JU Mjeovita srednja kola

JU MJEOVITA SREDNJA KOLABANOVIIMATURSKI RADTEMA: Osnovna znanja o kolektorskim mainamanaizmjenine struje

Jednofazni kolektorski motorMENTOR:

K. GODINA:

KANDIDAT:

GAZIBEGOVI HAMDO

2007/08

SALIHBAI SUAD

Sadraj

1.1. Osnovna znanja3

1.2. Jednofazni motor sa rednom pobudnom4

1.3. Vektorski dijagram jednofaznog rednog motora6

1.4. Karakteristike jednofaznog rednog motora6

1.5. Repulzioni motor8

2. TROFAZNI PARALELNI KOLEKTORSKI MOTOR10

2.1. Princip regulisanja brzine asinhronog motora i njegovog cos pomou dovoenja napona u rotorsko kolo10

2.2. Kolektor kao pretvara frekvencije11

2.3. Trofazni motor s paralelnom pobudom13

2.4. Fazni kompenzatori15

ZAKLJUAK19

1.1. Osnovna znanja

Vidjeli smo da asinhroni beskolektorski motori imaju dva bitna nedostatka:

1) relativno nizak cos , naroito u sporohodnim motorima, i2) regulacione karakteristike koje ne zadovoljavaju potpuno.

U pogledu cos asinhroni beskolektorski motor ustupa mjesto sinhronim, a u pogledu regulacionih karakteristika motorima za jednosmjernu struju. Ali ako obinoj asinhronoj maini dodamo kolektor, ona dobija naroita svojstva, koja nam omoguavaju da je koristimo za rad:

a) u reimu motora koji ima raznolike i elastine regulacione karakteristike,b) u reimu kompenzatora, namjenjenog poboljanju cos asinhronog beskolektorskog motora,

c) u reimu generatora, spojenog u kaskadu sa asinhronim beskolektorskim motorom; generator najee slui za regulisanje brzina obrtanja tog motora, a i za poboljanje njegovog cos.

Asinhrone kolektorske maine naroito su se razvile izmeu 1900.i 1914. godine kao jednofazni motori i kao trofazni motori za primjenu u razliitim ureajima i u najrazliitije svrhe. Meutim, eksploatacija kolektorskih maina za naizmjeninu struju pokazala je da su one relativno tee i skuplje, zahtjevaju paljivu njegu, radne karakteristike su im nepovoljnije od maina normalne izrade, i to je najvanije, manje su sigurne u radu zbog tekih uslova komutacije struje.

1.2. Jednofazni motor sa rednom pobudom

ema jednofaznog motora sa rednom pobudnom prikazana je na slici 1.1. Ovdje su: RO indukat s jednosmjernim namotom i kolektorom; UZ pobudni namot; K kompenzacioni namot koji slui za poboljanje cos pomou kompenzacije reakcije indukta; P pomoni polovi koji, kao i kod maina za jednosmjernu struju, slue za poboljanje komutacije. itav magnetni sistem izraen je od gvozdenih limova, da bi se smanjili gubici nastali zbog vrtlonih struja. Dirke se postavljaju du geometrijske neutrale.

Slika 1.1. Principijelna ema jednofaznog Slika 1.2. Obrtni moment jednofaznog

motora sa rednom pobudom

motora sa rednom pobudom

Kako se u motorima sa rednom pobudom istovremeno mjenjaju struja u induktu I i magnetni fluks pobude , obrtni moment motora ima itavo vrijeme isti smjer (slika 1.2) i pulsira sa frekvencijom 2f, gdje je f frekvencija struje I. Obino pod momentom M jednofaznog namota podrazumjevamo njegovu srednju vrijednost jednaku polovini najveeg momenta.

Jednofazni redni motor razlikuje se od rednog motora za jednosmjernu struju u tome to nema stalan nego pulsacioni pobudni magnetni fluks , pod ijim se dejstvom u namotu indukta maine indukuju dva razliita napona:

a) transformatorski indukovani napon Et ako pobudni namot i namot indukta smatramo primarnim i sekundarnim namotima transformatora,b) indukovani napon obrtanja Ev koji nastaje u namotu indukta pri njegovom obrtanju u polju magnetnog fluksa.

Da bismo objasnili dejstvo Et, razmotrimo emu na slici 1.3, smatrajui da je indukat nepomian, tj. da je n = 0. Kako je povrina sekcije 1-1' paralelna linijama pulsacionog fluksa , njen transformatorski indukovani napon jednak je nuli. U sekciji 2-2', postavljenoj s jedne strane sekcije 1-1', indukovani napon Et ima, npr. krsti-taku, a u sekciji 3-3', s druge strane sekcije 1-1' napon Et ima suprotan znak: taku-krsti. Vidimo da se u provodnicima namota indukta, koji se nalaze na razliitim stranama od ose pobudnog namota, indukuju naponi razliitog znaka. Prema tome, najveu vijednost transformatorskog indukovanog napona postii emo na dirkama A-B ako ih postavimo du ose polova, kako je prikazano na slici 1.3a. Prirodno da je frekvencija napona Et jednaka frekvenciji pobudne struje, a prema tome i fluksa . Indukovani napon Et zaostaje u fazi iza fluksa za 90 (slika 1.3b).

