4 - kolektorski stroji

5/18/2018 4 - Kolektorski stroji

1/22

73

4. KOLEKTORSKI STROJI

4. 1. Zgradba enosmernega stroja

Enosmerni stroj je sestavljen iz statorja in iz rotorja.Statorje mirujoi del stroja in je sestavljeniz statorskega jarma in polov na katere so fiksirani in polovi evlji. Stator je iz masivnega eleza,saj je navitje na njem vzbujano z enosmernim tokom. Na polih statorja je navito vzbujalnonavitje. Oblika polovih evljev je takna, da lei cel rotor v magnetnem polju. Rotor je izlameliranega eleza. Vanj so vstrueni utori, v katere je vstavljeno glavno navitje ali navitjekotve. Navitje kotve je sestavljeno iz vejega tevila tuljav, katerih odcepi so vezani na lamele.

Lamele sestavljajo kolektor. Lamele so iz bakra in so fiksirane na rotorsko os. Med sabo soizolirane.Izgled vrteega komutatorja z lamelami in njihovo drsenje po mirujoih etkah prikazuje levaslika. Desna slika pa prikazuje drugaen pogled na drsenje mirujoih etk po lamelahkomutatorja, ki se vrti.

Po kolektorju (lamelah) drsijo etke, ki so fiksirane na stator, torej so nepremine. Sklopkolektor - etke imenujemo komutator.

Poenostavljen presekdvopolnegaenosmernega stroja


2/22

74

4. 2. Delovanje enosmernega generatorja

Generator je elektrini stroj, ki na osnovi dinamine elektromagnetne indukcije spreminjamehansko energijo v elektrino. Navitje statorja vzbujamo z enosmernim tokom in proizvedemono magnetno polje, ki se sklene preko rotorja. Konci tuljav rotorja so povezani na lamelekolektorja, ki so med seboj izolirane. Lamele rotorja med vrtenjem drsijo po etkah, preko

katerih generatorska napetost potiska tok porabnikom. To situacijo poenostavljene shemeprikazuje spodnja slika, kjer porabnik predstavlja arnica.

Ko se navitje rotorja vrti v magnetnem polju, ki ga povzroa stator, se v njem inducira napetost:lvBe =

Zanka se vrti v nasprotni smeri urinega kazalca in v njej se inducira tok po pravilu desne roke.Njegova smer je vrisana v sliko.

Na naslednji sliki je prikazan enosmerni generator, kjer vzbujamo statorsko navitje z lastnimtokom, ki ga proizvaja generator. V rotorski tuljavi se inducira napetost.

V legi 2 je sekanja silnic pravokotno in jeinducirana napetost najveja. V legi 3 je kotsekanja silnic enak nistopinj in je inducirananapetost tudi ni. V legi 1 je inducirana

napetost zopet niin zato lego 1 3imenujemo nevtralna cona (n). V nevtralni

coni leita mirujoi etki. Ko se rotorjevonavitje zavrti za kot 180, se zamenja smernapetosti na etkah in ostaja tako vedno

pozitivna.


3/22

75

Enosmerni generator ima na rotorju ve tuljavic. Na etkah se inducirane napetosti setevajo.Veje kot je tevilo tuljav na rotorju in ve kot je komutatorjevih lamel, bolj je enosmerna

rotorska napetost enakomerna. V narisanem primeru ene rotorske tuljave na rotorju je enosmernainducirana napetost zelo popaena. Dve tuljavi bi prinesli e bistveno izboljanje razmer.Izkunje pa kaejo, da je napetost dovolj konstantna, e pride na en pol statorja vsaj8 10 polov:

10p2

N

4. 3. Delovanje enosmernega motorja

Skozi tuljavo v rotorju tee elektrini tok in ta tuljava se nahaja v monem magnetnem polju, kiga povzroa stator. Na rotorsko tuljavo deluje tokovna sila:

F B I l= (N)

Smer sile pa je doloena s pravilom leve roke, kot kae slika.

Iz opisane situacije lahko povzamemo, da jeinducirana napetost v rotorskem navitju sicerizmenina, vendar jo sistem kolektor etkemehansko usmeri.

Ko elektromotor prikljuimo na izvorelektrine napetosti, stee elektrinitok preko etk in segmentovkolektorja skozi navitji rotorja.

Navitje statorja je lahko vezanozaporedno ali vzporedno z navitjemrotorja, njegova naloga pa je ustvaritimono magnetno polje, ki se bozakljuevalo preko rotorja. S tem seustvari e znani pojav sile natokovodnik iz osnov elektrotehnike.

etke

segmentkolektorja

kolektor

segment navitjarotorja


4/22

76

Tuljava ima svoj zaetek in konec, bo nanjo deloval par sil, kot kae desna slika. Tako se boustvaril vrtilni moment M, ki bo rotor zavrtel:

DF2

DF

2

DFM =+= (Nm)

D premer rotorja (m)

Ko pride tuljavica v nevtralno cono, nanjo ne deluje sila (B = 0), vendar se zaradi vztrajnostimomenta zavrti naprej. Ko tuljavica preide nevtralno cono, se zamenjata lameli pod etkama inse spremeni tudi smer toka, zato je smer sile in vrtilnega momenta nespremenjena.

