1 / 43

ELEMENTI AUTOMATIZACIJE POSTROJENJA

Sinkroni i asinkroni motori. ELEMENTI AUTOMATIZACIJE POSTROJENJA. Aktuatori Osnovni pojmovi Elektromagnetski aktuatori Istosmjerni motori Izvedba i princip rada Nezavisno uzbuđeni motor Serijski uzbuđeni motor Složeno uzbuđeni motor Upravljanje brzinom vrtnje Dinamičke karakteristike.

coy
Download Presentation

ELEMENTI AUTOMATIZACIJE POSTROJENJA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Sinkroni i asinkroni motori ELEMENTI AUTOMATIZACIJE POSTROJENJA

  2. Aktuatori • Osnovni pojmovi • Elektromagnetski aktuatori • Istosmjerni motori • Izvedba i princip rada • Nezavisno uzbuđeni motor • Serijski uzbuđeni motor • Složeno uzbuđeni motor • Upravljanje brzinom vrtnje • Dinamičke karakteristike Predavanje 7 - EAP Prethodno predavanje

  3. Sinkroni strojevi • Sinkroni motori • Asinkroni strojevi • Asinkroni motori Predavanje 7 - EAP SADRŽAJ

  4. Sinkroni strojevi su strojevi izmjenične struje koji imaju brzinu vrtnje n čvrsto određenu sfrekvencijom f i brojem pari polova p prema: • Pretežno se koriste kao generatori, a mogu se koristiti i kao motori. Predavanje 7 - EAP Sinkroni strojevi

  5. Uobičajena izvedba sinkronog stroja: - armaturni (radni) namot nalazi se na statoru raspodijeljen po utorima - uzbudni dio stroja nalazi se na rotoru • Uzbuda magnetskog toka stvara se prolazom uzbudne (primarne) struje kroz uzbudni namot. • Istosmjerni se izvor priključuje preko kliznih kolutova i četkica (kontaktno) ili se preko inverznog stroja i rotorskog ispravljača ostvaruje bezkontaktni prijenos energije za uzbudu. • Kod manjih strojeva mogu se za uzbudu koristiti i permanentni magneti. • Umjesto tiristorskog ispravljača nekad je služio istosmjerni generator. Predavanje 7 - EAP Princip izvedbe sinkronog stroja

  6. Bezkontaktni prijenos energije za uzbudu Predavanje 7 - EAP Princip izvedbe sinkronog stroja

  7. Da bi se inducirao napon u armaturnom namotu sinkronog generatora treba postojati vremenska promjena magnetskog toka. • Prolazom istosmjerne uzbudne struje kroz uzbudni namot, uzbuđuje se konstantni magnetski tok koji je nepokretan kada rotor miruje, a rotirajući kad rotira. • Pri rotaciji uzrokovanoj pogonskim strojem (npr. turbina) magnetski tok polova presjeca vodiče statorskog namota u kojima se inducira izmjenični napon karakteriziran frekvencijom, oblikom i iznosom. • Frekvencija induciranog napona određena je izrazom: Predavanje 7 - EAP Princip rada sinkronog generatora

  8. Oblik induciranog napona obično odstupa od sinusnog za niz nepoželjnih viših harmoničkih članova. • Da bi se u trofaznom sinkronom generatoru inducirala tri fazna napona međusobno pomaknuta za 120°, moraju u utorima statora biti smještena tri fazna armaturna namota čiji su početni zavoji prostorno međusobno pomaknuti za kut: Predavanje 7 - EAP Princip rada sinkronog generatora Raspored dvopolnog trofaznog namota

  9. Armaturni (radni, statorski) namot priključuje se na izmjeničnu mrežu, a uzbudni (rotorski) namot na istosmjerni izvor. (Dakle, ako sinkroni stroj spojen na krutu mrežu opteretimo momentom, umjesto da ga tjeramo pogonskim strojem, on počinje raditi kao motor.) • Brzina vrtnje je sinkrona i određena izrazom: • Najvažnija karakteristika svakog elektromotora je vanjska ili mehanička karakteristika, koja pokazuje ovisnost n=f(M). Predavanje 7 - EAP Sinkroni motor

  10. Za sinkroni motor ova karakteristika je apsolutno kruta ili sinkrona, tj. brzina vrtnje je konstantna i ne ovisi o opterećenju. Predavanje 7 - EAP Sinkroni motor