U jednofaznom rednom motoru dirke A-B stoje na liniji normalnoj na osu polova, kako je prikazano isprekidanom linijom na slici 1.3a.U tom sluaju je Et=0, jer u svaku granu namota

Slika 1.3. Transformatorski indukovani napon u namotu indukta: a) ema; b) dijagram napona

indukta ulazi jednak broj sekcija sa suprotno usmjerenim indukovanim naponima. Prema tome, moemo smatrati da u namotu indukta jednofaznog rednog motora nema transformatorskog indukovanog napona (sa izuzetkom sekcija koje su kratko spojene dirkama vidi dalje o komutaciji struje).

Objasnimo sada svojstva indukovanog napona obrtanja Ev. Jednostavnosti radi smatraemo da se struja I u shemi na slici 1.4a, i prema tome fluks , mjenjaju sinusoidno (kriva 1 na slici 1.4b).

Slika 1.4. Indukovani napon obrtanja u namotu indukta: a) ema; b) zavisnosti iu()i Ev = f(t); c) dijagram napona EvOigledno je da su pri = 0 indukcija B u vazdunom procjepu, a prema tome i indukovani napon obrtanja, takoe jednaki nuli. S porastom fluksa pae i indukcija B, a proporcionalno tome i napon Ev na dirkama A-B; pri = m napon Ev postie maksimum, zatim istovremeno s fluksom iznova prolazi kroz nulu itd. (kriva 2 na slici 1.4b). Prema tome je indukovani napon Ev u fazi s pobudnim fluksom te ima istu frekvenciju f kao i on. Ali ako promijenimo smjer obrtanja indukta, ne mijenjajui nita u pobudnom kolu, promijenie se i smjer indukovanog napona Ev, tj. on e biti u protivfazi s fluksom . Oba smjera Ev prikazana su na slici 1.4c punom i isprekidanom linijom.

1.3. Vektorski dijagram jednofaznog rednog motora

Vektorski dijagram jednofaznog rednog motora nacrtan je na slici 1.5. Ovdje su: OA vektor struje I motora, OB vektor pobudnog fluksa m, koji je u fazi sa strujom I, OC vektor indukovanog napona obrtanja Ev koji, kao i kod motora za jednosmjernu struju, mora biti uvijek usmjeren suprotno struji I, OD = I(R napon aktivnog otpora svih na red spojenih namota motora, OF = jI(X napon samoindukcije, koji se pojavljuje u tim namotima pri pulsaciji fluksova obuhvaenih sa njima; OG, GH i HK su komponente napona dovedenog motoru, od kojih svaka uravnoteuje odgovarajue napone, OK je vektor napona dovedenog motoru U, a ugao pomjeraja izmeu napona i struje koji odreuje cos motora.

Slika 1.5. Vektorski dijagram jednofaznog motora

Iz dijagrama proizilazi da jednofazni motor radi sa cos koji zaostaje, pri emu je cos utoliko vei, ukoliko je vea brzina obrtanja motora n.

1.4. Karakteristike jednofaznog rednog motora

Pokretanje motora obino se izvodi pomou regulacionog transformatora za pokretanje i ne predstavlja nikakve tekoe.

Pod radnim karakteristikama jednofaznog rednog motora podrazumjevamo zavisnosti veliina n, I, i cos = f(M). Za ilustraciju je na slici 1.6 pokazana zavisnost n i cos = f(M/Mn) za kranski motor snage 36,5 kW i brzinu obtranja 1000 ob/min, pri U=Un i U = 0,6 Un. Fiziki smisao karakteristike brzine n = f jednofaznog motora isti je kao i kod motora za jednosmjernu struju sa rednom pobudnom; njegov stepen iskorienja je nii nego kod motora za jednosmjernu struju sa rednom pobudnom, cos pri M = Mn i U=Un postie 0,88; ali se primjetno smanjuje s poveanjem optereenja i smanjenjem napona.

Za regulisanje brzine slui regulacioni transformator, koji omoguuje regulisanje napona U dovedenog motoru u nizu stepena, npr. 100, 80, 70, 60, 50 i 40% od Un. Isti transformator slui i za pokretanje. Poto transformator omoguuje regulisanje brzine obrtanja praktino bez gubitaka, pogonski stepen iskorienja motora se povisuje.

Slika 1.6. Radne karakteristike jednofaznog Slika 1.7. Transformatorski indukovani motora sa serijskom pobudom pri

napon pri komutaciji pri U = Un i U = 0,6 UnJedan od osnovnih nedostataka jednofaznog rednog motora, kao uostalom i svih kolektorskih maina za naizmjeninu struju, su teki uslovi komutacije struje. Stvarno, u poreenju sa mainama za jednosmjernu struju, komutacija jednofaznog motora komplikuje se time to se u sekcijama koje komutuju, kratko spojenim dirkama A-B, pojavljuje transformatorski indukovani napon et zbog pulsacije magnetnog fluksa (slika 1.7). Ogled pokazuje da se ve pri vrlo malim et, reda veliine 2,5 V, pojavljuju opasna varnienja. Najbolje sredstvo za ogranienje et i reaktivnog indukovanog napona er su pomoni polovi u normalnoj rednoj vezi sa induktom, a ponekad i u paralelnoj.

