Maturalni radovi‎ > ‎

Pokretanje elektromotornih pogona

Srednja strukovna škola Velika Gorica
Kralja Stjepana Tomaševića 21
http://public.srce.hr/obrt_skola_vg/
ELABORAT ZAVRŠNOG RADA

Pokretanje elektromotornih pogona

Kandidat: Zvonimir Rožić
Mentor: dipl. ing. Veljko Skočilić
veljko.skocilic@ka.t-com.hr
2002./2003.
03.05.2003.

SADRŽAJ:
Uvod
Izvedba istosmjernog motora
Princip rada istosmjernog motora
Jednofazni asinkroni motor
Pomoćna faza za zalet 1f~Am
Trofazni asinkroni motor na jednofaznoj mreži
Konstrukcija asinkronog motora
Trofazni motor - Pokretanje zvijezda-trokut
Pokretanje kaveznih motora
Zaključak
UVOD

Pogoni i pogonski agregati se pojavljuju kao komponente automatizacije jer su najznačajniji dijelovi sredstava mehanizacije i automatizacije kojima upravlja neki drugi upravljački sistem. Pogoni su složeni sistemi, koji pored pogonskog agregata ( složeni sistem: motor-prijenosnik) obuhvaćaju i druge strojne elemente ( spojnice, kočnice i sl. ) neophodne za njihovo funkcionisanje.
Danas su najčešće u upotrebi: hidraulički , pneumatski i elektromotorni pogoni od kojih je elektromotorni pogon najviše u upotrebi. Hidraulički pogon se ostvaruje preko pumpnog agregata koji cine elektromotor ( ponekad se koristi i motor sa unutrašnjim sagorijevanjem SUS), spojnica i pumpa.
Proces se odvija tako što elektromotor pokreće pumpu ostvaruje pritisak radnog fluida i upućuje ga, preko sistema cjevovoda i upravljačkog razvodnika, u radne cilindre izvršnih uredjaja ( podizači i sl.). Pneumatski pogon čini kompresorski agregat sastavljen od elektromotora i kompresora koji ostvaruje potreban pritisak u pneumatskom sistemu za prenos snage. Elektromotorni pogon je najrasprostranjeniji vid pogona svih vrsta mašina, uređaja i mehanizama, a čini ga elektromotor i reduktor.

Vidimo da su, u pogonima i pogonskim agregatima, osnovne komponente motori, pa ćemo nešto više reci o njima, kao o osnovnim sredstvima za pogon.
Koristimo više vrsta motora i to:
- eketromotore;
- hidromotore;
- pneumatske motore;
- motore sa unutrašnjim sagorijevanjem;
- koračne motore;
- servomotore jednosmjerne struje.

Upotreba odredjene vrste motora zavisi od vrste pogona. Elektromotori mogu biti elektromotori naizmjenične i jednosmjerne struje.
Osnovni dijelovi su:
- stator - mirujući dio ( na njemu se ostvaruje priključak na izvor i stvara magnetno
polje, potrebno za rad );
- rotor - rotirajući dio ( u njemu dolazi do pretvaranja el.energije u energiju drugog
oblika, npr. mehaničku );
Karakteristika motora jenosmjerne struje je samoregulacija, tj. moment elektromotora se mijenja u obrnutoj zavisnosti od broja obrtaja, što se ostvaruje uključivanjem odgovarajućih otpora u strujno kolo rotora i statora ( promjenom napona mreže, promjenom pada napona u rotoru i promjenom magnetnog toka ).

