Upload
edin
View
58
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Elektricna vuca
Citation preview
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