Stejnosměrné stroje - cvut.cz

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

Hlavní pól stejnosměrného stroje

hlavní pól

Princip funkce ss. stroje:

Ib → Φb → uiv → iv → ia → ukart

Kotva – vinutí el.

stroje, do kterého se

indukuje napětí

Ib → Φb → uiv → iv → ia → ukart

Princip funkce ss. stroje:

Ib → Φb → ia → iv → F → M

Dynamo: Motor:

Idealizovaná situace:

„S“ „J“

gn gngn

↓ Φb ↑ ΦbIb

Bδ (x) ~ ui1 („Blv“)

Komutátor = mechanický

usměrňovač

Skutečná kotva: více drážek → závitů, lamel komutátoru

Vodiče rotoru (kotvy) tvoří cívky,

jejichž aktivní části leží na průměru.

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 ! :

Vinutí se

chová jako: solenoid + Fe

magnetická osa

solenoidu

Napětí na kartáčích = Σ napětí vodičů

( Zařídí konstruktér stroje)

Existuje mnoho druhů.

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

Ia > 0, Ib = 0

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

Nepříznivý vliv Φa (složka a) : natočení no

( no - neutrální osa = spojnice bodů, kde B(x) = 0

U dynama natočení

no ve směru n !

Proč posuv vadí? Zhoršuje komutaci !

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:

(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

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= - Φa

Podélný řez stejnosměrným strojem

Příčný řez stejnosměrným strojem

Napětí indukované ve vinutí kotvy

Svorkové napětí:

U = Ui – RaIa - ΔU

Ra …. kotva + KP

ΔU = Ruhl.Ia 1÷2 VRuhl

Pro další úvahy ho zanedbáme.

Ub+ - (nebo Ubreg)

Dynamo s cizím buzením

Charakteristika naprázdno

U0 ( Ib) při n = konst, I = Ia = 0

U0 rem

symetrické

Ub+ - (nebo Ubreg)

Charakteristika vnější (zatěžovací)

U ( Ia ) při n, Ib= konst.

UU0 Ib1

Ib1 > Ib2

Hodnocení:

- zdroj napětí ( U U0 ), při PN tvrdší zdroj

- snadná regulace napětí U změnou Ib

- snadná změna polarity napětí ± U pomocí ± Ib ( ± n zřídka )

Dynamo s paralelním buzením (derivační)

Funkce při chodu naprázdno:

n → Uirem → Ib → Ui → Ib

Ui rem

Ui = ( Ra + Rbc ).Ib

Ui (Ib)

Musí být správná polarita buzení.

Dynamo pracuje za kolenem magnetizační charakteristiky.

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

IN(Φb rem)

cizí buzení

Dynamo se sériovým buzením

Nabuzení při zatížení:

IMusí být správná polarita buzení.

n → Uirem → I → Φb →Ui → I

Φb konst

Jako zdroj se sériové dynamo nepoužívá

Ra + Rb

Stejnosměrné motory

IRU aam

M - moment elektromagnetický, vnitřní

M’ – moment na hřídeli M’ = M - ΔM

kde ΔM je moment ztrát třením

Ustálený stav: n = konst

Mp – zátěžný moment

M’ = Mp = M - ΔM

Motor s cizím buzením

Polarita Ia určena U , směr iv dán

smyslem vinutí kotvy.

Levá ruka: směr Fv , M , n

Pravá ruka: směr eiv Iv

(potvrzení Lenzova pravidla)

RaIa Rozběh motoru:

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

Základní charakteristiky:

Momentová: M(I) , U, Ib= konst.

Rychlostní: n(I) , U, Ib= konst.

Mechanická: n(M) , U, Ib= konst.

ab IkM

2211 b

RaIa Mechanická charakteristika

ωm (M ) , Ib , U = konst

IRU aa 22

ωmω m0

Při PN → motor „tvrdší otáčky“

( Ra relativně )

RaIa Řízení otáček

a) Změna budicího proudu

buď Ub reg nebo Rb reg

Ib → ωm ! Ib1

Ib1 < Ib2

Užívané řízení, η dobrá (ΔPbr malé )

Nikdy nepřerušit buzení!!

b) Změna celkového odporu

v kotvě

+Ra reg

ωm ωm0Ra reg = 0

Ra reg

„+“ : jednoduché

„-“ : η , měkká charakteristika

c) Změna svorkového napětí

na kotvě

nezávisí na napětí

ωm ωm0

~ RaUN

U1 < UN

Nejlepší řízení,

η optimální,

malé kolísání n ,

v automatizaci nejčastěji.

