2008 Egyenáramú gépek
+
⇓
É
É
É
Φp
+
⇓
Φp
-
+
D
-
⇓
D
A kommutáció elve
Gyűrűs tekercselésű forgórész
Gyűrűs tekercselésű kommutátoros forgórész
1
D
Φp
Egyenáramú gép forgórésze
a)
b)
A feszültség időbeli változása a) 2 és b) 6 kommutátorszelet esetén (U m =U max )
A párhuzamos ágak 4 pólus esetén
2
1
3
2
4
A dobtekercselés elve (4 pólusú forgórész)
Tekercsek kétrétegű elhelyezése 1
2
3
4
5
6
A tekercsfej kialakítása
a)
b) a) hurkos, b) hullámos tekercselési elem
3
Hurkos tekercselés
Hullámos tekercselés I 2
I 2
I 2
I 2
v
2
1
I 2
I 2
I 2
I 2
v
2
1
A kommutáció folyamatának vázlata
4
v
2
1
i
Ia 2
2 t
a) 1
Ia 2
3 s 2 1
b)
3
t
a) áramváltozás a kommutáló menetben b) a lefutó kefesáv áramsűrűsége 1) lineáris, 2) késleltetett, 3) siettetett kommutáció esetén
a)
b)
a) A pólusfluxus indukcióvonalai (az armatúra árammentes) b) Az armatúrafluxus indukcióvonalai (a pólustekercs árammentes)
5
m: motoros, g: generátoros üzemi forgásirány
Az eredő fluxus indukcióvonalai
É
Φp Φa
I
D
A pólus- és az armatúra fluxus iránya
6
I
a pólusköz középvonala
Indukció-eloszlás a légrés mentén θa
θah
θa θak α θe
β
θe
θ
a)
θ
b)
A főpólus és az armatúra gerjesztésvektora
7
Négypólusú segédpólusos gép vázlata
A kompenzáló tekercs hornyai a főpólus saruban
Segédpólusos, kompenzált gép vázlata
Blk
Az indukció sugárirányú összetevőjének pólusok alatti eloszlása
8
'
Ig
párhuzamos
A1 D1
Ub
soros
E2 F 1 külső F 2
D2 E1
Ig
A2 C2
U
Ia
Ug
kompenzáló C1 B2 segédpólus B1
Az egyenáramú gép kapcsolási rajza és kapcsainak jelölése A kompenzált külső gerjesztésű egyenáramú gép Ra
La
Ia Lg
U
Φp
Ub Ig Rg Ug
A külső gerjesztésű egyenáramú gép áramköri vázlata Generátoros üzem φ
φrem
Ig
A pólusfluxus és a gerjesztő áram kapcsolata
9
U0
U
U0n
IanRa
Un
w=áll
w=áll
Ia=0
Ig=áll
Urem Ign
Ig
-Ian
a)
b)
A külső gerjesztésű gép a) üresjárási és b) külső jelleggörbéje Motoros üzem Alapegyenletek U b =kΦw U=I a R a + La
di a + Ub dt
Ra=ΣR La=ΣL L Tv = a Ra P b =U b I a P M = b = kΦI a w dw M − Mt = Θ dt U b U − Ia R a MR a U w= = = − kΦ kΦ kΦ ( kΦ) 2
10
-Ia
Mt U- Ub U
1 R a (1 + sTv )
Ia
M
M-Mt
kΦ
Ub
kΦ
A külső gerjesztésű egyenáramú gép blokkvázlata
Viszonylagos egységek névleges mennyiségek: U n , I n , Φ n , M n származtatott alapmennyiségek: U w alap = n = w 0n kΦ n motoroknál P a > P n =P le P alap =P fel =U n I n U R alap = n In U kΦw Φ w Ub' = b = = = Φ' w' Φ '=1 esetén U b '=w' U n kΦ n w a Φ n w a M kΦI Φ Ia M= = = = Φ' I' Φ '=1 esetén M'=I' M n kΦ a I a Φ n I n A feszültség egyenlet viszonylagos egységben U=I a R(1+sT v ) + U b I R U U = a (1 + sTv ) + b ⇒ U'=I a 'R'(1+sT v ) + U b ' U n In R a Un A mozgásegyenlet viszonylagos egységben dw M − Mt = Θ dt M dw' M Θ w 0n dw − t = ⇒ M'− M t ' = Tin dt M n M n M n w 0n dt
11
1 Θs
w
A blokkvázlat viszonylagos egységekkel Φ '=1 esetére: Mt U - Ub U
Ia
1 R a (1 + sTv )
M - Mt
M
Ub
w
1 sTin
Ub
A külső gerjesztésű egyenáramú gép blokkvázlata viszonylagos egységekkel
Statikus mechanikai és sebességi jelleggörbe a) kompenzált gépnél: Φ eredő = Φ p wm
wm
w0m
w0m
wmn
wmn U=áll
U=áll
Ig=áll
Ig=áll
Mn
Ian
M
a)
Ia
b)
A külső gerjesztésű gép a) mechanikai és b) sebességi jelleggörbéje
b) kompenzálatlan gépnél: Φ eredő ≤ Φ p M
wm w0m wmn
Ian
Ia
Ian
a)
Ia
b)
Kompenzálatlan külső gerjesztésű gép a) M(I) és b) sebességi jelleggörbéje
12
