budícího proudu se u derivačních motorů a
u motorů s cizím buzením zapojuje do budícího obvodu
proměnný rezistor → zmenšením proudu se pole zeslabí
Otáčky se zvětšují snížením budícího proudu.
 při chodu naprázdno při přerušení buzení, např. přerušením
vodiče v budícím reostatu, může motor dosáhnout
nebezpečně vysokých otáček
 aby se zamezilo přerušení buzení, nesmí být budící reostat
stejnosměrného motoru s cizím buzením jištěn
nadproudovou ochranou
Změna směru otáček – reverzace
 u stejnosměrného motoru se provádí poměrně lehce a to:
 změnou polarity na přívodu ke kartáčům, tím dosáhneme
změny směru protékajícího proudu ve vinutí rotoru
 změnou polarity v budícím vinutí
 aby nedošlo při přepólování k poškození budícího vinutí
vlivem indukovaného napětí, provádí se u stejnosměrných
motorů změna směru točení přehození (přepólování) přívodů
v obvodu kotvy
Změna směru otáčení stejnosměrného motoru se provádí
změnou směru proudu v kotvě.
Leonardova skupina
 regulační soustrojí pro těžké pohony, např. válcových stolic a
těžkých strojů, kde je třeba plynulé a hospodárné regulace
otáček v širokých mezích
 skládá se z libovolného motoru, nejčastěji z trojfázového
indukčního motoru, který pohání dynamo, budič a ze
stejnosměrného motoru
 dynamo a motor mají cizí buzení a budí se společným
budičem B
 změnou buzení dynama se řídí napětí, a tím i otáčky
regulačního motoru
 změnou směru budícího proudu se změní i polarita dynama,
tím se změní směr proudu v kotvě motoru, a tím i směr jeho
otáčení
 regulace je v obvodu malého proudu a lze ji výhodně řídit
dálkově tlačítky, popřípadě i kombinovaně automaticky
působením koncových i jiných spínačů

Podobné dokumenty

Co je nového ve hře Total War: ATTILA?

Co je nového ve hře Total War: ATTILA? centralizovaným úřednickým aparátem a silnou státní církví. Východ bezpečně odolal bouři barbarské migrace a nájezdy často odvracel na západ. Mladý císař Arcadius však bude muset čelit barbarům, dv...

Více

TW Attila manu l

TW Attila manu  l útok prohrajete, můžete také osadu opustit (prostřednictvím budovy radnic v Zobrazení budov). Tato funkce má stejný účinek jako drancování, takže poškodí úrodnost daného regionu a útočníkovi odepře...

Více

Snímek 1

Snímek 1 Stejnosměrný elektromotor může být uspořádán stejně jako dynamo. Má stator a rotor s cívkami a komutátorem. komutátor

Více

Jak vybrat Medveda

Jak vybrat Medveda regulace výstupního napětí elektrocentrály. Použijete elektrocentrálu s AVR. Jedná se o elektronickou regulaci výstupního napětí, které zajišťuje, že kolísání výstupního napětí bude v toleranci ± 2...

Více

Kalendář 2016 Pere Lachaise

Kalendář 2016 Pere Lachaise Arman (Armand Pierre Fernandez, 17. 11. 1928 – 22. 10. 2005), francouzsko-americký

Více

malé stejnosměrné motory

malé stejnosměrné motory čelech spojeny do krátka. Vinutí rotoru je u malých motorů obvykle tvořeno podélnými tyčemi s konci spojenými do klece. Tyče jsou zasazeny v drážkách na obvodu železného jádra rotoru. Poněvadž se r...

Více

Energie pod kontrolou

Energie pod kontrolou diagramů od středisek programovou optimalizací pak podniková energetika sjednává svůj diagram. Při posuzování úspor dojdeme i k variantě razantního řešení, tedy změny technologie. V roce 2006 jsme ...

Více

PŘÍRUČKA K PROGRAMŮM HAKELSOFT

PŘÍRUČKA K PROGRAMŮM HAKELSOFT Než zvolíme riziko požáru, v každé zóně je nabídka volby ano/ne pro možnost, zda se v zóně bude vyskytovat muzeum nebo galerie. Tento bod ovlivňuje pouze riziko L3. Riziko požáru Z  rolovacího okén...

Více