Změna smyslu otáčení

Nutná změna smyslu momentu

Raději ± Ia pomocí ± U

± Φb → nebezpečí odbuzení

Brzdění

Počáteční stav

n >> 0 , J >> 0

Změnit smysl momentu M > 0 na M < 0

Pp = Pm + ΔP

Brzdění

Počáteční stav

n >> 0 , J >> 0

Změnit smysl momentu M > 0 na M < 0

Pp = Pm + ΔP

Brzdění do odporu

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 )

Brzdění protiproudem

Stejné n , Ib → po přepojení 0

- nutno vložit Ra reg

+ Ra reg

Při n = 0 odpojit, jinak otáčky opačného smyslu ± n

Energie do Ra + Ra reg

ΔP = Pp + Pm

Brzdění rekuperací

Ui < U odpovídá směr Ia

Ib , při stálých n → Ui až Ui > U → ± Ia rek

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 !!!)

Motor brzdí, působí-li moment M proti smyslu otáčení motoru.

Aby moment změnil znaménko, je nutno změnit smysl proudu

Ui > U

Požadavek

Možnosti: -Φ (přibudit, Ib )

- n (jeřáb, spouštění břemena)

Ui > U

Požadavek

Možnosti: -Φ (přibudit, Ib )

- n (jeřáb, spouštění břemena)

Ui > U

Požadavek

Motor se sériovým buzením

Nelze dosáhnout požadavku Ui > U Rekuperací brzdit nelze

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 se sériovým buzením Po přepojení kotvy na odpor

Brzdění do odporu

Změna smyslu proudu v kotvě i v buzení NEBRZDÍ !!!

Motor se sériovým buzením Po přepojení na odpor

Brzdění do odporu

Ale co s tím? Jde to opravit? Musí to jít !! Jinak nepojede vlak !!!

Prohodit přívody k buzení, neodbudit – neměnit smysl Ib !!!

Heuréka !!! BRZDÍ

Brzdění do odporu

Nutno omezit (komutace)

záměna přívodů ke kotvě

!!! Nutno omezit pomocí RB

(komutace)

Filozofie brzdění je analogická pro motory všech typů:

pro motory stejnosměrné, DC i střídavé AC.

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 )

Rb reg

Rozběh motoru:

- malé motory přímo

- velké Ra sp pro Ik

Řízení otáček

Rb reg - ano

Ra reg - ano

U - ne

+Ra reg

Ia = Ib = I

Rac = Rb + Ra

Pro Φb ~ I platí:

M = c.I2

U acim

cU acac

POZOR! Sériový motor nesmí mít Mp = 0 , protože pak

M 0 a ωm ∞ !!!

(v lineární části mag. char.)

Sériový motor

Rozběh motoru:

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

Mechanická charakteristika

ωm (M ) , U = konst

Sériový motor

Řízení otáček

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

M = k. Φb .Ia

Změnou: ± Φb nebo ± Ia , ne obojí

( proto nejde ± U )

Řešení

Sériový motor

Změnou: ± Φb nebo ± Ia , ne obojí

( proto nejde ± U )

Řešení

Brzdění do odporu

Sériový motor

Brzdění do odporu

Sériový motor

-Φb rem

Ui rem

Brzdění do odporu

Sériový motor

Brzdění do odporu

Sériový motor

Nevýhoda: kinetická energie do „ RI2“

při n 0 také Ui , I , M 0

(zmenšovat R )

Sériový motor

-Φb rem

Ui rem

Sériový motor

Po přepojení: 0

- 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

- 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

Stejnosměrné stroje - cvut.cz

Documents

Prečo existujú stroje?

Balicí stroje

Turingovy stroje *)

1 STEJNOSMĚRNÉ STROJE stroje.pdf · a poškození kartáčů i lamel. Kompenzační vinutí jsou uložena v pólových nástavcích hlavních pólů (obr. 62 a obr. 63). Jsou zapojena

Stroje a zařízení

STROJE 1- opis

JEDNODUCHÉ STROJE KLADKA

Elektrické stroje - transformátory

Stroje na čištění filtrů DPF - EMR čistící stroje DPF · 2020. 2. 23. · Stroje pro čištění filtrů pevných částic Stroje pro čištění filtrů pevných částic

Stroje a zariadenia

Elektrické stroje - střídavé stroje

SVAŘOVACÍ STROJE

Stejnosměrné motory v medicínských aplikacích

STROjE a Ná řaDí PRo klemPÍře - bigmat.sk · STROjE a NářaDí PRo klemPÍře ohýbaCí Stroje triade® ohýbaCí Stroje laGoon® ohýbaCí Stroje MaSter-S® naválkové Stroje

Asynchronní stroje

synchronní stroje

Stroje Romów

Obráběcí stroje

JEDNODUCHÉ STROJE PÁKA

Tepelné stroje -motory