STEJNOSMĚRNÉ STROJE (DC machines) B1M15PPE

STEJNOSMĚRNÉ STROJE (DC machines) B1M15PPE

TYPICKÝ DC STROJ

TOČIVÝ STROJ MŮŽE PRACOVAT JAKO MOTOR I JAKO GENERÁTOR © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

2

HLAVNÍ ČÁSTI DC STROJE JÁDRO ROTORU z ocelových plechů

PŘÍVODY od zdroje

´vinutí KOTVY

KOMUT´ÁTOR DRŽÁKY s KARTÁČI © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

PERMANENTNÍ MAGNETY (nebo budicí vinutí) 3

PŘÍČNÝ ŘEZ DC STROJEM

© Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

4

SCHÉMATICKÉ ZNÁZORNĚNÍ BUDICÍ VINUTÍ

VINUTÍ KOTVY

CHOVÁNÍ ZÁVISÍ NA SPOJENÍ OBOU VINUTÍ © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

5

TŘI ZÁKLADNÍ TYPY DC STROJŮ CIZE BUZENÝ

SÉRIOVÝ

PARALELNÍ

(také permanentní magnet)

KOMPAUNDNÍ STROJ = kombinace paralelního a sériového © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

6

STEJNOSMĚRNÉ GENERÁTORY

GENERÁTORICKÝ CHOD = jeden z pracovních stavů DC stroje • VSTUP = EXTERNÍ POHON  mechanická energie • GENERÁTOR  mění mechanickou energii na elektrickou (stejnosměrnou) SS GENERÁTOR = DYNAMO


7

PRINCIP ČINNOSTI 1/2 dΦ dA e = ui = =B dt dt    e = ui = ( v × B ) • l

u

trvání 1 otáčky

ui1 ui1 +

-

ui2 -

+ ui2

t


8

PRINCIP ČINNOSTI 2/2


9

FUNKCE GENERÁTORU

KDYŽ Ra = 0  Ua=Ui=Eav    e = (v × B ) • l e = 2 Blv = 2 Blrω = 2lrω B ( Θ)

eav =

eav =

1

π 2

π

π

⋅  e.dΘ = 0

1

π

π

ω ⋅  B ⋅ da = 0


π

⋅  2ωlrB.dΘ 0

2

π

ωBA =

2

π

ωΦ

Eav = U i = c.Φ.ω 10

MAGNETIZAČNÍ KŘIVKA

LINEÁRNÍ

Φ ~ U0

A

SATURACE

REMANENTNÍ MAGNETIZACE B Ur

Fm = Nf .If ~


-If

D

C

-U0

If

Φ = k.If

11

ZÁKLADNÍ ROVNICE DC GENERÁTORŮ

u f = Rf ⋅ i f + Lf ⋅

di f

ua = − Ra ⋅ ia − La ⋅ e=

2⋅n

π

dt

dia +e dt

⋅ Φ ⋅ω = c ⋅ Φ ⋅ω

pvýstupní = u a ⋅ ia pvstupní = ω ⋅ M © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

dω M = M i + ΔM m + J ⋅ dt 2⋅n Mi = ⋅ Φ ⋅ ia = c ⋅ Φ ⋅ ia

π

12

PRACOVNÍ STAVY DC STROJŮ Motor pracuje vždy v průsečíku pracovní charakteristiky s charakteristikou zátěže – co je ZÁTĚŽ?  USTÁLENÝ = neměnný  KVAZISTACIONÁRNÍ – změna ustálených pracovních bodů

bez ohledu na průběh změny  PŘECHODNÝ (transientní) – sledování průběhu změny mezi ustálenými pracovními body:  Nejhorší případ = náhlá změna vstupní veličiny (skoková změna / jednotkový skok)  U lineárních / linearizovaných systémů – superpozice dílčích chování © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

13

ROVNICE V USTÁLENÉM STAVU U f = Rf ⋅ I f

U a = − Ra ⋅ ia + E E = Ui =

2⋅n

π

⋅ Φ ⋅ω = c ⋅ Φ ⋅ω

Pvýstupní = U a ⋅ I a Pvstupní = ω ⋅ M © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

M = M i + ΔM m Mi =

2⋅n

π

⋅ Φ ⋅ Ia = c ⋅ Φ ⋅ Ia 14

zátěž

CIZE BUZENÝ GENERÁTOR

U a = − Ra ⋅ I a + e © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

15

ZATĚŽOVACÍ (V-A) CHARAKTERISTIKA Ia

If

Rf,Lf

Ui

Ua

Uf

rozdíl způsobený REAKCÍ KOTVY


16

REAKCE KOTVY HLAVNÍ PÓLY

POMOCNÉ PÓLY

DEFORMACE způsobená reakcí kotvy © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

17

KOMUTACE

If

n a n

a

Ia f

If

POSUNUTÁ NEUTRÁLA

f


18

POMOCNÉ (komutační) PÓLY hl vní póly

φf

φip

φa φip n

φf

pomo né póly


19

GENERÁTOR S DERIVAČNÍM BUZENÍM Ua = U f

zátěž

U f = R f ⋅ I f + R fr ⋅ I f

U a = − Ra ⋅ I a + E

I = Ia − I f


20

NABUZENÍ

R fc = R f + R fr

! POLARITA budicího vinutí! © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