4. 4. Napetostna enaba za motor in generator

Napetost na sponkah generatorja U znaa:

aa URIEU =

kjer pomeni:

E - Inducirana napetost v rotorskem navitju (V)

aa RI - Padec napetosti v navitju rotorja navitju armature (V)

U - Padec napetosti na etkah (V)

Pri motorju velja obratno, saj se pritisnjena napetost porabi kot padec napetosti na etkah in zapremagovanje inducirane napetosti v rotorju:

aa URIEU ++=

Padec napetosti na etkah v obmoju normalnega delovanja stroja ni odvisen od velikostibremenskega toka, ampak je priblino konstanten. Odvisen je od vrste etk in znaa okoli

2 V.Ugotovimo, da je inducirana napetost pri generatorju veja, pri motorju pa manja od napetosti nasponkah. Razliko predstavlja padec napetosti v enosmernem stroju.

F

F

D


5/22

77

4. 5. Reakcija kotve

V primeru, ko enosmerni stroj obremenimo, bo v navitju rotorja (kotve) stekel bremenski tok. Tatok z ovoji kotve ustvari novo - preno magnetno polje p, saj eno obstaja e od statorskeganavitja, ki ga imamo e v praznem teku (vzdolno magnetno polje ). Oba magnetna poljaskupaj povzroita rezultirajoe magnetno polje s.

Situacija je lepo razvidna iz slike a, kjer nazornost dopolnjuje e kazalni diagram.

Kot vidimo iz slike b, na kateri je narisano rezultirajoe magnetno polje, se spremeni tudi

nevtralna lega etk (n-n) za kot .

kodljiv pojav reakcije kotve ima tiri nezaeljene posledice:- zmanjanje inducirane napetosti E,- premik nevtralne cone,- poveanje izgub v elezu in- poveanje napetosti med lamelami.

Zmanjanje inducirane napetosti:Celotno magnetno polje se zaradi pojava reakcije kotve na eni strani zmanja, na drugi pa povea.Pri obremenjenem stroju je skupni magnetni fluks nekoliko manji, kot v praznem teku, zato se

zmanja inducirana napetost.

Premik nevtralne cone:Premik nevtralne cone smo videli e zgoraj. Pri motorju se premakne v smeri vrtenja, prigeneratorju pa proti smeri vrtenja. Kot premika je odvisen od velikosti bremenskega kota. Zaradi

premika nevtralne lege je potrebno premakniti etke, sicer imamo opravka z iskrenjem.

Poveanje izgub v elezu rotorja:Izgube nastopajo e v praznem teku in so premosorazmerne z gostoto magnetnega pretoka (B 2).Gostota se v eleznem jedru spreminja tako kot inducirana napetost, kar pomeni, da se bo v enemdelu poveala, v drugem pa zmanjala. Zaradi kvadratne odvisnosti (B2) je poveanje veje od

zmanjanja in so skupne izgube v elezu veje od tistih v praznem teku.


6/22

78

Poveanje napetosti med lamelami:Magnetno polje pod zrano reo ni homogeno v stanju obremenjenega stroja. Ko se tuljavicanahaja direktno pod magnetnim poljem pola, se v njej inducira najveja napetost. Ta napetost selahko pojavi med sosednjima lamelama, kamor je tuljavica prikljuena. e je ta napetost

prevelika, lahko med lamelama preskoi iskra, ki se razvije v lok. Dopustna napetost je16 18 V, veja pa e lahko povzroi elektrini lok.Kolektorski lok oziroma iskrenje lahko povzroi unienje kolektorja in etk. Na pojav lahkovplivamo tako, da poskrbimo za dobro izolacijo med lamelami in inducirana napetost ne sme biti

prevelika.

4. 6. Ukrepi za odpravo posledic reakcije kotve

Nezaeljene posledice reakcije kotve smo spoznali. Istoasno so bile ob problemih navedene tudinekatere reitve, kako ta pojav omejiti. V ta namen uporabljamo ve ukrepov, ki si jih bomo

pogledali v nadaljevanju, vendar nobeden od njih ni univerzalen, da bi odpravljal vse tiri

probleme.Ukrepi za odpravo posledic reakcije kotve so:- premik etk,- kompaudno navitje,- kompenzacijsko navitje in- pomoni poli.

Premik etk:Spoznali smo e dejstvo, da se zaradi reakcije kotve premakne nevtralna cona. e etk ne biustrezno premaknili, bi tuljavica komutirala v majhnem magnetnem polju, zato se pod etkamiiskri. Reitev problema je torej lahko premaknitev etk, ki pa reuje le en problem reakcije

kotve, poleg tega pa se s premikom etk pojavita tudi dva nova problema:- premik etk velja le za doloeno obremenitev in- premik etk dodatno zmanja magnetno polje in stem tudi inducirano napetost.