Nedostatak elektro motora su: potrebni specijalni uređaji za pretvaranje naizmjenične u istosmjernu struju, visoka cijena itd.
Upravo zbog ovih nedostataka više se koriste asinhroni motori naizmjenične struje, naročito za dizalične mašine.
Prednosti asinhronih motora naizmjenične struje u odnosu na motore istosmjerne struje su jednostavnija konstrukcija, veća sigurnost u radu, veći stepen iskorištenja, manja masa, manji gabariti, manja cijena…
U upotrebi su najčešce dvije vrste asinhronih motora i to:
- sa namotanim rotorom;
- sa kratkospojenim rotorom;
Mehaničke karakteristike ovih motora u radnoj zoni su krute, što uslovljava vrlo malu promjenu broja obrtaja pri znatnoj promjeni momenta što je prikazano na njihovim karakteristikama.
Asinhroni motori naizmjenicne struje sa kratkospojenim rotorom su najpouzdaniji i najjeftiniji. Primjenjuju se u slučajevima kada se ne traži električno regulisanje brzine ili je dovoljno stepenasto regulisanje, te se uglavnom koriste za transportere.
Kod jednomotrornih pogona najcešce se koriste višebrzinski motori sa kratkospojenim rotorom. Za teže i teške rezime rada koriste se asinhroni motori naizmjenične struje sa faznim rotorom.
Bitno je spomenuti da se asinhroni motori naizmjenične struje upuštaju u rad na više načina ( razlog je velika struja koju motor "povlači" pri pokretanju), a neki od njih su:
- direktno uključivanje na mrežu - samo manji motori do nekoliko stotina kW;
- uključivanje preklopkom zvijezda-trokut (struja u spoju zvijezda je manja tri puta);
- pokretanje pomoću regulacionih otpornika.
Koračni motori se upravljaju impulsnim naponima istosmjerne struje, koji su izlazi numeričkih računarskih sistema ili drugih upravljačkih sistema. Veoma su pogodni za ostvarenje tačnih ugaonih pomjeranja.
Servomotori jednosmjerne struje se takođe primjenjuju kao pogoni za upravljanje kretanjem. Pogodni su za automatizaciju procesa - za upravljanje kretanjem. Široku primjenu u savremenoj opremi automatizacije, ovi motori duguju funkcionalnoj sposobnosti da sačuvaju obrtni moment i u nepokretnom stanju, kao i da fiksiraju i drže obrtno vratilo mašine u nekom položaju.
Asinkroni stroj se pretezno upotrebljava kao motor, a jako rijetko kao generator. Asinkroni stroj dobio je svoje ime zbog toga, sto brzina rotacionog magnetskog toka i brzina rotora nije ista, kao sto je slucaj kod sinkronih strojeva. Asinkroni motor se izraduje u serijskoj proizvodnji kao jednofazni ili trofazni, vrlo je jednostavan za proizvodnju i odrzavanje i ralativno niske proizvodne cijene. Rad asinkronog stroja temelji se na rotirajucem magnetskom toku, a velike zasluge za pronalazak ima Hrvat pravoslavne vjere Nikola Tesla.

Izvedba istosmjernog motora

Rotor
Stator
Kolektor ili komunikator

Stator
Stator je uzbudni dio istosmjernog stroja. Sastoji se od:
Kučišta
Glavni magnetski polovi
Pomoćni magnetski polovi

Rotor
Rotor kao induktivni dio ili armatura istosmjernog stroja sastoji se od:
Jezgre
Namota
Osovine

Kolektor
Sastoji se od određenog broja međusobno izoliranih bakrenih segmenata koje nazivamo lamelama. Gotovi se kolektor posebnim postupkom navuče na osovinu, a na njegove se lamele mekim lemljenjem spoje krajevi svitaka rotorskog namota.

Rotor se u istosmjernom stroju uvijek veže za četkice.
slika 2.
Princip rada istosmjernog motora

Ako na četkice istosmjernog stroja dovedemo istosmjerni napon njegov će se rotor zavrtjeti i ostati u vrtnji dok ne prekinemo dovod istosjernog napona.
Stroj je očigledno postao motor istosmjerne struje, jer električnu snagu koju uzima iz izvora istosmjerne struje pretvara u mehaničku snagu kojom zakreće rotor.
slika 1 a)

Dovođenjem istosmjernog napona stranicama petlje poteče struja. Zbog toga se na stranice petlje javi spreg sila koja svojim elektromagnetskim momentom zavrte rotor.
Da bi taj moment bio stalnog smjera opet skrbi kolektor, tako što u stranicama petlje mijenja smjer struje kad one prelaze iz područja jednog u područje drugog suprotnog magnetskog pola

slika 1 b)

Naravno zakretni moment takvog motora je slabašan. Najveći je kad se stranice petlje nalaze u osi magnetskih polova, a sve je to slabiji što se stranice petlje više udaljavaju od osi polova, odnosno što se više približavaju neutralnoj zoni. U neutralnoj zoni moment je jednak nuli, no taj položaj petlja "preleti" po inerciji.
Moment što ga proizvodi naš stoj kao motor očigledno pulsira jednako kao što je pulsirao napon što ga je proizveo dok je bio generator.
Pravi istosmjerni motor, međutim, proizvodi zakretni moment velikog i gotovo konstantnog iznosa jer se na njegovu statoru nalaze jaki elektormagneti kao magnetski polovi, a na rotoru veći broj svitaka po svakom paru magnetskih polova.

Jednofazni asinkroni motor

Ako se u utore na statoru asinkronog stroja umjesto triju simetrično raspoređenih namota ugradi samo jedan namot stroj će opet raditi kao motor. A osim toga za njegov priključak više nije potrebna trofazna nego obična jednofazna mreža. Takav motor nazivamo jednofazni asinkroni motor.

slika 3.