Az egyenáramú motorok terhelhetőségi határai di I, Φ , (M), w és a megengedhető értékei dt Terminológia: - névleges áram: I n - a tervezett üzemmódban a motor eléri a szigetelőanyagokra megengedett túlmelegedést, garantált az tervezett élettartam, - maximális áram: I max - üzemszerűen felléphet (pl. indításkor és más tranziensek alatt), a motor rövid ideig elbírja, I max ≤ I n , - tartósan megengedhető áram: I meg - üzemfüggő! Az áramot korlátozó tényezők: a) a segédpólus telítése - rontja a kommutációt, I max ~ 1,6-1,8 I n , b) a kefék terhelhetősége - a névleges áramsűrűség jn ~ 10 A , cm 2 A keféken lévő feszültségesés ∆ U kefe = j ρ ,
A , a megengedhető cm 2
jmeg ~ 20
ρ - a kefe fajlagos átmeneti ellenállása [ ρ ]=
Ω , függ: cm 2
- a kefe és a kommutátor anyagától, - áramsűrűségtől, - az érintkező felületek hőmérsékletétől, vegyi állapotától, - kefenyomástól, - a kommutátor kerületi sebességétől, - a kontaktus egyéb körülményeitől (pl. kefepor jelenléte). Közelítő számítási módok: - ∆ U kefe = állandó, ( ∆ U kefe ~ 2 V), ∆U kefe,n - R kefe = állandó, ( R kefe = ), ∆ U kefe = R kefe I a , In c) a forrasztások terhelhetősége (lágy, kemény), d) a keletkező erőhatások (pl. tekercsfejben), F ~ I 2 , általában I max = 1,5I n , de nehéz üzemben I max = 2~3I n is előfordul, e) reaktancia feszültség (segédpólus nélküli gépnél) di = cwI dt ~ 14 V
U r = Lk U r,meg
U r,meg =cw r I max
wr =
U r,meg cI max
,
wr ha w > w r , I max nem engedhető meg, w bizonyos szögsebesség felett I n sem, csak I meg < I n .
U r,meg =cwI *
I * = I max
13
rövid ideig tartó üzem Imax
I*
tartós üzem
Ur,meg In
Imeg wr
w
Az áram és reaktancia feszültség a szögsebesség függvényében
A fluxust korlátozó tényezők: A fluxus növelésével nő a szeletfeszültség: U sz = cwB l , B a szeletfeszültség közepes értéke: U szk = cwBlk = U sz lk , Bl k k sz összes szeletszám esetén két kefe között sz számú kommutátor szelet van, 2p U 2pU U szk = = k sz k sz 2p B 2pU Bl U sz = U szk l = Blk k sz Blk A szeletfeszültség megengedhető értéke U sz,meg = 35 V, ez meghatározza a maximális feszültséget és a maximális belső feszültséget: k sz Blk 2pU max Bl U sz, meg = , ⇒ U max = 35 2p Bl k sz Blk U max ~ U bmax = kΦ n w sz , névleges fluxus mellett a megengedhető (indukált) feszültség w sz szögsebesség mellett alakul ki, w > w sz esetén a fluxust csökkenteni kell: w Φ = Φ n sz ha w > w sz . w w Amennyiben U max = U n = kΦ n w n , akkor Φ = Φ n n ha w > w n . w
14
M
Mmax Imax Φn
I
Φ
U
P
wsz
wmax w
wr
Egyenáramú motorok terhelhetősége
Az armatúra áram változását korlátozó tényezők: di korlátozása a segédpólusban keletkező örvényáramok fluxuskésleltető hatása midt att szükséges. i - isp
i isp
Lsp
Rö
Helyettesítő vázlat a segédpólus örvényáramok számításához i i isp i - isp
t
Tö
A segédpólus árama az armatúra áram gyors növekedésekor
15
A külső gerjesztésű gép indítása - ellenállásos K1
K2
K3
K4
Ra
La
Ia Lg
Ri4
U
Ub
Ri3 Ri2
Ig
Ri1
Rg Ug
Külső gerjesztésű motor ellenállásos indítása w w0 w5 w4
Ra Ra+Ri4
w2
Ra+Ri3
w1
Ra+Ri2
Mmin Imin
Mmax Imax
Ra+Ri1
M Ia
Külső gerjesztésű motor ellenállásos indítása Ia Imax
Imin It
t
Külső gerjesztésű motor armatúraárama ellenállásos indításnál
A külső gerjesztésű gép fékezése - visszatápláló - ellenállásos - ellenáramú 16