Meutim, pomoni polovi mogu stvoriti indukovani napon komutacije ek dovoljan da uravnotei napon et samo pri obrtanju indukta, dok je pri pokretanju ek = 0. Stoga su uslovi pokretanja jednofaznih rednih motora znatno tei nego kod motora za jednosmjernu struju. Ipak je jednofazni redni motor naiao na iroku primjenu na eljeznikim prugama elektrificiranim jednofaznom strujom, uglavnom u Njemakoj i SAD. Da bi se olakali uslovi rada motora na tim prugama, primjenjuje se sniena frekvencija:16 Hz u Njemakoj, a 25 Hz u SAD. Meutim, te frekvencije se razlikuju od industrijske (50 Hz u Evropi i 60 Hz u SAD) i mogu se postii samo specijalnim pretvarakim ureajima. Zato je u posljednje vrijeme izveden niz ogleda da se izradi vuni jednofazni serijski motor industrijske frekvencije. Pokuaji su uspjeli i takvi motori rade na elektrinim vozovima francuskih eljeznica.

Ilustracije radi navodimo podatke o njemakom jednofaznom motoru sa rednom pobudom, preduzea Siemens-Schuckert Werke, pri frekvenciji f= 16 Hz: snaga motora Pn = 650 kW; brzina obrtanja n = 1280 ob/min; broj polova 2p = 10; prenik indukta D=695 mm; duina indukta l = 335 mm; zazor pod glavnim polovima = 4 mm, a pod pomonim 6,3 mm; gvoe sa specifinim gubicima 1,35 W/kg; ukupna masa motora 3550 kg; specifina masa 5,5 kg/kW; cos = 0,97; = 89,70%.Motori za 50 Hz imaju nepovoljne radne karakteristike. Tako npr. njemaki dvostruki redni motor proizvodnje AEG jednoasovne snage 2x 290 kW, pri n = 1165 ob/min, ima cos = 0,84 i = 85,1 %.

1.5. Repulzioni motor

Stator takvog motora je stator obine jednofazne maine, a rotor je indukat maine za jednosmjernu struju, na ijem su kolektoru dirke kratko spojene. Za pokretanje i regulisanje brzine motor je opremljen ureajem koji omoguuje da se dirke pomiu po kolektoru u neophodnim granicama, a u skladu s time se mijenja poloaj osa namota indukta u odnosu na osu namota statora. Razlikuju se dva osnovna poloaja dirki A-B. U prvom poloaju osa dirki normalna je na osu namota statora (slika 1.8a).

Slika 1.8. Poloaj dirki repulzionog motora: a) u praznom hodu; b) u kratkom spoju;

c) u radu

Znamo da je u tom sluaju transformatorski indukovani napon Et na dirkama A-B jednak nuli; prema tome struja u rotoru I2 je takoe jednak nuli, pa motor ne razvija moment. Iz mree dolazi u stator samo mala struja magneenja I0 koja je jako pomjerena u odnosu na napon U doveden motoru.Poloaj dirki u kojem se motor moe posmatrati kao generator sa otvorenim sekundarnim namotom, odgovara praznom hodu motora.U drugom poloaju dirki (slika 1.8b) ose namota statora i rotora se poklapaju. U tom sluaju indukovani napon E2 a u skladu sa time i struja u rotoru I2, postiu maksimalne vrijednosti. Meutim, kako su primarni i sekundarni magnetni naponi V1 i V2 suprotno usmjereni, opet je obrtni moment M, koji razvija motor, jednak nuli. Stoga onaj poloaj dirki, u kom se motor moe posmatrati kao transformator sa kratkospojenim sekundarnim namotom, odgovara kratkom spoju motora. Pri zaokretu pomjeraja dirki za ugao iz poloaja praznog hoda (slika 1.8c) magnetni naponi V1 i V2 meusobno se pomjeraju u prostoru za isti ugao .U tom sluaju moemo namot statora zamjeniti sa dva namota a-x i b-y,od kojih je prvi smjeten na osi dirki A-B, a drugi normalno na nju. Ako je N1 broj navojaka stvarnog namota statora, onda e broj navojaka a-x i b-y biti: Nax = N1(sin i Nby = N1(cos. Kako je namot rotora transformatorski vezan samo sa namotom a-x, struja I2 nije proporcionalna itavoj struji statora I1 ve samo dijelu I1sin. Namot b-y stvara pobudni fluks koji uzajamno djeluje sa strujom I2 i stvara obrtni moment motora M. Prema optem pravilu je M = Cm((I2.

Ako gvoe statora nije zasieno, moe se smatrati da je: : : I1(cos, pa je:

M = Cm(I1(cos(I1(sin =

Prema tome, momenat repulzionog motora, isto kao i u rednom motoru, zavisi od kvadrata struje; zato repulzioni motor ima iste radne karakteristike kao i redni motor (slika 1.9).Repulzioni motori normalne izrade grade se za male snage, obino reda veliine nekoliko kilovata. Pokretanje takvih motora izvodi se bez otpornika za pokretanje, pomou pomjeranja etkica A-B iz poloaja praznog hoda. Uslovi komutacije struje pri pokretanju su nepovoljni, jer se pri tom u sekcijama koje su kratko spojene dirkama A-B razvija mali transformatorski indukovani napon et.