  11. Glavne karakteristike sinkronog motora: - konstantna brzina vrtnje - veća specifična težina i specifična cijena od asinkronog motora - ako se poveća uzbuda (preuzbuda) može popravljati faktor snage cosφ* - ne može se pokrenuti bez prigušnog namota - brzina vrtnje može se podešavati samo promjenom frekvencije - kod velikih opterećenja ispadne iz sinkronizma • Faktor snage cos φ je kvocijent djelatne i prividne snage. To je mjera koja pokazuje u kojem iznosu se pored djelatne pojavljuje i jalova snaga. Predavanje 7 - EAP Sinkroni motor

  12. Asinkroni strojevi su strojevi izmjenične struje kod kojih je brzina vrtnje različita od brzine vrtnje okretnog polja i mijenja se s promjenom opterećenja. • Pretežno se koriste kao motori i to trofazni, a samo za male snage i jednofazni. Predavanje 7 - EAP ASinkroni strojevi

  13. Asinkroni motor otkrio je Nikola Tesla 1882. godine. • Asinkroni motori najviše se koriste od svih električnih motora. • Do prije dvadesetak godina asinkroni motori uglavnom su se koristili kod pogona koji ne zahtijevaju regulaciju brzine vrtnje. • Zahvaljujući razvoju frekventnih pretvarača, u posljednje vrijeme počeli su prevladavati i u pogonima s regulacijom brzine vrtnje. • Asinkroni motori se uglavnom izrađuju i koriste kao trofazni motori, koji na statoru imaju trofazni simetrični namot. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor

  14. Ovisno o izvedbi rotora trofazni asinkroni motori dijele se na: - kolutne asinkrone motore, koji na rotoru imaju trofazani simetrični namot, - kavezne asinkrone motore, kojima je rotorski namot izveden u obliku kaveza. • Jednofazni asinkroni motori izrađuju se samo za manje snage i u glavnom se ne primjenjuju u industriji, već u kućnim aparatima. Imaju kavezni rotor, a na statoru osim glavnog namota imaju i pomoćni namot koji služi za stvaranje okretnog polja. • Magnetski krug asinkronog motora sastoji se kao i kod ostalih rotacionih strojeva od nepokretnog dijela ili statora i pokretnog dijela ili rotora. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor

  15. Izvedba kolutnog asinkronog motora Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Statorski paket • Statorski namot • Rotorski paket • Rotorski namot • Osovina • Klizni koluti • Ventilator • Ležaji • Kućište

  16. Statorski namot Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Glava statorskog namota Statorski paket Statorski utor Kućište

  17. Kolutni asinkroni motor Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Držači četkica Četkice Klizni koluti

  18. Izvedba rotora kaveznog asinkronog motora • Konstrukcija statora i izvedba njegovog namota jednaka je kolutnom motoru. • U utorima kaveznog rotora smješteni su štapovi koji su na obje strane rotora spojeni ukratko pomoću dva prstena, tako da cijeli namot tvori zatvoreni kavez. • Za razliku od kolutnog rotora koji je trofazan, kavezni rotor je višefazan, jer svaki štap praktički predstavlja svoju fazu u kojoj su naponi i struje fazno pomaknuti u odnosu na susjedni štap. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor

  19. Izvedba rotora kaveznog asinkronog motora • Na slikama su prikazani osnovni djelovi kaveznog rotora: (1) štapovi (vodiči), (2) kratkospojni prsten, (3) rotorski paket. • Kavezni asinkroni motor je najjednostavniji, specifično najlakši i najjeftiniji, te najpouzdaniji i najčešće korišteni elektromotor. • Kavezni namot je jednofazni i višefazni, a broj pari polova kaveznog rotora prilagođuje se broju pari polova statorskog namota. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor

  20. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Odstranjen prsten Ležaj Rotorski štap Osovina Skošenje štapova Kavezni rotor Kratkospojni prsten Ventilator

  21. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Princip rada • Statorski namot sastoji se od tri fazna namota koji su izvedeni tako da su njihove geometrijske osi prostorno pomaknute za 1200. • Na trofazni statorski namotnarinu se simetrični sinusni fazni naponi (uas, ubs, ucs) koji su vremenski fazno pomaknuti za 1200. • Kroz fazne namote proteku struje (ias, ibs, ics) istih amplituda i faznog pomaka od 1200. uas ias ibs ias ics icr ibr iar ωst ics ibs ucs ubs

  22. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Princip rada • Zbog prostornog pomaka faznih namota od 1200 i vremenski fazno pomaknutih struja od 1200, sve tri struje stvaraju jedinstveno okretno magnetsko polje koje se vrti (rotira) sinkronom brzinom: • gdje je fs-frekvencija statorskih struja, • p- broj pari polova statorskog namota. • Sinkrona brzina izražena u (rad/s) je: ωs=2πfs/p uas ias ibs ias ics icr ibr iar ωst ics ibs ucs ubs

  23. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Princip rada • Ukoliko je motor neopterećen brzina je približno sinkrona (ns), a opterećenjem motora brzina mu opada na vrijednost n. • Relativna razlika sinkrone brzine okretnog polja i mehaničke brzine rotora naziva se klizanje (s): • Nakon definicije klizanja, brzina vrtnje može se izraziti kao: n=(1-s)ns • Frekvencija rotorskih napona i struja proporcionalna je klizanju: fr=s·fs • Inducirani napon u rotorskim namotima je: Er=s·Er0, gdje je Er0 inducirani napon u rotoru dok rotor miruje (n=0, s=1).

