redni vucni motori-konstrukcija i karakteristike

Predavač: Prof.dr Željko Despotović

UVODJednosmerni elektromotorni pogoni (EMP) sa motorima sarednom pobudom su u prošlosti bili nezamenljivi za primenu u električnoj vuči, zbog svojih prirodnih karakteristika. U novijoj tehničkoj praksi oni se zamenjuju elektronskiregulisanim jednosmernim motorima sa nezavisnompobudom.Nove tehnologije u električnoj vuči koriste asinhrone, ponekadsinhrone motore, napajane iz elektronskih frekventnihpretvarača. Asinhroni pogoni dominiraju zbog jednostavnije konstrukcije, naročito u vuči tramvaja. Primenu novih tehnologija vučnih pogona omogućio je brzirazvitak energetskih elektronskih pretvarača. Redni jednosmerni motor ostaje vrlo zanimljiv i upotrebljiv kaouniverzalni motor (kolektorski motor) koji može raditi najednosmernoj i jednofaznoj (naizmeničnoj) mreži.

IZGLED I KONSTRUKCIJA REDNOG VUČNOG MOTORA

KOMPLETIRAN REDNI VUČNI MOTOR

STATOR

ROTOR

POPREČNI PRESEK JEDNOSMERNE MAŠINE

OZNAKE I FIZIČKI SMEŠTAJ NAMOTAJA, POBUDNOG FLUKSA I ARMATURE

IZGLED KOLEKTORA

KOLEKTOR (KOMUTATOR) –DRŽAČI I ČETKICE

KLIZNI KONTAKTI ČETKICE

JEDNOSMERNI MOTOR SA REDNOM POBUDOM-ekvivalentna šema i karakteristika magnetizacije

Principska šema motora jednosmerne struje sa rednom pobudom

Kriva magnetizacije motora jednosmerne struje sa rednom pobudom

Ri - otpor pobudnog namotaja,Ra - otpor armature,Rp - predotporUkupni otpor: R= Ri + Ra + Rp

ZAVISNOST MOMENTA OD STRUJE ZA NEZASIĆENO I ZASIĆENO STANJE

Na nezasićenom delu krive magnetizacije (oblast I):Mm = km Φ ІΦ = kΦ IMm = km kΦ I²

Na slabozasićenom delu krive magnetizacije (oblast II):Φ = Φz + k’Φ IMm = km Φz I + km k’Φ I2

Na visokozasićenom delu krive magnetizacije (oblast III):Φ = Φz = constmoment motora: Mm = km Φz I = k I

SPOLJAŠNJE KARAKTERISTIKE-Brzina obrtanja motora :

-Struja armature Ia je istovremeno i struja pobude Ip, odnosno Ia=Ip=I-Na nezasićenom delu karakteristike magnećenja (oblast I) važe relacije:

U ustaljenom stacionarnom stanju je Mm=Mt a brzina n je data relacijom:

MOMENTNA KARAKTERISTIKA

•Kod manjih opterećenja momentnakarakteristika je hiperbola a kod većih(zasićenje) prelazi u pravac jer fluks Φz postaje konstantan.

•Ta karakteristika je slična onoj koja se ima kod MJSS sanezavisnom pobudom

POREĐENJE KARAKTERISTIKA MAŠINE JEDNOSMERNE STRUJE (MJSS)

NEZAVISNA POBUDA-(1) REDNA POBUDA -(2)

ZAVISNOST VUČNE SILE OD BRZINE VUČNOG VOZILA (“VUČNI PASOŠ”)

REGULACIJA BROJA OBRTAJA MJSS SA REDNOM POBUDOM

• Brzina obrtanja se može regulisati (podešavati):

-promenom napona izvora napajanja,-dodavanjem predotpora,-šantiranjem pobudnog namotaja (smanjenje pobudne struje-slabljenje polja)-šantiranjem armaturnog namotaja

• Najjednostavnija promena napona napajanja se može ostvariti rednim i paralelnim prespajanjima više motora (što je tipično u električnoj vuči).

• Energetskim pretvaračima (čoperima)se može regulisati napon napajanja.

• Dodavanje predopora je jednostavno ali energetski neprihvatljivo, dok je šantiranje pobudnog namotaja najčešće u električnoj vuči

ZAVISNOST BROJA OBRTAJA OD NAPONA PRI POTENCIJALNOM OPTEREĆENJU

Potencijalni momenat opterećenja M=Mt=const

ZAVISNOST BROJA OBRTAJA OD MOMENTA –KARAKTERISTIKA KONSTANTNE SNAGE

POKRETANJE VUČNIH VOZILA PRESPAJANJEM POGONSKIH MOTORA

Pokretanje počinje sa sva 4 motora spojena na red.Maksimalna brzina obrtanja se ima kada su sva 4 motora spojena u paraleli i tada se na njima ima puni (nominalni napon). Redno-paralelni spoj je među korak.

ŠANTIRANJE POBUDNOG NAMOTAJA

UTICAJ VELIČINE

PREDOTPORA, OTPORA ŠANTA ARMATURE i OTPORA ŠANTA POBUDE

NA MOMENTNU KARAKTERISTIKU

KOČENJE MJSS SA REDNOM POBUDOM

a) Generatorsko kočenje (nije moguće), brzina ne može biti veća od no

b) Elektrodinamičko kočenje sa otpornicima je moguće• samopobudnim kočenjem• nezavisnom pobudom

c) Protivstrujno kočenje

SAMOPOBUDNO KOČENJE

KOČENJE DODAVANJEM PREDOTPORA

Opterećenje sa potencijalnom karakteristikom

KOČENJE NEZAVISNOM POBUDOM

PROTIVSTRUJNO KOČENJE

Reaktivna karakteristika opterećenja

NAIZMENIČNI KOLEKTORSKI MOTORIJednofazni kolektorski motori se masovno upotrebljavaju kao univerzalni motori u širokoj potrošnji (kućna upotreba, medicina,...).To su motori sa rednom pobudom malih snaga (do 1500 W) i za relativno visoke brzine obrtanja (do 20 000 ob/min).

Drugo važno područje primene je železnička vuča, priključak na jednofazne mreže 16 i 2/3 Hz ili 50 Hz. Snage ovih motora su do nekoliko stotina kilovata, zavisno od vučnih zahteva.

Nove tehnologije električne vuče ne koriste ove motore ali će se još dugo održati na postojećim prugama zbog velikih uloženih sredstava. Zamena za njih su regulisani asinhroni vučni pogoni.

Karakteristike jednofaznih kolektorskih motora su slične karakteristikama MJSS sa rednom pobudom. Teorijska razmatranja su dosta složenija jer u naizmeničnom rednom motoru postoji napon transformacije (u osi normalnoj na četkice) i napon rotacije.

NAIZMENIČNI KOLEKTORSKI MOTORI-principska i ekvivalentna šema

PRINCIPSKA ŠEMA EKVIVALENTNA ŠEMA

NAIZMENIČNI KOLEKTORSKI MOTORI-FAZORSKI DIJAGRAM