Slika 1.9. Radne karakteristike

repulzionog motoraBrzina obrtanja regulie se pomjeranjem dirki na kolektoru. Podrobnija istraivanja pokazuju da je komutacija motora najpovoljnija samo pri brzinama bliskim sinhronoj. Zato su granice regulacije repulzionog motora ue nego rednog motora.

Da bi motor promijenio smjer, moraju se dirke pomjeriti iz poloaja praznog hoda na suprotnu stranu.

Da bi se tanije regulisala brzina obrtanja ovog repulzionog motora s jednim parom dirki i da bi se poboljala njegova komutacija, Deri je predloio repulzioni motor sa dva para dirki na kolektoru.

Radne karakteristike Derijevog motora praktino su iste kao kod opisanog repulzionog motora, ali je on konstrukciono sloeniji.

2. TROFAZNI PARALELNI KOLEKTORSKI MOTOR2.1. Princip regulisanja brzine asinhronog motora i njegovog cos pomou dovoenja napona u rotorsko kolo

Brzina obrtanja i cos asinhronog motora mogu se regulisati dovoenjem dodatnog napona Ek u rotorsko kolo. Pri tom je neophodno da taj napon ima istu frekvenciju klizanja f2 = fs kao i osnovni indukovani napon rotora E2s, jer samo na taj nain napon Ek moe uzajamno djelovati s naponom E2s. Zasad emo smatrati da je taj uslov osiguran i rezmotriti kako napon Ek djeluje na rad asinhronog motora.

Pretpostavimo da je motor prikljuen na mreu stalnog napona U1 i frekvencije f i da je statiki momenat na osovini motora M0 + M2 = Mst = const. Ako zanemarimo pad napona u namotu statora, imamo: U1 ( -E1 = const, te m = const nezavisno od reima rada motora.S druge strane je obrtni moment motora M ( Cm(I2(m, gdje je:

Dovedimo sada u rotor dodatni napon Ek tako, da je on usmjeren, saglasno s naponom E2s (slika 2.1a). Kako se u prvom trenutku nakon dovoenja Ek brzina obrtanja motora n, a prema tome ni klizanje s, jo nisu uspjeli da promijene, struja se poveava u odnosu (s(E2+Ek)/(s(E2),a u skladu sa time poraste i momenat M. Prema tome se na osovini motora pojavljuje pozitivni momenat ubrzanja M-(M0+M2) = Mj koji nastoji da ubrza motor,tj. da povea n i time smanji s. Pri tom se struja I2, a prema tome i moment M, smanjuju.Takav proces istovremenog poveanja n i smanjenja I2 ide dotle, dok I2 ne postigne svoju raniju vrijednost, pri kojoj je M = M0+M2 i Mj = 0. Obrnuto, ako napon Ek dovedemo suprotno u odnosu na E2s (slika 2.1b), itav proces e poi obrnutim redoslijedom.

Prema tome, dovodei u kolo rotora dodatni napon Ek saglasno ili suprotno u odnosu na E2s, moemo regulisati brzinu obrtanja asinhronog motora u odreenim granicama. Meutim, taj veoma cijenjeni nain regulisanja brzine ima nedostatak, da je za regulisanje neophodan izvor dopunskog napona Ek frekvencije klizanja f2.Napon Ek moemo dovesti u rotor pod nekim uglom prema naponu E2s, npr. tako da Ek prethodi ispred E2s za 90 (slika 2.1c) . U tom sluaju se rezultantni napon rotora E2 i prema tome struja I2, mijenjaju u fazi: pri tom struja I2 moe poeti ak prethoditi E2s. U skladu s tim mijenja se faza komponente primarne struje I2, koja po zakonu ravnotee magnetnih napona mora biti jednaka struji I2, ali usmjerena suprotno.

Slika 2.1. Uvoenje napona Ek u rotorsko kolo: a) za poveanje brzine motora;b) za smanjenje brzine obrtanja motora; c) za poveanje cos; d) za smanjenje cos

Rezultat takvog dovoenja Ek je da se struja I1 pribliava u fazi naponu U1, a cos se poveava (sve veliine koje odreuju novi reim motora pokazane su u dijagramu isprekidanim linijama). Ako napon Ek dovedemo tako da zaostaje iza E2s za 90, sve se zbiva obrnuto (slika 2.1d).Prema tome, dovodei dopunski napon Ek u kolo rotora tako, da on prethodni naponu E2s ili zaostaje za njim, moemo regulisati cos motora. U optem sluaju napon Ek moe imati dvije komponente, od kojih je Eka usmjerena saglasno ili suprotno prema E2s, a druga Ekx pomjerena za 90 ( slika 2.1e). U tim uslovima moemo istovremeno djelovati i na brzinu motora i na njegov cos.