  24. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Bilanca energije asinkronog motora • Pri pretvorbi energije u različitim dijelovima stroja javljaju se gubici. • U asinkronom stroju to su gubici u bakru statorskog i rotorskog namota zbog toplinskog djelovanja struje, zatim gubici u željeznoj jezgri statora i željezu rotora zbog vrtložnih struja i histereze, mehanički gubici koji nastaju trenjem u ležajevima, trenjem s okolnim zrakom (ventilator), te dodatni gubici… • Prema tome, dobivena snaga iz stroja bit će kao i uvijek manja od privedene za te gubitke

  25. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Bilanca energije asinkronog motora • Omjer između čiste mehaničke snage P2 i primarne snage P1 koju motor uzme iz mreže predstavlja korisnost motora

  26. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Momentna karakteristika pri nazivnom naponu i frekvenciji • Uz zanemaren otpor statorskog namota (Rs=0), dobiva se pojednostavljena momentna karakteristika motora koja je funkcija klizanja (s): gdje su: Mpr- prekretni (maksimalni) moment spr - prekretno klizanje (klizanje pri maksimalnom momentu)

  27. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Momentna karakteristika pri nazivnom naponu i frekvenciji Uz konstantne parametre motora prekretni moment je: gdje su: K – konstanta ovisna o parametrima motora p – broj pari polova stabilno (radno) područje Me nestabilno područje Mpr Mp ω ωs 0 s 1 spr 0

  28. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Momentna karakteristika pri nazivnom naponu i frekvenciji • Potezni moment Mp mora biti veći od momenta tereta (momenta opterećenja), da motor može krenuti. • Stacionarna brzina vrtnje dobije se u sjecištu momentne karakteristike motora i karakteristike tereta

  29. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Momentna karakteristika pri nazivnom naponu i frekvenciji • Na slici su prikazane tri različite karakteristike momenta tereta, pri čemu je za Mt1 i Mt2 moguće izvršiti zalet motora i uspostaviti stacionarnu radnu točku, dok to nije moguće za Mt3 budući da je potezni (početni) moment motora (Mp) manji od momenta tereta. M Me Mt3 Mp Mt2 Mt1 Stacionarna radna točka: Me= Mt ω ωs 0 Stacionarna brzina vrtnje ω<ωs

  30. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Momentna karakteristika pri nazivnom naponu i frekvenciji • Mt1 - kvadratna karakteristika tereta (ventilator, crpka, ...) • Mt2 , Mt3 – konstantan moment tereta (dizalo, ...) M Me Mt3 Mp Mt2 Mt1 Stacionarna radna točka: Me= Mt ω ωs 0 Stacionarna brzina vrtnje ω<ωs

  31. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Reverziranje (promjena smjera) brzine vrtnje • Smjer vrtnje okretnog polja i brzine vrtnje određen je redoslijedom faza. Želimo li ga promijeniti, dovoljno je međusobno zamijeniti priključke 2 od 3 fazna namota trofaznog motora. • To se obično radi primjenom dva sklopnika prema slici : L1 M S1 L2 L3 ω S2 S1 + ωs - ωs M 3 ~ ωs - ωs S2

  32. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Reverziranje (promjena smjera) brzine vrtnje • Uključenjem sklopnika S1 motor ima desni smjer vrtnje i razvija pozitivni moment, a uključenjem sklopnika S2 motor se vrti u lijevo i razvija negativni moment. L1 M S1 L2 L3 ω S2 S1 + ωs - ωs M 3 ~ ωs - ωs S2

  33. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Upravljanje brzinom vrtnje • Brzinom vrtnje asinkronog motora moguće je upravljati na sljedeće načine: • - promjenom efektivne vrijednosti napona statora • - promjenom broja pari polova • - dodavanjem otpora u rotorski krug (samo kod kolutnih motora) • - promjenom frekvencije i napona statora – najkvalitetnije upravljanje • Ako tehnološki proces tako zahtjeva, upravljanje (regulacija) brzine može biti neophodna i prema tom zahtjevu bira se čitava struktura elektromotornog pogona (uređaj za napajanje motora, motor, senzori, regulacijski elementi).

