Ing. Milan Krasl, Ph.D. Ing. Milan Krasl, Ph.D. Stejnosměrné stroje Stejnosměrné stroje

Program přednášených témat na přednáškách 1. Stejnosměrné (DC) generátory a motory 2. Střídavé (AC) generátory a motory 3. Střídavé motory 4. Spouštění, reverzace, možnosti řízení rychlosti a způsoby brzdění elektrických motorů 5. Speciální elektrické stroje 6. Základy mechaniky a kinematiky elektrických pohonů 7. Základy elektrických pohonů 8. Energetika a oteplování motorů elektrických pohonů 9. Výroba,rozvod a spotřeba elektrické energie elektrické energie

Sylabus tématu 1.Zařazení a rozdělení DC strojů dle ČSN EN 2.Základní zákony, idukovaná ems, podmínky, vztahy 3.Konstrukční uspořádání 4.Princip činnosti 5.Vznik síly a točivého momentu 6.Příklady použití 7.Schémata zapojení DC strojů 8.Zatěžovací a mechanické charakteristiky 9.Řízení rychlosti

T O Č I V É NETOČIVÉ GENERÁTORY M O T O R Y TRANSFORMÁTORY (jedno a trojfázové) MĚNIČE Stejnosměrné Střídavé (Alternátory) Stejnosměrné Střídavé Komutátorové cizím buzením derivační kompaudní sériové cizím buzením derivační kompaudní sériové synchronní asynchronní synchronní usměrňovače střídavé měniče napětí střídače pulzní měniče měniče kmitočtu ELEKTRICKÉ STROJE síťové (výkonové) pecní svařovací (rozptylové) měřící (MTP, MTN) speciální (autotransformátory, bezpečnostní, izolační, atd.) Rozdělení elektrických strojů

Indukovaná ems Faraday tvrdí*, že indukovaná ems ( elektromotorická síla ) ve vodiči, vzniká důsledkem relativního pohybu vodiče a magnetického pole ( nebo jeho časové změny ) tak, že nutně dochází k protínání magnetických siločar vodičem. Směr indukované ems závisí na směru relativního pohybu mezi magnetem a vodičem. Okamžitá velikost indukovaného proudu I závisí na amplitudě mag. toku Φ m, resp. mag. indukce B m, rychlosti pohybu v a na počtu závitů N, resp. na aktivní délce vodiče l, která právě protíná magnetické siločáry. Michael FARADAY ( ) * Jestliže se v blízkosti vodiče mění magnetické pole, vzniká (indukuje se) na jeho koncích napětí a uzavřeným obvodem začne procházet proud. Velikost indukovaného napětí na koncích vodiče, například na cívce, závisí na charakteru změn magnetického pole.

Podmínky vzniku indukovaného napětí (ems)  Magnetické (EM) pole  Vodič  Relativní pohyb, příp. změna magnetického pole

Elektromagnetická indukce N S MAGNET SMĚR POHYBU CÍVKA (INDUKTOR) VOLTMETR INDUKOVANÝ PROUD + - INDUKOVANÉ NAPĚTÍ (ems)

„Indukovaný proud má vždy takový směr, že se svými účinky snaží zabránit změně která ho vyvolala.“ - Jestliže například vznikl indukovaný proud přibližováním magnetu k cívce, brání magnetické (EM) pole vyvolané indukovaným proudem přibližování se magnetu. - Jestliže byl indukovaný proud vyvolán vzdalováním magnetu, snaží se magnetické pole tomuto vzdalování zabránit. Pozn. Lenzův zákon je určitou obdobou zákona setrvačnosti, který známe z mechaniky. Lenzův zákon Heinrich Fridrich Lenz ( )

Stejnosměrné (DC) stroje DC generátory mají shodnou konstrukci s DC motory, liší se pouze směrem toků výkonů. Dělí se na: - s cizím buzením - derivační - kompaudní - sériové

Konstrukční uspořádání DC stroje

svorkovnice kostra kotva ložiskový štít ložisko ventilátor komutátor

Hlavní póly (budící) Kartáče Pomocné póly Kotva (rotor) Zdroje budícího a kotevního napětí Zapojení budícího, kotevního vinutí a vinutí pomocných pólů DC stroje