A külső gerjesztésű gép fordulatszám változtatása (U=áll.) - R változtatása - Φ változtatása A hálózati feszültség változásának hatása A külső gerjesztésű gép fordulatszám változtatása U változtatásával w U3 U2 U1 M U=0
Külső gerjesztésű motor mechanikai jelleggörbéi változó kapocsfeszültségnél
Gg =
LaG
M 3~
RaG
Ia
RaM
LaM
Rgg G
IgG RgG
M
U
=
=
UgG
IgM UgM
A Ward-Leonard rendszer kapcsolási vázlata
U I
1/4-es feszültség csökkentő kapcsolás
17
RgM
U I
1/4-es feszültség növelő kapcsolás
I a)
b)
2/4-es kapcsolás a) U b > 0, b) I > 0
I
4/4-es kapcsolás
18
A párhuzamos gerjesztésű gép Ra
La
Ia
Ig Lg
U Ug
Ub Rg
A párhuzamos gerjesztésű egyenáramú gép áramköri vázlata
U3
U
U
U0
U01 U02
U2
Rg3
Rg2
Rg1
U03 Ig R g Ig R g
U1
Urem
Urem
Ig Ig1
Ig2
Ig3
Ig
Ig0
a)
b)
a) A párhuzamos gerjesztésű gép üresjárási jelleggörbéje b) az üresjárási munkapont módosítása ellenállás beiktatásával U U
-Iaz
-Iamax
-Ia
A párhuzamos gerjesztésű generátor külső jelleggörbéje
A soros gerjesztésű gép
19
Ra
La
Ia
Ub
U
A soros gerjesztésű egyenáramú gép áramköri vázlata U Ub
Ia R a U
Ig=Ia Ign
Igz
A soros gerjesztésű gép külső jelleggörbéje wm
wm U=áll wm
U=áll
M
wmn
wmn
Mn
M
Ia
Ian
a)
b)
A soros gerjesztésű gép a) mechanikai és b) sebességi, valamint M(I a ) jelleggörbéje
A vegyes gerjesztésű gép
20
Ra
La
Rg
Ig Ia
Lg
Ub
U
A vegyes gerjesztésű egyenáramú gép áramköri vázlata U 1 U0 2 3 4
-Ia -Ian
A vegyes gerjesztésű gép külső jelleggörbéi 1-túlkompaundált, 2-kompaundált, 3- nem kompaundált, 4-alulkompaundált φ
θe=NpIg
Ia
θe=0
A vegyes gerjesztésű gép φ (I a ) jelleggörbéje
21
Ellenőrző kérdések
1. Mekkora az egyenáramú gépek mágneses terének fordulatszáma? 2. Mi a kommutáció célja, mi a kommutátor feladata? 3. Vázolja a kommutáció folyamatát, lehetséges lefolyását. 4. Milyen hatása van a kommutációnak a kefék által rövidrezárt menetben? 5. Mi a reaktancia feszültség? 6. Hogyan ellensúlyozható a reaktancia feszültség? 7. Mi az armatúra reakció hatása a pólusfluxusra kefeeltolás esetén? 8. Hogyan ellensúlyozható az armatúra reakció a főpólus alatt és a pólusközben? 9. Mik a segédpólus feladatai, milyen árammal gerjesztik? 10. Mi a kompenzáló tekercs feladata, milyen árammal gerjesztik? 11. Rajzolja fel a kompenzált külső gerjesztésű egyenáramú gép áramköri vázlatát. 12. Rajzolja fel a kompenzált külső gerjesztésű egyenáramú gép mechanikai jelleggörbéjét természetes és viszonylagos egységben. 13. Írja fel a kompenzált külső gerjesztésű egyenáramú gép alapegyenleteit természetes és viszonylagos egységben. 14. Mi határozza meg az egyenáramú motorok megengedhető áramát? 15. Mi határozza meg az egyenáramú motorok megengedhető fluxusát? 16. Mi határozza meg az egyenáramú motorok megengedhető nyomatékát? 17. Mi határozza meg az egyenáramú motorok megengedhető fordulatszámát? di 18. Mi határozza meg egyenáramú motoroknál a megengedhető értékét? dt 19. Hogyan hat az armatúrakörbe beiktatott ellenállás a kompenzált külső gerjesztésű egyenáramú gép mechanikai jelleggörbéjére? 20. Hogyan hat a kapocsfeszültség változása a kompenzált külső gerjesztésű egyenáramú gép mechanikai jelleggörbéjére? 21. Hogyan hat fluxus változása a kompenzált külső gerjesztésű egyenáramú gép mechanikai jelleggörbéjére? 22. Ismertesse a W. Leonard rendszer működését. 23. Rajzolja fel a soros gerjesztésű gép mechanikai jelleggörbéjét.
22