Iz tega sledi, da je premik etk nepomemben ukrep, ki ga redko uporabljamo.

Kompaudno navitje:To je navitje z malo ovoji velikega preseka, ki je nameeno na glavne vzbujalne pole in je

povezano zaporedno z rotorskim navitjem, da tee po njem rotorski bremenski tok.

Kompaudnonavitje

Vzbujalnonavitje

Ob obremenitvi bi se fluks zaradi reakcijekotve zmanjal. Ker kompaudno navitje

pomaga vzbujati, ostane fluks in tudiinducirana napetost nespremenjena.Kompaudno navitje mora imeti pravo teviloovojev za doloen tip stroja. Slabost tegaukrepa je v tem, da zopet odpravljamo samoeno posledico reakcijo kotve. Kljub temu pa tanain pogosto uporabljamo pri motorjihmanjih moi.


7/22

79

Kompenzacijsko navitje:To je navitje, ki ga vstavimo v utore vzbujalnih polov. Kompenzacijsko navitje je vezanozaporedno z navitjem rotorja tako, da je smer toka nasprotna, kot v navitju rotorja. Tako semagnetni napetosti uniujeta na celotni irini polovega evlja. Ostane sicer majhna razlikamagnetnih napetosti, ki pa ne povzroa bistvenega polja, ker je tam velika magnetna upornost.

Sliki prikazujeta namestitev in delovanje kompenzacijskega navitja (levo) in presek glavnegapola z utori za kompenzacijsko navitje (desno).Izvedba kompenzacijskega navitja je komplicirana in tudi draga, vendar odpravlja skoraj vse

posledice reakcije kotve. Zaradi visoke cene uporabljamo ta ukrep le pri strojih, kjer je to zaraditee pogona neizogibno.

Pomoni poli:Delujejo podobno kot kompenzacijsko navitje in odpravljajo posledice reakcije kotve.

Podobno kot smo e ugotovili pri kompenzacijskem navitju velja tudi za pomone pole, da je tonajbolja varianta za odpravo posledic reakcije kotve. Mona je seveda najbolja monost: to jekombinacija kompaudnega navitja, kompenzacijskega navitja in pomonih polov.

Kompenzacijskonavitje

Vzbujalnonavitje

Navitje pomonihpolov

Navitje kotve

Pomoni poli so ozki poli, kise nahajajo med glavnimi vnevtralni coni. Na njih senahaja malo ovojev debeleice, ki so vezani zaporedno znavitjem rotorja tako, da je

smer toka nasprotna, kot vnavitju rotorja. Tako semagnetni napetosti med sebojuniujeta. S tem izboljamokomutacijo, istoasno pa tudiodpravljamo posledice reakcijekotve.


8/22

80

Posamezni ukrepi za odpravo vpliva reakcije kotve se v praksi kaejo:- stroji do cca 1 kW so brez pomonih polov in brez kompenzacijskega navitja,- s pomonimi poli je veina enosmernih strojev in- s pomonimi poli in kompenzacijskim navitjem imamo stroje velikih moi (npr. 1 MW), ki

sluijo za pogone lokomotiv.

4. 7. Komutacija

Komutacija se imenuje proces, pri kateri se spremeni v tuljavici smer toka, ko preide nevtralno

cono. Znailni trenutki prehoda so prikazani na sliki:

kompaudno navitje

vzbujalno navitje

kompenzacijsko navitje

navitje pomonih polov

navitje kotve

Slika prikazuje tri znailne trenutke prehodalamel preko etke, ko nastopi komutacija.

Najbolj kritina je seveda situacija b) koprehaja etka iz ene lamele na drugo. Takratse spreminja smer toka, kar povzroi iskrenje

pod etkami, kar lahko povzroi unienjekolektorja.


9/22

81

e bi se tok pri prehodu etk enakomerno spreminjal, bi imel stroj linearno komutacijo.

Tk

i1

i2

i

Iv

V resnici se tok pri prehodu ne spreminja enakomerno, saj zaradi prehoda lamel pod etkaminastopi sprememba smeri toka in s tem magnetnega polja. To povzroi indukcijo. Linearnakomutacija tako preide v nelinearno, katere posledica je iskrenje pod etkami.