Jednofazni asinkroni motori su obično kavezni motori. U početnoj fazi razvoja ti su se motori doista gradili sa samo jednim namotom na statoru kao što je prikazano na gornjoj slici. No takvi se motori nisu mogli sami pokrenuti već ih je trebalo prije priključka na mrežu zavrtjeti izvana u jednom ili u drugom smjeru. Zašto se takav motor nemože sam pokrenuti, a može raditi kad ga pokrenemo izvana sad čemo objasniti. Stuja I koju jednofazni namot uzima iz mreže stvara izmjenično magnetsko polje čiji tok pulsira amplitudom Φ.
slika 4 a)

Taj se pulsirajući tok sastoji od dvaju okretnih tokova suprotnih smjerova uvijetno nazvanih direktnim i inverznim tokom.
Φd i Φi od kojih je svaki jednak polovici amplitude pulsirajućeg toka.
slika 4 b)

Pomoćna faza za zalet 1f~AM

Da bi se jednofazni motor mogao sam pokrenuti potrebno je u njemu ostvariti okretno magnetsko polje. U tu svrhu ugrađuje se 1/3 utora njegova statora dodatni namot, tzv. pomoćna faza. U cilju poništenja međuinduktiviteta os pomoćne faze zakrenuta je prema osi glavne faze za π/2. Osim toga da bi se dobio potrebni fazni pomak između struje u pomoćnoj fazi I prema sturji u glavnoj fazi u strujni se krug pomoću faze uključuje djelatni otpor ili prigušnica ili najčešće kondenzator.
slika 6 a)

Priključkom takvog motora na mrežu njegovi namotima poteknu fazne struje. Te struje stvaraju dvofazno okretno magnetsko polje, a to polje inducira struju u štapovima rotora. Zbog struje u štapovima rotora jave se obodne sile na rotor koje svojim momentom pojure rotor.

slika 6 b)

Kad rotor motora dosegne oko 70-80% sinkrone brzine pomoćna se faza isklapa. Za slučaj otpornika u strujnom krugu pomoćne faze isklapanje je potrebno kao bi se izbjeglo zagrijavanje no glede isklapanja pomoćne faze kad su u njoj nalazi kondenzator, to je potrebno stoga što se u tu svrhu koriste mali elektrolitski kondenzatori koji nesmiju ostati priključeni na izmjenični napon dulje od 3-4 sekunde. Isključenje pomoćne faze za zalet obavlja se automatski pomoću male centrifugalne sklopke na osovini motora ili pomoću strujnog releja u glavnoj fazi.

Trofazni asinkroni motor na jednofaznoj mreži

I trofazni asinkroni motor može raditi na jednofaznoj mreži ako ga prije priključka na tu mrežu zavrtimo izvana ili ako mu ugradimo kondenzator kako bi se mogao sam pokrenuti. Ugradnju kondenzatora prema slici 7koja se odnosi na spoj faznih namota u trokut odnosno prema slici 8 koja se odnosi na spoj faznih namota u zvijezdu. Dobiju se tzv. jednofazni Steinmetzov spoj koji osim pokretanja omogućuju i jednostavno reverziranje motora. Kad se trofazni asinkroni motor u jednostavnom Steinmetzovu spoju priključi na jednofaznu mrežu njegovim faznim naotima poteku fazne struje koje na tvore simetričan trofazni sustav struja (slika 9), ali unatoč tome te struje stvaraju okretno magnetsko polje potrebno za induciranje struja u rotoru i proizvodnju momenta na rotor.

slika 7slika 8

slika 9 a)slika 9 b)

Dijagrami struja predočeni na slici 8 odnose se na trofazni motor spojen u zvijezdu prema slici 8.
Dijagram prema slici 9 a) odgovara desnom smjeru vrtnje koji se dobije s preklopkom u položaju a dok onaj prema slici 9 b) odgovara lijevom smjeru vrtnje koji se dobije dok je preklopka u položaju d.
Unatoč upotrebi kondenzatora virijednosti zakretnog momenta trofaznog motora priključenog jednofazno u Steinmetzovu spoju znatno su niže nego što bi za isti motor bile uz trofazno simetrično napajanje (slika 10).
slika 10

Stoga preinaka trofaznog asinkronog motora u jednofazni Steinmetzov spoj ima praktičnog smisla samo onda kad se motor bez poteškoča s pokretanjem i reverziranjem želi iskoristiti priključak na jednofaznu mrežu.