2.2. Kolektor kao pretvara frekvencije

Da bismo proizveli dodatni napon Ek frekvencije klizanja f2 moemo se koristiti svojstvom naizmjenine kolektorske maine da pretvara frekvenciju pri stalnom naponu na dirkama. Maina koja je predviena za te svrhe i nazvana pretvaraem frekvencije ima rotor, koji predstavlja indukat maine za jednosmjernu struju; namot je s jedne strane prikljuen u takama a1-b1-c1 na sistem trofazne struje A1-B1-C1 preko tri prstena na koja su prislonjene dirke, a s druge strane namot je izveden na kolektor na kome su u meusobnom razmaku od po 120 postavljene tri dirke a2-b2-c2 (slika 2.2). Stranu s prstenovima zvaemo primarnom stranom pretvaraa frekvencije, a kolektorsku stranu njegovom sekundarnom stranom. Na slici 2.2 stator nije prikazan jer on moe biti i bez namota i igrati samo ulogu magnetnog kola.

Slika 2.2. Pretvara frekvencije

Razmotrimo rad pretvaraa frekvencije, najprije samo s primarne strane. Trofazna struja dovedena na rotor stvara fluks m koji se u odnosu na rotor obre brzinom obrtanja n1=f/p. Pri zadatim vrijednostima U1,f1 i p fluks m = const, n1= const, tj. fluks m odrava stalnu veliinu, obrui se u odnosu na rotor stalnom brzinom n1, nezavisno od brzine obrtanja n samog rotora. Od te brzine zavisi brzina obrtanja n2 fluksa m u prostoru. Ako rotor stavimo u pokret na istu stranu na koju se obre i fluks m, onda je n2 = n1+n; pri obrtanju fluksa i rotora u suprotnim smjerovima n2 = n1-n. Prema tome je u optem sluaju:

n2= n1n.Neka su, npr.f = 50Hz , p = 2 i n = 1500 ob/min. Onda je: n1 = f/p = 50Hz/2 = 25/s = 25(60 ob/min=1500 ob/min i prema prethodnoj jednaini n2=15001500=3000 ob/min, ili 0, tj. u drugom sluaju m je nepomian u prostoru.Sada razmotrimo ta se dogaa na sekundarnoj strani pretvaraa frekvencije. Fluks m, koji se u odnosu na rotor obre brzinom obrtanja n1, indukuje u namotu rotora napon E1, koji se izvodi na dirke a2-b2-c2. Ako zanemarimo pad napona u namotu rotora, i onda je E1=U1, tj. napon na dirkama kolektora ne zavisi od brzine obrtanja rotora. Meutim, frekvencija f2 na dirkama kolektora je u direktnoj zavisnosti od n. Stvarno, poto su dirke a2-b2-c2 nepomine, pri obrtanju kolektora mijenja se samo broj sekcija koje se nalaze meu tim dirkama, dok ose namota a2b2, b2c2 i c2a2 zadravaju stalan poloaj u prostoru, odreen samo poloajem odgovarajueg para dirki. To nam omoguuje da svaki od tih namota razmotrimo kao nepomian u prostoru; u odnosu na te namote fluks m obre se brzinom obrtanja n2 = n1n. Prema tome, frekvencija struje na dirkama a2-b2-c2, a time i na krajevima A2-B2-C2 bie:

f2 = p(n2 = p( (n1n) = p(n1((n1n)/n1=f(s.

Ovo cijenjeno svojstvo kolektorske maine za naizmjeninu struju iroko se koristi, kako za regulisanje brzine obrtanja asinhronih maina, tako i za kompenzaciju cos.

2.3. Trofazni motor s paralelnom pobudom

Ovaj motor, nazvan i rage-Rihterovim motorom, je primjer maine kod koje je primjenjen princip dovoenja dodatnog napona u sekundarni namot. Zato se u rotor motora stavljaju dva namota R i K, a u stator namota S (slika 2.3). Namot R je obian trofazni namot, u koji se preko kontaktnih prstenova sa krajeva A-B-C dovodi napon mree U1. Stoga namot R slui kao primarni namot motora. Sekundarni namot S na statoru sastoji se od tri odvojena fazna namota, iji su poeci i krajevi prikljueni na odgovarajue parove diraka a1-a2, b1-b2 i c1-c2.

Slika 2.3. ema trofaznog motora s paralelnim pobuivanjem

Namot K slui za stvaranje napona Ek; to je jednosmjerni namot sa kolektorom, stavljen u iste ljebove kao i namot R, a elektrino spojen sa namotom statora S preko tri ranije spomenuta para dirki. Radi jednostavnosti namot K je na slici 2.3 smjeten s kolektorom u jednu cjelinu i nacrtan debelom linijom. Dirke a1-b1-c1 i a2-b2-c2 uvrene su na dva odvojena nosaa, koji se mogu pomjerati na suprotne strane tako da se ugao otvora 2 izmeu diraka a1-a2, b1-b2 i c1-c2 moe smanjiti do nule ili poveati do odreene veliine. Pomjerimo nosae tako da je 2 = 0, tj. tako da dirke a1-a2, b1-b2 i c1-c2 prekriju jedne te iste krike kolektora (takav poloaj para dirki b1-b2 prikazan na slici 2.4a isprekidanom linijom). U tom sluaju sve se odigrava tako kao da nema namota K; sve tri faze namota statora su kratko spojene i motor predstavlja obian asinhroni motor, ali s obrnutim rasporedom primarnog i sekundarnog namota u odnosu na normalni raspored. Ako se u tako obrnutom motoru fluks m, stvoren namotom R, obre u nekom smjeru, npr. u smjeru kretanja kazaljke na satu, onda e se po zakonu akcije i reakcije rotor obrtati u protivnom smjeru, tj. suprotno od obrtanja kazaljke na satu (slika 2.3 i slika 2.4).Pri tom, u skladu s onim to je navedeno u prethodnom paragrafu, brzina obrtanja fluksa m u odnosu na rotor je n1= f/p, a brzina obrtanja u prostoru, tj. u odnosu na stator, n2 = n1-n. Proporcionalno toj brzini u namotu statora pojavljuje se indukovani napon E2, frekvencije klizanja f2= f(s, gdje je s = (n1-n)/n1. U uporeenju sa obinim asinhronim motorom klizanje trofaznog motora s paralelnom pobudom neto je vee (vidi kasnije radne karakteristike).