Tk

Iv

- Iv

linearnakomutacija

nelinearnakomutacija

Da potek toka spremenimo, postavimo med glavne e pomone ali komutacijske pole. Na njihnamestimo malo ovojev z velikim presekom in jih veemo zaporedno z navitjem rotorja.Bremenski tok skozi te ovoje povzroa majhno magnetno polje, ki inducira v komutirajoi

tuljavici napetost nasprotne smeri, kot je zaradi lastne indukcije. S tem ukrepom obrnemo processpreminjanja toka v komutacijskem asu. Tok v tuljavici se hitro zmanja na ni, nato pa poasinaraste na svojo vrednost. Tudi taka komutacija je krivuljna, vendar pospeena.Dobra stran pomonih polov je v tem, da ne uniijo samo napetosti lastne indukcije vkomutirajajoi tuljavici, ampak kompenzirajo e preostalo reakcijo kotve v sredini rotorja.Poleg reitve za odpravo posledic komutacije poznamo e naslednje monosti:- premik etk iz nevtralne lege (v uporabi je za stroje manjih moi s konstantno

obremenitvijo),- uporaba lameliranih etk (to so tanke med seboj izolirane oglene lamele, ki ne smejo biti

debeleje od debeline izolacije med dvema kolektorskima lamelama in do neke mere reujejoteave komutacije pri strojih manjih moi).

Linearna

komutacija


10/22

82

4. 8. Vrste vzbujanj enosmernih strojev

Omenili smo e, da so enosmerni stroji lahko generatorji ali motorji, odvisno od nainapretvarjanja energije. Stroji pa se lahko med seboj po svojih obratovalnih lastnostih zelorazlikujejo, kar je odvisno od naina vzbujanja, s imer ustvarjamo magnetno polje.Poznamo:

- tuje vzbujanje,- vzporedno vzbujanje,- zaporedno vzbujanje in- meano ali kombinirano vzbujanje.

Lastnosti posameznih vzbujanj bomo spoznali pri posameznih izvedbah generatorjev in motorjev,v tej fazi pa si bomo pogledali tipine lastnosti posameznih vzbujanj.

Tuje vzbujanje

Tuje vzbujanje ima stroj takrat, kadar vzbujalno navitje prikljuimo na poseben vir enosmerne

napetosti. Vzbujalni tokokrog je popolnoma loen od rotorskega. Tako je vzbujalni tok odvisensamo od vzbujalne napetosti in upornosti vzbujalnega kroga. Vir enosmerne napetosti je lahkoenosmerni generator, akumulator ali kak drug enosmerni vir.Stroj s takim vzbujanjem imenujemo tuje vzbujan enosmerni stroj.

Vzporedno vzbujanje

Pri tej vrsti vzbujanja je vzbujalno navitje prikljueno na sponki stroja to je na etki, kamor jepreko lamel prikljueno tudi rotorsko navitje. Tako je napetost na sponkah stroja istoasno tudinapetost, ki poganja vzbujalni tok. Vzbujalni tok lahko preko nastavljivega ohmskega upora tudispreminjamo.

Stroj s takim vzbujanjem imenujemo vzporedno vzbujan enosmerni stroj.

Zaporedno vzbujanje

Pri tej vrsti vzbujanja je vzbujalno navitje vezano zaporedno v rotorski tokokrog in je rotorski tokistoasno tudi vzbujalni tok. Rotorki tok doloa breme in ga ne moremo spreminjati. Vzbujalnifluks je zato mono spreminjati samo s spreminjanjem tevila ovojev vzbujalnega navitja ali ssouporom, ki ga veemo vzporedno z vzbujalnim navitjem.Stroj s takim vzbujanjem imenujemo zaporedno vzbujan enosmerni stroj.

Meano ali kombinirano vzbujanje

Posebnost takega stroja je, da lahko kombiniramo tuje in vzporedno ter vzporedno in zaporednovzbujanje. Mono je kombinirati celo vse tri naine. Najpogosteja varianta je vzporedno alizaporedno vzbujanje.Stroj s takim vzbujanjem imenujemo meano vzbujan ali kompaudiran enosmerni stroj.

4. 9. Oznaevanje sponk enosmernih strojev

Za pravilno oznaevanje sponk razlinih navitij enosmernih strojev uporabljamo IEC priporoila,

ki jih prikazuje naslednja tabela:


11/22

83

Vrsta navitja Oznaka po IEC

Rotorsko navitje A1 A2Navitje pomonih polov B1 B2Kompenzacijsko navitje C1 C2

Navitje za zaporedno vzbujanje D1 D2Navitje za vzporedno vzbujanje E1 E2

Navitje za tuje vzbujanje F1 F2

4. 10. Karakteristika praznega teka

To je osnovna karakteristika stroja, ki daje odvisnost inducirane napetosti na sponkah stroja odvzbujalnega toka pri konstantni hitrosti vrtenja.

E0

Iv

n = konst.

( )

( )

Glede na potek karakteristike praznega teka (KPT) ugotovimo tudi lastnosti magnetnega kroga.Inducirana napetost je odvisna od fluksa:

nkE =

Zaetni, linearneji del karakteristike magnetenja je premica, njen naklon pa je odvisen odvelikosti zrane ree. Dokler elezo ne pride v nasienje, nima praktino nobene magnetneupornosti. Tedaj je vsa magnetna upornost v zrani rei med poli in rotorjem.Ko prihaja elezo v nasienje, se njegova magnetna upornost vea, vea se tudi skupna magnetnaupornost in fluks naraa vse poasneje. Pri mono nasienem elezu je fluks praktinokonstanten, etudi se spreminja vzbujalni tok.