KONSTRUKCIJA ASINKRONOG STROJA
Konstrukcija asinkronog stroja, što se tiče statora, potpuno je jednaka sinkronom stroju, dok je razlika u rotoru, kao na slici 32
 

INCLUDEPICTURE "C:\\My Documents\\Asinkr 2_files\\sl32.gif" \* MERGEFORMATINET

Asinkroni motor
STATOR
Stator je napravljen u obliku šupljeg valjka od dinamo limova, a uzduž valjka na unutarnjoj strani nalaze se utori u koje se stavlja trofazni namot.. Kučište stroja služi kao nosač i zaštita limova i namota, a izrađuje se od lijevanog željeza, čelika silumina itd.U sredini nalaze se ležajni štitovi u obliku poklopca gdje su smješteni ležajevi za osovinu na kojoj se nalazi rotor.
ROTOR
Rotor je sastavljen slično kao i stator, a sastoji se od osovine i rotorskog paketa. Rotorski paket je izveden u obliku valjka od dinamo limova, a u uzdužnom smjeru na vanjskoj strani valjka nalaze se utori za smještaj rotorskog namota. Ako je rotorski namot izveden od stapova bakra, mjedi, bronce ili aluminija, koji su s obje strane prstenima kratko spojeni i lici na kavez, tada je to kavezni asinkroni motor, kao na slici 32. Ili, ako je rotorski namot izveden kao istatorski tj. od svitka koji su spojeni na tri koluta po kojima klize četkice koje služe za spajanje na rotorske otpornike, tada je to klizno kolutni asinkroni motor, kao na slici 33 :

INCLUDEPICTURE "C:\\My Documents\\Asinkr 2_files\\sl33.gif" \* MERGEFORMATINET

Klizno kolutni asinkroni motor
Trofazni se namot spaja u spoj zvijezda ili trokut na priključnoj kutiji kao na slici 34 :
INCLUDEPICTURE "C:\\My Documents\\Asinkr 2_files\\sl34.gif" \* MERGEFORMATINET

Zvijezda spoj Trokut spoj
RAD ASINKRONOG MOTORA
Priključivanjem statorskog primarnog namota na izmjeničnu trofaznu mrežu kao na slici 32 i 33, poteče trofaznim namotom trofazna izmjenična struja, koja stvara rotirajuće magnetsko polje koje rotira brzinom ns i zatvara se kroz stator i rotorski sekundarni namot. Presjecanjem vodića statorskog i rotorskog namota svara se inducirana EMS E1 koja drži ravnotežu priključenom naponu mreže,a inducirana EMS E2 u namotu rotora protjerat će struju I2 . Ova struja stvara oko vodića magnetsko polje koje s rotacionim magnetskim poljem daje rezultirajuće polje, a to stvara mehaničke sile koje na osovini stvaraju moment vrtnje. Smjer vrtnje rotacionog magnetskog polja i smjer gibanja rotora su istovjetni. želimo li promjeniti smjer okretanja rotora,trebamo promjeniti smjer okretanja rotacionog magnetskog toka zamjenom dviju faza.
Brzina rotora n uvjek je manja od sinkrone brzine ns kojom se okreće rotaciono magnetsko polje i ovisna je o teretu na motoru. Rotor ne može nikada postići sinkronu brzinu vrtnje, a kad bi rotor postigao sinkronu brzinu, ne bi više bilo razlike brzina između rotacionog magnetskog toka i rotora i ne bi postojalo presjecanje namota rotora magnetskim silnicama. Zbog toga se ne bi u rotorskom namotu inducirala EMS i ne bi bilo djelovanja mehaničkih sila na vodić, te ne može se stvoriti moment za rotaciju.
Rotor se uvjek okreće asinkrono, po čemu je ovaj stroj i dobio svoje ime.

INCLUDEPICTURE "C:\\My Documents\\Asinkr 2_files\\sl35.gif" \* MERGEFORMATINET
Shema zakretnog transformatora
Prema vektorskom dijagramu zakretnog transformatora vidi se da zakretanjem rotora dobivamo različite rezultirajuće napone koji se kreću u granicama Emin do Emax :
Emin = E1 - E2 = 0 V
Emax = E1 + E2 = 760 V
U elektrotehnici potpuno je svejedno koji je namot primar, a koji sekundar, tako da je na slici 35 rotorski namot primar i statorski je namot sekundar. Ako opteretimo sekundar, poteći će sekundarna struja koja zajedno sa rotirajućim magnetskim tokom djeluje na rotor, koji se ne može zakrenuti jer je zakočen.
INCLUDEPICTURE "C:\\My Documents\\Asinkr 2_files\\sl36.gif" \* MERGEFORMATINET