Slika 2.4. Regulisanje obrtanja trofaznog motora s paralelnim pobuivanjem: a) nn1; c) regulisanje cos

Razmaknimo sada dirke na obje strane od srednje linije OO' namot S za ugao i razmotrimo rad jedne od faza, npr. B'-Y' (slika 2.4a).Rasuujui kao u prethodnom poglavlju, moemo smatrati dio b1-b2 kao nepomian u prostoru, prema kom se fluks m pomie istom brzinom n1-n kao i u odnosu na namot statora S. Prema tome, indukovani napon Ek, stvoren namotom K i izveden na dirke b1-b2, ima istu frekvenciju klizanja f2 kao i napon E2s statora. Pored toga on ima istu fazu kao i E2s, jer se ose namota K i S poklapaju. Obilazei ta dva namota u bilo kom smjeru, vidimo da napon Ek djeluje suprotno u odnosu na E2s, dok pri poloaju dirki prikazanom na slici 2.4b djeluje u istom smjeru. U prvom sluaju se brzina obrtanja motora smanjuje, a u drugom se poveava i moe postati vea od n1. U nekom sluaju n moe postati jednako n1; tada je n1-n = 0 i fluks m je nepomian u prostoru; zbog toga je E2s = 0, a na dirkama b1-b2 se pojavljuje stalni napon, pod ijim e djelovanjem namotom statora potei jednosmjerna struja.Na slici 2.4c dirke b1-b2 razmaknute su nesimetrino u odnosu na os OO' namota S. Osa namota K je sada linija OO'', smjetena u odnosu na osu OO' pod uglom . U tom sluaju se indukovani napon Ek ne poklapa u fazi s naponom E2s (slika 2.4c), a to omoguuje regulisanje cos motora.Karakteristike trofaznog paralelnog motora dosta su povoljne. Pri pokretanju motora dirke se razmaknu za ugao 2 ( 180; pri tom Ek koji djeluje suprotno od E2s ograniuje polaznu struju uz odravanje znatnog polaznog momenta.U zadatom poloaju dirki razmatrani motor ima, isto kao i obini asinhroni motor, tvrdu karakteristiku brzina. Opseg regulacije brzine je 1:2 i 1:3. Na slici 2.5 prikazane su tri krive n/nn=f(M/Mn) pri n = nm, n = nsr i n = nmin. Na istom mjestu oznaena su klizanja s pri svim trima brzinama i M = Mn, te M = 1,5 Mn. Stepen iskorienja motora relativno je mali; ak ni kod maina vee snage ne premauje 83 do 85 %. Faktor snage cos pri n=nm moe postati ak prethodei, ali otro pada pri n = nsr, a naroito pri n = nmin.Ozbiljan nedostatak trofaznog paralelnog motora je napajanje s rotorske strane preko prstenova, ime se ograniava vrijednost napona U1 koji se dovodi motoru. Praktino je U1500V.

Slika 2.5. Karakteristika brzine trofaznog motora

Trofazni paralelni motori primjenjuju se u onim industrijskim granama, u kojima je potrebno regulisanje brzine obrtanja u irokim granicama. Najvea snaga za koju su izraeni takvi motori iznosi 450/150 kW, pri f = 25Hz i brzini obrtanja 307/102 ob/min.

2.4. Fazni kompenzatori

Dodatni indukovani napon Ek neophodan za kompenzaciju cos asinhronog beskolektorskog motora (slika 2.1c), moe se dobiti od specijalne maine nazvane faznim

kompenzatorom. Razlikujemo fazne kompenzatore:

a) sa sopstvenim pobuivanjem i b) sa nezavisnim pobuivanjem.