12/22

84

E0

Iv

( )

( )

Za razline hitrosti vrtenja so tudi karakteristike razline.

4. 11. Tuje vzbujan enosmerni generator

Osnovna shema tuje vzbujanega generatorja Karakteristika praznega teka (KPT)

Generator vzbudimo z navitjem, ki ga napajamo iz tujega vira enosmerne napetosti. Ob priklopubremena stee po rotorskem navitju bremenski tok, pojavi se reakcija kotve in to pomenizmanjanje inducirane napetosti. To se lepo vidi iz KPT.Padec napetosti v stroju lahko zapiemo z enabo:

aa URIU +=

Padec napetosti v rotorju predstavlja razdalja ac, dejansko napetost na sponkah generatorja parazdalja cd.

n = konst.Ia= konst.

EU

Iv


13/22

85

Za tuje vzbujan generator velja, da ima kot generator dobre lastnosti. Slabost je, da potrebujeposeben vir napajanja.

4. 12. Vzporedno vzbujan enosmerni generator

Vzbujalno navitje je prikljueno na sponki generatorja, zato ima enako napetost kot na navitjurotorskega tokokroga.

Generator se prvi ne more sam vzbuditi, ker na sponkah ni nobene napetosti. Zato moramovzbujalno navitje za kratek as prikljuiti na tuji vir enosmerne napetosti. Ta napetost poenemajhen vzbujalni tok, zaradi katerega se napetost povea, veja napetost pa poene e vejivzbujalni tok. Napetost na sponkah naraa in z njim vred tudi vzbujalni tok. Dogajanjeimenujemo proces samovzbujanja.e bi imel generator nekaj predhodnega remanentnega magnetizma (Erem), bi se lahko vzbudilsam brez tujega izvora.

Napetost na katero se bo generator vzbudil v praznem teku je doloena s preseiemkarakteristike praznega teka in premice samovzbujanja (toka a).e se upornost vzbujalnega tokokroga vea, se napetost na sponkah generatorja manja.Karakteristika Rv je vedno bolj strma. Ko dosee kritino vrednost (Rvkr), se premica

Najpomembneja je zunanjakarakteristika generatorja, ki prikazujeodvisnost napetosti na sponkahgeneratorja od bremenskega toka prikonstantnih vrtljajih in konstantnemvzbujanju.

Na karakteristiki se lepo vidi upadinducirane napetosti zaradi reakcijekotve (ab). To zmanjanje je (2 5) %.

n = konst.Iv= konst.

Rv

Ia

Iv

Premica samovzbujanjaRvkr

KPT


14/22

86

samovzbujanja pokrije z linearnim delom KPT. Takrat delovna toka ni enolino doloena ingeneratorju se pri najmanji obremenitvi napetost na sponkah zrui na ni. Podobno situacijo

povzroijo tudi premajhni vrtljaji generatorja, medtem ko upornost ostaja konstantna.

4. 13. Zaporedno vzbujan enosmerni generator

Ta se ne uporablja, ker ima neugodno zunanjo karakteristiko.

4. 14. Generator s sestavljenim (kompaudnim) vzbujanjem

Pri sestavljenem vzbujanju imamo naslednji monosti:- zaporedno vzbujalno navitje podpira vzporednega in- zaporedno vzbujalno navitje nasprotuje vzporednemu.

Generator lahko stabilno obratuje le z napetostmi, ki so vnelinearnem delu KPT. To majhno obmoje lahko razirimo sposebno oblikovanimi poli, ki imajo v delu preseka zranoreo.

Zunanja karakteristika generatorja zvzporednim vzbujanjem je podobna zunanjikarakteristiki generatorja s tujimvzbujanjem, vendar je mehkeja. Znaraanjem bremenskega toka I padainducirana napetost in z njo vzbujalni tok.Pri doloenem toku bremena se napetostsesede in tok pade v toko kratkega stika.

i0

a) kompaudirani generatorb) nadkompaudirani generatorc) podkompaudirani generatord) protikompaudirani generator


15/22

87

Primeri a, b in c v zunanji karakteristiki prikazujejo primer, ko serijsko navitje podpiraparalelnega. V primeru d (protikompaudiran generator) pa napetost z obremenitvijo mono pada.Za napajanje enosmernih mre uporabljamo enosmerni kompaudirani generator s karakteristiko a.