21

POROVNÁNÍ GENERÁTORŮ

PARALELNÍ: © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

I sc << I n

svářečky 22

STEJNOSMĚRNÉ MOTORY

MOTORICKÝ CHOD = jeden z pracovních stavů DC stroje • VSTUP = ZDROJ ELEKTŘINY  elektrická energie • MOTOR  mění (stejnosměrnou) elektrickou energii na mechanickou


23

FUNKCE MOTORU

   F = I ⋅ (l × B )

F = B . i . l . sinΘ

M = 2.F.r = 2.B.ic.l.r M av =

1

π

π

⋅  2 ⋅ i ⋅ l ⋅ r ⋅ B ⋅ dΘ = 0

2

π

π

⋅ i ⋅  B.da = 0

2

π

⋅Φ ⋅i

M av = M i = c.Φ.ia © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

24

ZÁKLADNÍ ROVNICE DC MOTORU e=

2⋅n

π

⋅ Φ ⋅ω = c ⋅ Φ ⋅ω

u f = Rf ⋅if + Lf ⋅

di f dt

di ua = Ra ⋅ ia + La ⋅ a + e dt

Mi =

2⋅n

π

⋅ Φ ⋅ ia = c ⋅ Φ ⋅ ia

M i = ΔM m + M + J ⋅

dω m dt

CHOVÁNÍ ZÁVISÍ NA PROPOJENÍ VINUTÍ BUZENÍ A KOTVY


25

MOTOR S CIZÍM BUZENÍM USTÁLENÝ STAV Schéma

Rovnice E = Ui = cΦω

U f = Rf I f

U a = Ra I a + E

M i = cΦI a = ΔM m + M

Charakteristiky Ua − E Ia = Ra

E U a − Ra I a Ω =ω = = cΦ cΦ © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

ω = f ( Ia )

!Φ≠0

ω = f (M ) 26

RYCHLOSTNÍ A MECHANICKÁ CH-ka U − Ra I a ω= a cΦ

Přirozená charakteristika

U RI ω = a − a a = ω0 − kI a cΦ cΦ

R k= a cΦ

M    Ia ≅  cΦ  

vliv reakce kotvy

pracovní body

0 © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

27

VLIV Ra NA KŘIVKU n=f(T)

E U − Ra ⋅ I a Ω =ω = = a c⋅Φ c⋅Φ

Racelk = Ra + Radod

n n0

základní rychlost

Racelk

M


28

ROZBĚH CB MOTORU (kvazistacionární) U − Ra I a ω= a cΦ

kvazistacionární pracovní body

 Přímým připojením Ua = Un Ia = (10 to 30) In

 snížit proud  změnou Ua nebo Ra

Ra1 =

Ua I a max

Ra1 Ra 2 R I = = ..... = ax = a max Ra 2 Ra 3 Ra I a min

 K vyvinutí dostatečného momentu  plně nabuzený nebo mírně přebuzení  If ≥ Ifn © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

29

BRZDĚNÍ CB MOTORU  DYNAMICKÉ (do odporu)

 PROTIPROUDEM  REKUPERAČNÍ


30

REVERZACE CB MOTORU ω=

E U a − Ra I a = cΦ cΦ

−ω = −

E cΦ

 Změna polarity Ua  Změna polarity If

! když

U a − Ra I a Φ =0 ω= cΦ  dω  M i = cΦI a = ΔM m + M +  J   dt 

ω →∞

Ia → ∞

!

Φ ≠0

Mechanické a elektrické poškození  změna polarity If ne za běhu !!! © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

31

ŘÍZENÍ RYCHLOSTI CB MOTORU E U − Ra ⋅ I a Ω =ω = = a c⋅Φ c⋅Φ

konstantní výkon

základní rychlost konstantní moment © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

32

MOTOR S DERIVAČNÍM BUZENÍM USTÁLENÝ STAV

Schéma

Rovnice E = Ui = cΦω

U f = ( R f + R fr ) I f

U a = Ra I a + E Ia = I − I f

M i = cΦI a = ΔM m + M

Charakteristiky © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

ω=

E U a − Ra I a = cΦ cΦ

Ua − E Ia = Ra

ω = f ( Ia )

ω = f (M ) 33

CHOVÁNÍ DERIVAČNÍHO MOTORU Ia =

Ua − E Ra

T ≅ cΦ I a

ω=

U a − Ra I a cΦ

 Základní chování je podobné motoru s cizím buzením  Rychlostní a mechanické charakteristiky jsou prakticky stejné  Rozběh, brzdění a řízení rychlosti změnou Ua nebo Ra  Reverzace změnou polarity vinutí kotvy nebo buzení

 Žádný rozdíl v konstrukci: všechny cize buzené mohou pracovat s paralelním buzením  Výhoda: není potřeba zvláštní zdroj pro buzení


34

MOTOR SE SÉRIOVÝM BUZENÍM USTÁLENÝ STAV

Schéma

Rovnice Ia = I f E = Ui = cΦω = ξI aω

U f = Rf Ia

U a = Ra I a + E + U f = ( Ra + R f ) I a + ξI aω

M i = cΦI a = ξI a2 = ΔM m + M

Charakteristiky © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

U a − Rac I a ω= ξI a Ia =

Mi

ξ

!