Konstrukční uspořádání DC stroje a) s buzením b) s permanentními magnety 1 - kotva 2 - póly s cívkami 3 - póly s permanentními magnety 4 - kotva statoru

Princip stejnosměrného stroje – DC generátoru P mec P el

Princip stejnosměrného stroje – DC motoru + - P (el) = U a ·I a P 2 = M·Ω Zdroj kotevního napětí

IbIb IaIa n n Budicí pole a pole kotvy DC motoru s cizím buzením

Otáčky n (směr otáčení rotoru) hřídel kotva Uhlíkové kartáče komutátor elektromagnetické pole – elektromagnetické buzení, nebo permanentní magnet S J Jižní pól S Severní pól - + Principielní uspořádání DC stroje Napájecí napětí kotvy, nebo kotevní napěrí

Jižní pól Severní pól Napájecí napětí kotvy, nebo kotevní napěrí + Činnost DC stroje

Vznik magnetického pole

Proud kotvou DC motoru +

Vznik tažné síly DC motoru …….. F = B · I · l l

Vznik točivého momentu DC motoru … M = 0,5 · F · a F = B I l l I a

Animace principu činnosti DC stroje S J U a.. napájení kotvy motoru + _

Animované příklady použití DC motorů

jejich budící vinutí hlavních pólů je napájeno z a) nezávislého stejnosměrného zdroje a nebo b) má stroj permanentní magnety (PM). Stroje s cizím buzením a) b) A1 A2 F1 F2 A2 A

Stroje s derivačním buzením mají budící vinutí hlavních pólů zapojeno paralelně ke kotvě. A1 A2 E1 E2 +

Stroje se sériovým buzením mají budící vinutí hlavních pólů zapojeno do série s kotvou. A2 A1 D1 D2 +

Stroje s kompaundním (smíšeným) buzením mají na hlavních pólech budící vinutí derivační i sériové. A1 A2 D2 D1 E1 E2 +

kde  U a – celkový úbytek napětí na obvodu kotvy Rovnice zatěžovací charakteristiky DC generátoru s cizím buzením

Zatěžovací charakteristika DC generátoru s cizím buzením

 Otáčky naprázdno n 0 jsou přímo úměrné napájecímu napětí kotvy U a a nepřímo úměrné magnetickému toku   Sklon (tvrdost) charakteristiky vyjádřený koeficientem k M je přímo úměrný velikosti celkového odporu kotevního obvodu R a a nepřímo úměrný kvadrátu magnetickému toku. Rovnice mechanické charakteristiky

Mechanická charakteristika (vlastní) DC motoru s cizím buzením

Rychlost ( otáčky ) motoru lze řídit těmito způsoby: a) Změnou velikosti celkového odporu v obvodu kotvy (zapojením přídavného rezistoru R S ) b) Změnou velikosti přiváděného svorkového napětí U a na kotvu motoru c) Změnou velikosti magnetického toku  ( tj. změnou budícím proudu I b ) d) Kombinací řízení rychlostí napětím kotvy i budícím proudem (magnetickým tokem)

Řízení otáček DC motoru s cizím buzením změnou velikosti kotevního napětí

Řízení otáček DC motoru s cizím buzením změnou velikosti budícího proudu

Φ = konst. Φ = var. ↓ odbuzování (stálý výkon P, M hyperb. klesá řízení napětím (stálý moment M, P lin. roste.)

Zapojení DC motoru se sériovým buzením

Mechanické charakteristiky DC motoru se sériovým buzením (DC-S) Velkou výhodou DC-S motoru je to, že i při velmi proměnlivém zatěžování obvyklém v trakci a v jeřábech, zatěžuje napájecí síť rovnoměrně.Je proto nejideálnějším trakčním motorem. Vhodný je také pro pohon jeřábové kočky nebo mostu. Jeho použití bylo i v těžkých pohonech válcoven. Nevhodný je pro aplikace v obráběcích strojích (častý chod naprázdno) a u PM s řemenovými převody.