4. 15. Tuje vzbujan enosmerni motorPrikljuen je na enosmerno mreo, vzbujalno navitje pa napaja nek drug enosmerni vir, zatovzbujalni tokokrog nima niskupnega z glavnim.Za vse enosmerne motorje velja enaba: UEU += Inducirano napetost lahko doloimo tudi z izrazom:

nkE gle =

Tako lahko izrazimo enabo za vrtljaje:

glek

En

=

Iz te enabe sledi, da se bo motor vedno vrtel s toliknimi vrtljaji n, da se bo pri doloenemvzbujalnem fluksu inducirala potrebna napetost E.

Bremenski tok skozi navitje kotve je doloen z bremenskim momentom in vzbujanjem:

aglM IkM =

4. 16. Motor s paralelnim vzbujanjem

Paralelni vzbujalni krog napaja ista napetost kot kotvo. e je skupna napetost mree dovolj toga,

potem ni bistvenih razlik med paralelnim in tuje vzbujanim motorjem. Razlika je le v izraunutoka motorja. Pri tujem vzbujanju je tok mree enak toku motorja (I = Ia), pri paralelnemvzbujanju pa je I = Ia+ Iv

Karakteristika c prikazuje situacijo,

ko se pojavi mona reakcija kotve inse vrtljaji motorja z veanjemobremenitve veajo. Tako delovanje

je nestabilno.Karakteristika bprikazuje situacijo,ko se inducirana napetost E in fluks zveanjem obremenitve enako hitromanjata in ostajajo vrtljaji neodvisnood obremenitve konstantni.Karakteristika a prikazuje podobnosituacijo kot karakteristika b in jeslaba reakcija kotve. Tako semagnetni fluks poasneje spreminjaod inducirane napetosti in se zveanjem obremenitve vrtljaji blagomanjajo.

nI

n0

ab

c

M

I (M)


16/22

88

nI

n0

M

I (M)

n (M)

Iv= I0

4. 17. Motor z zaporednim vzbujanjem

V normalnem podroju obratovanja elezo ni nasieno, zato je vzbujalni fluks premosorazmerens tokom, vrtilni moment pa s kvadratom toka:

Ik1= 2

2aglm IkIkM == MkI 3= in Mk4=

tevilo vrtljajev je doloeno z izrazom:

Mk

E

k

En

5e =

=

Pri obremenitvah do nazivne obremenitve so padci napetosti majhni, inducirana napetost E jepraktino enaka prikljuni in vrtljaji so obratno sorazmerni s fluksom oz. obremenitvijo. Zunanjakarakteristika je hiperbola. Z veanjem obremenitve se vrtljaji manjajo.V praznem teku pa selahko vrtljaji zelo poveajo pravimo, da motor pobegne. Zaradi tega se lahko razleti kolektor.

Zaporedno vzbujan motor ima vzbujalnonavitje vezano zaporedno s kotvo, zato jetok, ki ga jemlje iz mree istoasno tuditok kotve in vzbujalni tok: Ia= Iv= I.


17/22

89

nI

M

I (M)n (M)

Iv= I

0

Uporabnost motorja s serijskim vzbujanjem je za el. vleko.

4. 18. Motor s sestavljenim (kompaudnim) vzbujanjem

n

n0

c

b

a

M

Tak motor ima poleg paralelnega eserijsko vzbujalno navitje, ki je

prikljueno tako, da podpira vzporednegain poganja dodatni fluks v isto smer

motor ni nikdar protikompaudiran.

Zunanja karakteristika zdruujelastnosti vzporednega inzaporednega motorja. Podobna

je bolj ali manj eni oziromadrugi pa odvisno od tega, vkoliki meri sodeluje privzbujanju posamezno navitje.

S kombinacijo serijskega inparalelnega navitja zagotovo

skonstruiramo motor, kizadoa zahtevam pogona.


18/22

90

4. 19. Zagon enosmernih motorjev

Podobno kot pri asinhronskem stroju se tudi pri kolektorskem stroju pojavijo teave pri zagonu,e gre za stroj vejih moi. Posledica je velik zagonski kratkostini tok, ki lahko dosee tudi do50 kratno vrednost nazivnega toka. Rotorski kratkostini tok je odvisen samo od upornostirotorskega navitja in prikljune napetosti, ni pa odvisen od obratovalnega stanja stroja (prazen tek

ali obremenitev).Preveliki zagonski tokovi imajo doloene negativne posledice:- mono segrevanje rotorskih navitij,- povzroa ogromen zagonski moment, zaradi katerega so leaji mehansko preobremenjeni,- pojavi se nedopusten padec napetosti v omreju,- mono koduje kolektorju.Logina ugotovitev je, da je potrebno motorjem vejih moi omejevati zagonski tok. Reitve sonaslednje:- znianje prikljune napetosti (to uporabimo pri tuje vzbujanem motorju),- vkljuevanje ohmskega upora v rotorski tokokrog z ve stopnjami (to uporabimo pri

vzporedno vzbujanih in kompaudiranih motorjih).