ema asinhronog motora s faznim kompenzatorom sa sopstvenim pobuivanjem prikazana je na slici 2.6. Ovdje su: GM glavni motor; FK fazni kompenzator; PM pomoni motor, koji dovodi fazni kompenzator u obrtanje; OP otpornici za pokretanje. U sluaju potrebe pomoni motor PM ukljuuje se na mreu preko omanjeg silaznog transformatora T. Fazni kompenzator dovodi se u obrtanje obino istovremeno s pokretanjem motora GM i ukljuuje se u kolo rotora po zavretku procesa pokretanja pomou prebacivaa P, prebacivanjem iz lijevog poloaja u desni. Ako je motor GM brzohodni (n 750 ob/min), onda fazni kompenzator moemo spojiti mehaniki na istu osovinu s glavnim motorom; u tom sluaju nije potreban motor PM.Predloeni prvobitni fazni kompenzator sastojao se od rotora, izraenog kao indukat maine za jednosmjernu struju maine s kolektorom, i od statora, sastavljenog od lameliranog gvoa, ali bez namota, tako da slui samo kao put magnetnom fluksu m kompenzatora. Na kolektor su poloene tri dirke, razmaknute meusobno za 120 (slika 2.7a).Danas fazni kompenzator uopte nema statora, a namot rotora uloen je u zatvorene ljebove, tako da se tim namotom stvoreni fluks m moe zatvoriti u gvou iznad ljeba (slika 2.7b).Pri razmatranju uslova rada faznog kompenzatora mora se imati na umu da mu se dovodi struja I2 rotora motora GM kroz dirke a-b-c nepomine u prostoru. Ta struja stvara u faznom kompenzatoru magnetni fluks k koji se obre u odnosu na dirke za dovoenje struje, tj. u odnosu na dirke a-b-c, brzinom n1k, koja odgovara frekvenciji klizanja f2 struje I2. Prema tome je n1k = f2/pk = s(f/pk, gdje je pk broj parova polova faznog kompenzatora. Ako je rotor nepomian, tj. nk = 0, onda fluks k stvara u kompenzatoru indukovani napon Ek=4,44(f2(Nk(knk(k gdje je Nk broj na red spojenih navojaka u fazi kompenzatora, a knk njegov navojni sainilac. Indukovani napon Ek zaostaje iza k,a prema tome i iza I2,za 90, pa na motor GM praktino djeluje jednako kao indukovani napon prigunice (slika 2.8a).

Slika 2.6. Asinhroni motor s faznim Slika 2.7. Principijelna shema faznih

kompenzatorom

kompenzatora: a) sa statorom; b)bez statora

Sada rotor kompenzatora dovedimo u obrtanje u smjeru obrtanja fluksa k brzinom nk. U tom sluaju kad govorimo o fluksu k treba razlikovati dvije brzine: brzinu obrtanja n1k fluksa k u odnosu na dirke a-b-c, tj. u prostoru, i brzinu obrtanja n2k toga fluksa u odnosu na rotor i prema tome u odnosu na namot smjeten u njega. Kako je n1k =f2/pk, to pri zadatim vrijednostima f i pk brzina n1k zavisi samo od klizanja s, a ne zavisi od brzine nk samog kompenzatora. Obrnuto je brzina obrtanja n2k = n1k-nk, jer se pri obrtanju rotora u smjeru fluksa k brzina motora u odnosu na fluks smanjuje. Pri nk = n1k fluks k, produujui obrtanje u odnosu na dirke a-b-c sa ranijom brzinom n1k, postaje nepomian u odnosu na rotor i njegove namote. Pri nk>n1k rotor poinje pristizati tok k, tj. smjer obrtanja fluksa u odnosu na rotor mijenja svoj znak.U skladu sa navedenim treba razlikovati frekvenciju indukovanog napona Ek, dobijenog na dirkama a-b-c kompenzatora fluksom k i njenu veliinu. Frekvencija napona Ek na dirkama a-b-c zavisi samo od brzine obrtanja fluksa k u odnosu na dirke. Prema tome je:

fk = pk(n1k = pk(f(s/pk = f(s = f2

tj. frekvencija napona Ek na dirkama a-b-c faznog kompenzatora jednaka je frekvenciji klizanja glavnog motora. Kako smo ve rekli, to i jeste neophodan uslov uzajamnog dejstva izmeu osnovnog indukovanog napona rotora glavnog motora E2s i dodatnog napona kompenzatora Ek.Suprotno frekvenciji napona Ek vrijednost toga napona zavisi od brzine obrtanja n2k = n1k-nk fluksa u odnosu na rotor. Prema tome je:

Ek=4,44(pk( (n1k-nk) (Nk(knk(k.

Ve smo vidjeli da pri nk = 0 napon Ek djeluje kao indukovani napon idealne prigunice. Pri nk = n1k je napon Ek=0, a zatim se pri daljem poveanju nk, Ek poinje poveavati, ali pri tome mijenja svoj znak, tj. poinje prrethoditi u odnosu na fluks i struju I2.

