Stejnosměrné stroje

Stejnosměrné generátory Každý stejnosměrný stroj může pracovat jako generátor nebo motor Stator se skládá z ocelového prstence, na kterém jsou uloženy póly s budicím vinutím Rotor se skládá ze svazku elektrotechnických plechů, v nichž je umístěno vinutí. Začátky a konce cívek rotorového vinutí jsou zapájeny do lamel komutátoru. Po lamelách komutátoru kloužou sběrné uhlíkové kartáče. Princip činnosti: statorové vinutí napájené ze stejnosměrného zdroje vytváří magnetické pole. Magnetický tok Φb prostupuje vinutím otáčeného rotoru, v rotorovém vinutí se indukuje střídavé napětí Ui, které je usměrněno pomocí komutátoru

Činnost stejnosměrných generátorů Indukované napětí Ui v rotoru závisí na budicím toku Φb a na úhlové rychlosti rotoru ω Svorkové napětí U je sníženo o úbytek v obvodu rotoru U1= kΦbω , U=U1− RaI a

Dělení stejnosměrných generátorů Podle způsobu zapojení vinutí statoru a rotoru rozlišujeme generátory s cizím buzením, derivační generátory a kompaundní generátory Generátory se liší závislostí napětí na proudu (tvrdostí zdroje) a regulačním rozsahem poskytovaného napětí

Využití stejnosměrných generátorů Generátor s cizím buzením – nutný cizí zdroj pro napájení budicího vinutí, regulace napětí změnou budicího proudu ve velkém rozsahu, změnou polarity budicího proudu se mění polarita výstupního napětí, tvrdý zdroj, používá se např. v Leonardově skupině pro buzení ss motoru. Derivační generátor – budicí vinutí paralelně k vinutí rotoru, dynamo se nabudí při správném připojení budicího vinutí (posílení zbytkového magnetismu statoru), měkčí zdroj, menší regulační rozmezí, nehodí se pro reverzaci svorkového napětí Kompaundní generátor – dvě budicí vinutí, sériové vinutí kompenzuje pokles napětí paralelního vinutí při nárůstu zatížení. Jsou nejdůležitější stejnosměrné generátory, používají se např. jako zdroj budicího proudu pro synchronní trojfázové generátory

Stejnosměrné motory Princip činnosti: Konstrukce jako u stejnosměrných generátorů, na kartáče je však připojen zdroj stejnosměrného napětí. Budicí vinutí vytváří magnetické pole, které působí na vodiče rotoru silovým momentem a rotor roztáčí Vlastnosti vyjadřuje momentová charakteristika, závislost otáček motoru n (ω) na zatěžovacím momentu M. S rostoucím momentem otáčky klesají. Vedle momentové charakteristiky je pro použití motoru určující možnost regulace otáček, reverzace chodu, způsob brždění a spouštění Základní rovnice: M = kΦbIa, U=Ui +RaIa, U1 =kΦb ω

Dynamické stavy ss motoru Jestliže je parametry ss motoru možné pokládat za konstantní, potom pro budící obvod motoru platí Ub(s ) = RbI b(s) + Nb s Φ (s) + Lba s Ib (s) kde Nb je počet závitů budícího vinutí, Lba - rozptylová indukčnost budícího vinutí, kterou nebudeme dále uvažovat. . Pro obvod kotvy platí U(s ) = Rm (s) + Lm s I (s) + Ns Φ (s) + Ui (s) kde Rm je výsledný odpor kotvového obvodu , Lm - indukčnost stroje v příčné ose. Znaménko ± platí podle smyslu zapojení vinutí SV. Na základě uvedených rovnic a momentové podmínky Mm(s) – Mz (s) = Mdyn (s) = J s ω (s) kde J je moment setrvačnosti systému redukovaný na hřídel motoru. S uvažováním nelineární magnetizační charakteristiky bude mít motor blokové schéma uvedené na obr. V tomto schématu je označená elektromagnetická časová konstanta Lm /Rm = Te. Reakci kotvy můžeme v případě potřeby respektovat nelineárním blokem RK. Blokové schéma můžeme při zanedbání hystereze magnetizační charakteristiky linearizovat pro malé okolí pracovního bodu. Blokové schéma

Vlastnosti stejnosměrných strojů Motor s cizím buzením- budicí vinutí napájeno z vnějšího zdroje stejnosměrného napětí, otáčky jsou stabilní i při kolísání napětí, před připojením rotoru ke zdroji musí být motor nabuzen –jinak nebezpečný nárůst otáček, motor umožňuje regulaci otáček ve velkém rozsahu, vhodný pro pohon strojů s proměnným mechanickým odporem, např. obráběcích strojů Derivační motor – budicí vinutí paralelně k vinutí rotoru, nesmí rovněž dojít k odbuzení, menší rozsah regulace otáček, obdobná momentová charakteristika jako u motoru s cizím buzením Motor se sériovým buzením – budicí vinutí v sérii s rotorovým vinutím, má největší záběrový moment

Sériový motor při chodu naprázdno dosáhne nebezpečně velkých otáček, zátěž se nesmí připojovat plochými řemeny, otáčky jsou velmi závislé na zatížení, sériové motory se používají pro pohon vozidel (nákladní káry, tramvaje, trolejbusy, lokomotivy), sériový motor je značně přetížitelný, používá se tam, kde je nutný velký moment po krátkou dobu a kde přitom nevadí pokles otáček Kompaundní motory – mají sériové i paralelní budicí vinutí, při chodu naprázdno se chová jako derivační motor. Při zatížení klesají otáčky rychleji než u derivačního motoru, používají se např. u zdvihacích mechanismů

Způsoby buzení ss strojů Motory s cizím buzením Motory paralelním buzením Motory sériovým buzením Motory s trvalými magnety Motory se smíšeným buzením

Princip komutátoru Konce cívky jsou připojeny ke dvěma „půlkroužkům“, tzv. lamelám. Při otáčení cívky v magnetickém póly se v nich indukuje napětí jehož průběh naznačuje obrázek 1. a časový průběh na komutátoru obr. 2. (skutečný průběh indukovaného napětí na komutátoru). Proud prochází obvodem stále jedním směrem a proto mu říkáme stejnosměrný proud. Kdybychom vložili do magnetického pole 2 závity připojené ke 4 lamelám mělo by indukované napětí v závitu 1 má průběh znázorněný na obrázku 3. Napětí indukované ze závitu 2 je znázorněné na obrázku 4. Mezi kartáči by výsledné napětí mělo průběh znázorněný na obrázku 5. Výsledné napětí mění svojí velikost a už „nikdy“ nepadá na 0. 1.2. 3.4.5.