Ia ≠ 0

ω = f ( Ia ) ω = f (M ) M = f (Ia ) 35

CHARAKTERISTIKY SÉRIOVÉHO MOTORU U − Rac I a U a Rac ω= a = − ξI a ξI a ξ

Ia =

Mi

ξ

ξ není konstantní !!! (Φ=f(Ia) nelineární)

Výhodné při rozběhu se zátěží:

Ua Rac − ω= ξM i ξ M i = ΔM m + M + J základní rychlost

1 2 3 4

= = = =

dω dt

přirozená charakteristika nižší Ua nižší If (shuntováním budicího vinutí) vyšší Ra


36

ŘÍZENÍ SÉRIOVÝCH MOTORŮ  ROZBĚH  Změnou Ua nebo změnou Ra

 BRZDĚNÍ

U a Rac ω= − ξI a ξ

 Do odporu, protiproudem

 REVERZACE  Nelze měnit polaritu zdroje  Změnit jen polaritu vinutí (kotvy nebo buzení)

 ZMĚNA RYCHLOSTI  Změnou Ra – zřídka (velké ztráty), Změnou Ua – nejčastěji  Šuntování (shuntování) budicího vinutí (snížení If) – omezení: výkon, komutace  Seskupování u vícemotorových pohonů: sériové / paralelní


37

POROVNÁNÍ CHARAKTERISTIK MOTORŮ


38

POROVNÁNÍ ROZBĚHU A REVERZACE Ia =

Ua − E Ra

M ≅ c ⋅ Φ ⋅ Ia

ω=

U a − Ra ⋅ I a c⋅Φ

CIZÍ A DERIVAČNÍ BUZENÍ start: při Un je Is = 10 až 30 In  změna Ua nebo Ra reverzace: změna polarity Ua nebo If (jen na stojícím stroji, magnetický tok nesmí být nulový !!!) SÉRIOVÉ BUZENÍ start: proměnné Ua – stroj nesmí být odlehčen !!! reverzace: změna polarity Ua nebo If © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

39

ENERGETICKÁ BILANCE

MOTOR

paralelní buzení 1 to 5% Pvstupní © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

GENERÁTOR

kotva 3 to 6% Pvstupní

rotační ztráty 3 to 15% Pvstupní 40

UNIVERZÁLNÍ SÉRIOVÝ MOTOR (USM)

 JAKO DC SÉRIOVÝ MOTOR  MAGNETICKÝ OBVOD = OCELOVÉ PLECHY

= Φ


41

CHARAKTERISTIKY USM

n

M

UDC UDC

UAC

UAC

Ia

M

PŘI STŘÍDAVÉM NAPÁJENÍ JE CHOVÁNÍ HORŠÍ:  Měkčí charakteristika  Horší komutace (jiskření) © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

42

ŘÍZENÍ RYCHLOSTI USM  Měnič napětí

E ω= k ⋅Φ

 Příklady použití – malé domácí spotřebiče:  VYSAVAČE  FÉNY  MIXÉRY © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

43

PŘÍKLADY DC GENERÁTORY 1 Cize buzený stejnosměrný generátor s konstantním budicím proudem a konstantní rychlost má, při odporu zátěže RZ1 = 10 Ω, výstupní svorkové napětí Ua1 = 200 V. Změní-li se zátěž na RZ2 = 1 Ω, svorkové napětí klesne ne Ua2 = 100 V. Určete hodnotu odporu v obvodu kotvy. (Ra = 1,25 Ω)

2 Stejnosměrné dynamo s paralelním buzením napájí odporovou zátěž RZ = 5 Ω proudem I = 20 A. Odpor celého obvodu kotvy je Ra = 0,2 Ω a odpor budicího vinutí je Rf = 40 Ω. Určete napětí indukované v kotvě. (Ui = 104,5 V)


44

PŘÍKLADY DC MOTORY 3 Stejnosměrný cize buzený motor je buzen proudem If = 8 A, odebírá ze zdroje proud Ia = 50 A, jeho odpor kotvy je Ra = 0,5 Ω a vytváří moment M = 1200 Nm. Určete napětí kotvy, které způsobý změnu otáček na hodnotu to nx = 110 1/min při stejném buzení a stejném zatížení (uvažujte pouze ztráty ve vinutí, vše ostatní zanedbejte). (Uax = 301,4 V)

4 Sériový motor má celkový odpor R = 1 Ω. Odebírá proud I = 212 A ze zdroje o napětí U = 900 V a běží rychlostí n = 2025 1/min. Určete moment motoru (uvažujte pouze ztráty ve vinutí, vše ostatní zanedbejte). (M = 688 Nm)


45

STEJNOSMĚRNÉ STROJE (DC machines) B1M15PPE

Recommend Documents