  34. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Upravljanje brzinom vrtnje • Principna struktura suvremenog elektromotornog pogona

  35. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor • Upravljanje brzinom vrtnje promjenom napona statora • Efektivnu vrijednost napona statora mijenjamo kutem upravljanja (α) tiristorskog pretvarača, koji u svakoj fazi ima antiparalelni spoj dva tiristora. • Za svaku brzinu moment motora je proporcionalan kvadratu napona, M=k Us2 • Nedostatak ovog upravljanja je usko područje regulacije i povećani gubici motora. us L1 L2 L3 t α us M 3 ~

  36. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Upravljanje brzinom vrtnje promjenom napona statora • Efektivnu vrijednost napona statora mijenjamo kutem upravljanja (α) tiristorskog pretvarača, koji u svakoj fazi ima antiparalelni spoj dva tiristora. • Za svaku brzinu moment motora je proporcionalan kvadratu napona, M=k Us2 • Nedostatak ovog upravljanja je usko područje regulacije i povećani gubici motora. M Mn Usn Mt 2 0,8Usn 1 ω ωs 0 ω1 ω1< ω2 < ωs ω2

  37. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Upravljanje brzinom vrtnje promjenom broja pari polova • Statorski namot je posebno projektiran tako da se njegovim prespajanjem dobiva namot s različitim brojem polova, čime se mijenja sinkrona brzina vrtnje: • Različitim spojevima mogu se postići različite brzine, momenti i snage • Primjer: Dahlanderov spoj - statorski namot s šest namotaja – • a) spoj zvijezda ; • b) spoj trokut - omjer sinkronih brzina 1 : 2 R a) S T R b) T S

  38. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Upravljanje brzinom vrtnje promjenom broja pari polova Primjer: Dahlanderov spoj - statorski namot s šest namotaja – a) spoj zvijezda ; b) spoj trokut - omjer sinkronih brzina 1 : 2 M p = 4 p = 2 Mn 2 Mt 1 n 750 1500 0 n1 n2

  39. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Upravljanje brzinom vrtnje promjenom frekvencije • Brzina je direktno proporcionalna frekvenciji • Frekvencija se mijenja pomoću frekvencijskog pretvarača, koji proporcionalno frekvenciji istovremeno mijenja i napon statora, tj. održava omjer Us / fs = konst. L1 L2 L3 f1 = 50 Hz ≈ = Frekvencijski pretvarač = ≈ 0 <fs< fsmax M 3 ~

  40. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Upravljanje brzinom vrtnje promjenom frekvencije • Da bi, pri promjeni frekvencije, maksimalni moment motora ostao jednak potrebno je da magnetski tok (Φ) ostane konstantan. • Magnetski tok u motoru približno je proporcionalan omjeru Us / fs, pa se iz tog razloga osim frekvencije mijenja i napon. L1 L2 L3 f1 = 50 Hz ≈ = Frekvencijski pretvarač = ≈ 0 <fs< fsmax M 3 ~

  41. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Upravljanje brzinom vrtnje promjenom frekvencije • Da bi, pri promjeni frekvencije, maksimalni moment motora ostao jednak potrebno je da magnetski tok (Φ) ostane konstantan. • Magnetski tok u motoru približno je proporcionalan omjeru Us / fs, pa se iz tog razloga osim frekvencije mijenja i napon. M fs = 25 Hz fs = 10 Hz fs = 50 Hz Mn 2 Mt 1 n n2 n3 n1 0

  42. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Upravljanje brzinom vrtnje iznad nazivne brzine • Motori su projektirani za nazivni napon (Usn) i nazivnu frekvenciju (fsn). • Za regulaciju brzine do nazivne frekvencije, napon se mijenja proporcionalno frekvenciji, tj. održava se omjer Us / fs = konst. • Pomoću frekvencijskog pretvarača brzinu asinkronog motora moguće je regulirati i za brzine veće od nazivne (fs > fsn), ali u tom području nije moguće povećavati napon po zakonu Us / fs = konst., već se napon drži jednak nazivnom (Us=Usn). • Zbog toga se povećanjem frekvencije smanjuje magnetski tok i maksimalni moment motora, a taj se režim naziva “režim slabljenja magnetskog toka”

  43. Predavanje 7 - EAP ASinkroni motor Upravljanje brzinom vrtnje iznad nazivne brzine M fs2 fsn = 50 Hz fs1 Us Φ Mn Φ fs4 2 Usn fs5 fs6 Us 1 fs fsn n

More Related