Slika 2.8. Indukovani napon Ek pri: Slika 2.9. Krive cos i s = f(P) za motor

a) nkn1k

sa kompenzatorom

Prema tome, pri nk > n1k napon Ek djeluje kao kapacitet (slika 2.8b). Postie se isti rezultat u pogledu cos glavnog motora kao na slici 2.1c: djelovanje struje I0 djelimino ili potpuno, kompenzuje i cos motora se poboljava. Istovremeno s time kompenzator poneto utie na klizanje glavnog motora. Zavisnosti cos i s = f(P2/Pn) za motor bez kompenzatora (isprekidana linija) i s kompenzatorom (puna linija) prikazane su na slici 2.9. Vidimo da ve pri 30 % nominalnog optereenja motora s kompenzatorom ima znatno bolji cos, a pri 60 % optereenja cos = 1. Meutim, u praznom hodu kompenzator sa sopstvenim pobuivanjem ne moe poboljati cos, jer je u tom sluaju struja I2 ( 0, i prema tome, magnetni fluks kompenzatora k ( 0. Klizanje asinhronog motora s kompenzatorom u poetku je neto vee nego u motoru bez kompenzatora, a zatim ta razlika iezava. Treba ukazati i na to da stepen iskorienja motora s kompenzatorom nije nii, a njegova preopteretljivost je vea nego kod motora bez kompenzatora.Prema tome kompenzator, koji je relativno jednostavna maina, postie osnovni cilj poboljanja cos asinhronog motora ne samo bez pogoranja njegovih osnovnih karakteristika, ve i uz poboljanje nekih od njih.Da bismo poboljali djelovanje kompenzatora pri malim optereenjima, moemo na njegov stator smjestiti kratkospojeni namot, koji na fluks rotora djeluje kao kratko spojen sekundarni namot transformatora. Zahvaljujui tome moemo povisiti cos motora do vrijednosti cos = 1 ak pri optereenju koje iznosi 1/10 do 1/5 nominalnog.Fazni kompenzator moe se koristiti i kao pretvara frekvencije, koji se u tom sluaju spaja neposredno sa osovinom glavnog motora, ako je broj polova pretvaraa frekvencije i motora jednak, odnosno pomou prijenosnih zupanika pri nejednakom broju polova obje maine. Kako smo ve rekli, pretvara frekvencije pretvara frekvenciju a ne mijenja napon na dirkama. Prema tome fazni kompenzator ima nezavisno pobuivanje, pri kom se dodatni napon Ek uvodi u kolo rotora motora nezavisno od reima njegovog rada; u skladu s time cos motora moe biti doveden do vrijednosti cos = 1 ak i u praznom hodu.Fazni kompenzatori sa sopstvenim i nezavisnim pobuivanjem primjenjuju se uglavnom za kompenzaciju cos motora vee snage, sa snienom ili malom brzinom obrtanja.ZAKLJUAK

U radu su dati principi rada i opisane radne karakteristike kolektorskih maina izmjenine struje. Te maine se dobijaju ugraivanjem kolektora asinhronim mainama.

Kod jednofaznog rednog motora cos se poveava sa poveanjem brzine obrtanja dok su uslovi pokretanja tei nego kod jednosmjernih rednih motora. Trofazni paralelni kolektorski motor ima povoljne karakteristike regulisanja brzine i kompenzacije cos dok mu je stepen iskoritenja relativno mali (83 do 85 %) i jo jedan nedostatak je ogranienje napona napajanja sa rotorske strane do 500 V.

Iz navedenog vidimo da se naizmjenine kolektorske maine koriste na mjestima gdje se mogu zadovoljiti uslovi za njihovo koritenje, odnosno obrnuto, gdje njihove karakteristike odgovaraju mjestu primjene. Stoga ova vrsta maina spada u maine posebne izvedbe i koriste se na mjestima gdje klasine asinhrone ili istosmjerne maine ne mogu zadovoljiti svojim karakteristikama na predvienom mjestu primjene.

Jednofazni redni motor ima vei cos sa poveanjem brzine obrtanja n

Uslovi pokretanja jednofaznih rednih motora su tei nego kod jednosmjernih rednih motora

Jednofazni redni motori rade na eljeznicama u SAD i Njemakoj sa snienom frekvencijom (16 Hz u Njemakoj i 25 Hz u SAD)

Izvedeni su ogledi da se izradi vuni jednofazni motor industrijske frekvencije. Takvi motori rade na elektrinim vozovima francuskih eljeznica.

Repulzioni motor ima stator jednofazne maine a rotor je indukt maine za istosmjernu struju na ijem su kolektoru dirke kratko spojene.

Za pokretanje i regulisanje brzine dirke se mogu pomicati po kolektoru u odreenim granicama.

Repulzioni motor ima iste radne karakteristike kao i jednofazni redni motor.

Repulzioni motori grade se za snage do nekoliko kW.

Brzina trofaznog asinhronog motora se moe regulisati dovoenjem dodatnog napona u rotorsko kolo.

Izmjenina kolektorska maina ima svojstvo da pretvara frekvenciju pri stalnom naponu na dirkama. Ovo svojstvo se koristi za regulisanje brzine obrtanja asinhronih maina i za kompenzaciju cos.

Opseg regulacije brzine trofaznog paralelnog motora je 1:2 i 1:3.

Stepen iskoritenja trofaznog pralelnog motora relativno je mali ( ne prelazi 83 do 85 %).

Nedostatak trofaznog paralelnog motora je napajanje sa rotorske strane preko prstenova to ograniava visinu napona do oko 500 V.

Trofazni paralelni motori se primjenjuju tamo gdje je potrebno regulisati brzinu u irokim granicama.

Danas fazni kompenzatori uopte nemaju stator.

Fazni kompenzatori sa sopstvenim i nezavisnim pobuivanjem primjenjuju se uglavnom za kompenzaciju cos motora vee snage, sa snienom ili malom brzinom obrtanja.

PAGE 20

_1263286652.unknown

_1263287665.unknown