4. 20. Regulacija tevila vrtljajev enosmernih motorjev

Mnogo je primerov pogonov izvedenih z enosmernimi motorji, ko nastopi potreba po regulacijavrtljajev. S katerimi veliinami lahko vplivamo na vrtljaje, je lepo razvidno iz enabe zainducirano napetost:

nkE gle = gle

aa

gle k

URIU

k

En

=

=

Iz izpeljane enabe sledi, da lahko vrtljaje spreminjamo na tri naine:- s spremembo prikljune napetosti na sponkah motorja (U),- s spremembo padca napetosti (U),- s spremembo vzbujalnega fluksa (gl).

Regulacija s spremembo prikljune napetosti na sponkah motorjaTa nain reguliranja vrtljajev je zelo ugoden, saj lahko vrtljaje spreminjamo od nipa do nazivnihvrtljajev. Potrebujemo vir enosmerne napetosti, ki je lahko enosmerni generator ali krmiljentiristorski usmernik, ki ga napajamo z izmenino mreo.e veamo prikljuno napetost od nido nazivne vrednosti, se bodo tako spreminjali tudi vrtljaji

pod pogojem, da je motor nazivno vzbujen. Ko je motor vzbujen z nazivnim fluksom, jeelektrini moment, s katerim lahko dela motor enak nazivnemu in ni odvisen od vrtljajev:

naglm MIkM ==

Regulacija s spremembo padca napetostiPadec napetosti v rotorskem tokokrogu doseemo tako, da v rotorski tokokrog vkljuimo ohmski

upor. Na uporu nastane padec napetosti in je napetost na rotorskem navitju manja od pritisnjene.Tako je manje tudi tevilo vrtlajev. Pri vkljuevanju upora v rotorski tokokrog moramo paziti, da

pri vzporedno in meano vzbujanem generatorju ne oslabimo vzbujalnega fluksa.


19/22

91

Prednost tega naina reguliranja vrtljajev je, da lahko upore za reguliranje uporabimo tudi zazagon motorjev.

Regulacija s spremembo vzbujalnega fluksaTudi na ta nain je mono regulirati vrtljaje in sicer tako, da vzbujalni fluks zmanjujemo. Pri tujevzbujanih, paralelno vzbujanih in kompaudiranih motorjih veamo upornost vzbujalnegatokokroga in tako zmanjujemo fluks. Pri serijskih motorjih pa prikljuimo upor paralelno zvzbujalnim navitjem. Pri regulaciji fluksa ne smemo pozabiti, da se zmanja moment, s katerimlahko motor trajno dela, e zmanjujemo fluks:

aglmIkM =

4. 21. Zaviranje z enosmernimi motorji

V nekaterih motorkih pogonih morajo enosmerni motorji tudi zavirati (spuanje bremena, vonjanavzdol ).Poznamo tri naine zaviranja:- generatorsko zaviranje,- uporovno zaviranje in- protitono zaviranje.

Generatorsko zaviranje

e se tevilo vrtljajev enosmernega motorja toliko povea, da postane inducirana napetost ve

jaod pritisnjene, dela enosmerni stroj kot generator. Tako pretvarja mehansko energijo v elektrino

in pri tem zavira. Zavorni moment je tem veji, im veji je tok oziroma im veje je tevilovrtljajev.

Na ta nain ne morejo zavirati enosmerni motorji z zaporednim vzbujanjem.Omejitev pri tem zaviranju je, da ne moremo zavirati do konne ustavitve stroja.

Uporovno zaviranjePri uporovnem zaviranju odklopimo stroj iz omreja, na njegovi sponki prikljuimo ohmski upor,vzbujalno navitje pa na tuji vir. V tem primeru dela stroj kot tuje vzbujan generator. Tak

generator pretvarja mehansko energijo v elektrino, ta pa se porabi za segrevanje stroja in pri temzavira.Tudi pri tem zaviranju ne moremo zavirati do konne ustavitve stroja.

Protitono zaviranjeTo zaviranje nastane, kadar ene breme rotor v nasprotno smer, kot je doloeno z vezavo navitja.V taki situaciji moramo v rotorski tokokrog vkljuiti dodaten ohmski upor, pri emer moramo

paziti, da motor ne pride v kratek stik. Tak primer bi nastal, e bi vbujalno navitje odklopili,motor pa bi ostal prikljuen na elektrino omreje.


20/22

92

4. 22. Izmenini kolektorski motorji

Enofazni zaporedni kolektorski motor

Enofazni zaporedni kolektorski motorji se zelo veliko uporabljajo v gospodinjstvih, zdravstvu,obrti . povsod tam, kjer uporabljamo motorje majhnih moi (5 300 W). Normalne izvedbe

imajo vrtljaje 1500 vrt/min, obstajajo pa celo izvedbe z 20000 vrtljaji ali pa e ve. Posebnost tehmotorjev je tudi izvedba za zelo velike moi, saj jih v nekaterih dravah uporabljajo za elektrino

vleko (do 1 MW).Sestava izmeninega kolektorskega stroja je najlepe vidna iz slike prikljuka na izmeninoomreje.