Vektorski dijagram napona zakretnog transformatora

Trofazni motor - Pokretanje zvijezda-trokut

Počeci i svršeci faznih namota statora svakog asinkronog motora izvedeni su do priključne pločice s rasporedom stezaljki prema slici 11.a) Na priključenoj pločici namoti se spajaju ili u zvijezdu (slika 11.b) ili trokut (slika 11.c) pa raspored stezaljki mora biti takav da omogućuje jednostavno prespajanje stezaljki iz jednog spoja u drugi.
slika 11 a) slika 11 b) slika 11 c)
Pri spajanju faznih namota iz jednog spoja u drugi moramo strogo voditi računa o nazivnom naponu i radnom spoju motora. Nazivni napon motora je napon mreže na koju motor priključujemo, a radni spoj je spoj u zvijezdu ili spoj u trokut. Oba podatka navedena su na natpisnoj pločici motora, a moramo ih se strogo pridržavati jer motor koji je predviđen za rad na nazivnom naponu u spoju u zvijezdu nesmijemo priključiti na isti napon u spoju trokut. U slučaju nepoštivanja te činjenice motor bi u svakoj fazi dobio EMBED Equation.3 puta veći napon što bi izazvalo veliko povećanje magnetske indukcije u željezu statora, a s tim i nedopustivo zagrijavanje motora. Naprotiv, motor koji je određen za rad u spoju trokut smijemo priključiti na mrežu nazivnog napona nakon što ga prespojimo u zvijezdu jer motor sada dobije po fazi EMBED Equation.3 puta manji napon pa su indukcija u željezu statora i zagrijavanje motora znatno ispod dopuštenih vrijednosti. Očito je da motor koji je građen za rad na nazivnom naponu u spoju u trokut pogoduje priključak na taj napon u spoju zvijezda. Zato se takvi motori priključuju na mrežu u spoju zvijezda, a zatim nakon naleta prebacuju u spoj u trokut. Sve radnje spajanja faznih namota u zvijezdu na priključak na mrežu i prespajanje u trokut obavljaju se pomoći preklopke zvijezda-trokut (slika 12)
slika 12
Preklopka se sastoji od rotora i statora. Na statoru se nalaze kontakti na koje priključujemo fazne namote i mrežu, a na rotoru se nalaze dvije grupe kontakata od kojih jedna služi za spajanje faznih namota u zvijezdu, a druga za spajanje u trokut. Ručica kojom zakrečemo rotor ima 3 položaja: 0, ,∆. Zakretom preklopke iz položaja 0 u položaj zvijezda fazni namoti statora bivaju spojeni u zvijezdu i priključeni na mrežu prema slici 13.a) Na taj način fazni namoti dobivaju napon koji je EMBED Equation.3 puta manji no što bi bio da su spojeni u trokut prema slici 13.b) pa je potezna struja manja za EMBED Equation.3 puta.
 

Priključkom motora na mrežu sa faznim namotima spojenim u zvijezdu strujni je udar u njemu smanjen za EMBED Equation.3 puta.
slika 13

POKRETANJE KAVEZNIH MOTORA
Kavezni motor ima kavezni namot kao sekundar koji ima vrlo mali otpor i ima mali potezni moment, a struja pokretanja je ralativno velika i iznosi približno :
Ip = 3 * IN
Velika struja pokretanja ne dozvoljava, da velike motore pod punim opterećenjem, direktno ukapčamo na mrežu. Zbog velike struje pokretanja nastaju u mreži jaki strujni udari koji uzrokuju kolebanje napona te se direktno mogu ukapčati trofazni kavezni motori do priblizno 2 kW.Pokretanje kaveznih motora može se izvršiti na nekoliko načina, najčešći način je pomoću sklopke zvijezda - trokut , kao na slici 43 :
INCLUDEPICTURE "C:\\My Documents\\Asinkr 2_files\\sl43.gif" \* MERGEFORMATINET

Pokretanje pomoću sklopke zvijezda trokut
Kod pokretanja zvijezda - trokut, zbog smanjenog napona u momentu pokretanja za Ă3 puta, smanjit će se potezni moment za 3 puta.
Zaključak

Strojevi za istosmjernu struju grade se i upotrebljavaju kao generatori i motori glede primjene motora za istosmjernu struju oni se koriste u raznim elektromotornim pogonima.
I asinkroni strojevi se uglavnom koriste kao motori. Njihovi glavni dijelovi su rotor i stator. Rotor-pomični dio i stator-nepomični dio.
Literatura
Ante Zelić: "Električni Strojevi"

Tehnička Enciklopedija

Internet
Comments