U~

(D1)

(D2)

(C1)(C2) (B1)(B2)

Ra

gl

(A1) (A2)

Glavno vzbujalno navitje (D1, D2) je vezano zaporedno z navitjem kotve (A1, A2). V glavnitokokrog sta vkljueni e kompenzacijsko navitje (C1, C2) in navitje pomonih polov(B1, B2). Pri izmeninih kolektorskih motorjih je kompenzacijsko navitje veliko bolj potrebno,kot pri enosmernih, zato ga imajo vsi motorji moi nad 500 W.Glavni fluks je tokrat izmenien, zato je potrebno lamelirati tudi stator, ki je pri enosmernemvzbujanju lahko bil masiven (zaradi vrtinnih tokov).

Ko motor prikljuimo na izmenino napetost, stee izmenini tok, ki povzroi izmeninopulzirajoe magnetno polje. Posledica je tokovna sila, ki zavrti rotor. Ko se v naslednji

Vzbujalno navitje

Kompenzacijsko navitje


21/22

93

poplperiodi spremenita smeri toka in vzbujalnega fluksa, ostane smer vzbujalnega momentanespremenjena:

aglmaglm Ik)I()(kM ==

Tako deluje elektrini moment vedno v isti smeri in poganja rotor.

Dokler elezo ne pride v nasienje, je vrtilni moment premosorazmeren s kvadratom toka kot prienosmernem motorju, zato je podobna tudi zunanja karakteristika. Ugotavljamo, da imaenosmerni zaporedni kolektorski motor tipine lastnosti zaporednih enosmernih motorjev:- ima mehko zunanjo karakteristiko,- v praznem teku lahko pobegne,

- ima velik zagonski moment in- pri konstantnem bremenskem momentu lahko vrtljaje spreminjamo s spreminjanjemprikljune napetosti.

Problem zaporednih izmeninih kolektorskih motorjev je intenzivneja komutacija kot prienosmernih, saj se skozi komutirajao tuljavico sklepa celotni magnetni fluks, ki v njej induciranapetost, ki ni odvisna od vrtljajev, ampak samo od frekvence. Te napetosti ni monokompenzirati in trajno vpliva na komutacijo. Zato se tudi kolektor pri izmeninih komutatorskihstrojih izrablja hitreje kot pri enosmernih.asovni potek toka v eni tuljavici izmeninega kolektorskega motorja izgleda:

i

Tk Tk Tk


22/22

94

Univerzalni motor

Univerzalni motor je dobil ime po svoji resnini univerzalnosti, to je monosti prikljuitve naenosmerno in izmenino napetost. Stator in rotor sta zaradi monosti izmeninega fluksalamelirana. Sicer ima stroj kot obiajni kolektorski stroj rotorsko navitje, na statorju pa imamooblikovana izraena pola, kamor namestimo vzbujalno navitje, ki je razdeljeno na dve enaki

polovici. Take motorje izdelujejo izkljuno kot dvopolne brez kompenzacijskega navitja inpomonih polov za manje moi (nekaj 10 W do najve100 W ali nekaj ve).

Takni motorji manjih moi imajo teave pri komutaciji, ki jih lahko odpravimo s premikometk. Teava je le v tem, da se lahko ti motorji potem uporabljajo le za eno smer vrtenja.Prednost take izvedbe pa je, da jo lahko uporabimo za vejo mo priblino do 1000 W ali nekajve.Univerzalni motorji najvekrat nimajo lastnega ohija, ampak so vgrajeni v delovni stroj.Izdelujejo jih za vrtljaje 1500 do 40000 vrt./min, uporabljamo pa jih za sesalce, malegospodinjske aparate, rone vrtalne ali brusilne stroje, brivnike Univerzalni motorji imajo podobne lastnosti na enosmernem in izmeninem omreju razlikeniso velike. Ob predpostavki, da sta efektivni vrednosti izmenine napetosti in toka enakienosmerni napetosti oz.toku, bo imel motor pri enaki obremenitvi na izmeninem omrejunekoliko manje vrtljaje:

= cosnn ~

e elimo, da ima motor enake vrtljaje v enosmerni in izmenini mrei, moramo ob enosmernemnapajanju poveati tevilo ovojev vzbujalnega navitja. Dejstvo pa je, da univerzalne motorje

priklapljamo v glavnem na izmenino napetost.Problema pobega pri univerzalnih motorjih ne poznamo, ker so mehanske izgube dovolj velike,da omejijo vrtljaje na doloeno vrednost, saj znaajo 15 20 % moi motorja.Regulacija tevila vrtljajev je mona. Obiajno jo izvajamo s preduporom in je tako napetost namotorju manja od prikljune.

Tako izgleda oblika ploevineuniverzalnega motorja.

4 - kolektorski stroji

Documents