BOSNA I HERCEGOVINA FEDERACIJA BOSNE I HERCEGOVINE UNSKO-SANSKI UNSKO-SANSKI KANTON SANSKI MOST JU MJEŠOVITA MJEŠOVITA SREDNJA ŠKOLA ŠKOLA ELEKTROTEHNIČKA ŠKOLA ZANIMANJE: TEHNIČAR ELEKTROENERGETIKE ELEKTROENERGETIKE
MSŠ
MATURSKI RAD PREDMET: PREDMET: ELEKTROMOTO ELEKTROMOTORNI RNI POGONI TEMA: PUŠTANJE PUŠTANJE U RAD RAD SINHRONIH MOTORA MOTORA
PROFESOR: UČENIK:
Dedić Ei!" di#$%i&%e$% P'()*ić A++',
SADRŽAJ % SINHRONE SINHRONE MAŠINE%%% MAŠINE%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%. %%%%%%%. %% FIZIČKE FIZIČKE OSNOVE OSNOVE NA KOJIMA KOJIMA POČIVA POČIVA RAD RAD SINHRONIH SINHRONIH MAŠINA%%%%%%%%% MAŠINA%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%/ %%%%%/ %%% P,i0i# ,'d' &ee,'1),'%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% &ee,'1),'%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%/ / %%.% Te,+)e$e21,'e%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% e,+)e$e21,'e%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 3 %%/% Hid,)e$e21,'e%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Hid,)e$e21,'e%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%3 3 %.% ZNAČAJ ZNAČAJ SINHRONI SINHRONIH H MAŠINA MAŠINA U ELEK ELEKTROPR TROPRIVRED IVREDI%%%% I%%%%%%%% %%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%4 %%%%4 %/% SVRHA SINHRONE SINHRONE MAŠINE%%% MAŠINE%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%% %%5 5 .% SINHRONI SINHRONI MOTORI%%%% MOTORI%%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%6 %%%%%%6 .%% OPŠTE OSOBINE OSOBINE I PRIMJENA PRIMJENA SINHRO SINHRONIH NIH MOTOR MOTORA%%%%% A%%%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%6 %6 .%.% NAČIN NAČIN RADA RADA SINHRONIH SINHRONIH MOTORA%%%% MOTORA%%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%7 %%7 .%/% PUŠTANJE PUŠTANJE SINHRONIH MOTORA MOTORA U RAD%%%%% RAD%%%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%% %%%%%%%8 %%8 .%3% MIJENJANJ MIJENJANJE E BRZINE BRZINE OBR OBRTAJA SINHRONOG SINHRONOG MOTORA%%%% MOTORA%%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%% %% .%9% SINHRONI FAZNI; FAZNI; KOMPENZA KOMPENZATORI%%%%%%%%%% TORI%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%% /% SINHRONI SINHRONI MOTOR MOTOR SA STALNIM STALNIM MAGNETI MAGNETIMA%%% MA%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%/ %%/ 3% INDUKTIVNI INDUKTIVNI MOTOR%%%%%%%%%%%%%%%%% MOTOR%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%9 9 9% HISTEREZI HISTEREZISNI SNI MOTOR%%% MOTOR%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%% %%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%% %%.8 .8 4% KORAČNI MOTOR%%%%%%%%%%%%%%%%%% MOTOR%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%. .
1.
SINHRONE MAŠINE
Sinhrona mašina je vrsta električne mašine za naizmjeničnu struju. Sinhrone mašine mogu da rade u generatorskom i motorskom režimu. Uglavnom se koriste kao generatori u elektranama, pošto se kao motori danas koriste jeftinije i prostije asinhrone mašine. Sinhroni mašine, tj. sinhroni generatori i motori, su električne rotacione mašine trofazne struje, čija je osnovna karakteristika da je mehanička brzina obrtanja rotora jednaka sinhronoj brzini obrtanja okretnog magnetskog polja statora ns, koja je data izrazom: n s
! =
f
.
p
"#.#.$ gdje je: ns % brzina obrtanja okretnog magnetskog polja statora, p % broj pari polova, f % frekvencija napona statora.
Slika 1.1. Poprečni presjek sinhrone mašine
1.1.
FIZIČKE OSNOVE NA KOJIMA POČIVA RAD SINHRONIH MAŠINA
Sinhrone mašine se najviše koriste kao generatori. &raktično sva električna energija termoelektrana, hidroelektrana i nuklearnih elektrana proizvodi se pomo'u sinhronih generatora. Sinhroni generatori se grade za velike snage. (eliki sinhroni generatori predstavljaju najve'e električne rotacione mašine. Sinhrone generatore prema pogonskoj mašini dijelimo na: #$ turbogeneratore % gdje je pogonska mašina parna ili gasna turbina )$ hidrogeneratore % gdje je pogonska mašina vodena "hidro$ turbina *$ dizelgeneratore % gdje je pogonska mašina dizel motor
1.1.1. Princip rada genera!ra +sovina turbine je pričvrš'ena za osovinu generatora. enerator ima veliki pomični magnet "rotor$ koji se nalazi unutar nepomičnog prstena "stator$ na koji je namotana dugačka žica. &ošto je osovina turbine spojena s osovinom rotora, rotor se vrti kada se vrti turbina. -bog pomicanja "okretanja$ rotora "koji je veliki magnet$ u žicama na prstenu "statoru$ počinje te'i struja kao posljedica elektromagnetne indukcije. akle, generator pretvara mehaničku energiju rotora u električnu energiju. enerator radi na principu elektromagnetne indukcije, što je otkrio britanski znanstvenik /ichael 0arada1 #2*#. godine. +n je ustanovio da kroz vodič, na primjer, bakrenu žicu, ako ga pomičemo unutar magnetskog polja teče električne struja.(rijedi i obratno. &omičemo li magnetno polje "tako da pomjeramo magnet 3 rotor$ u blizini vodiča, žica na statoru, tada se u njima inducira električna struja. 4o je upravo princip rada generatora.
1.1.". #er$!e%e&rane
4ermoelektrane imaju velike kotlove u kojima izgara gorivo i pritom se osloba5a toplina "toplinska energija$. 6otao se može zamisliti kao čajnik na pe'nici. 6ada voda zakipi tada para izlazi kroz malu rupicu na vrhu čajnika. &ara se kre'e i prolazi kroz rupicu te stvara piskutavi zvuk koji nam daje do znanja da je voda zakipjela. U elektrani voda zakipi u velikim kotlovima iz kojih se tada para odvodi do turbine pomo'u cijevi koje imaju debele stjenke. (e'ina kotlova se zagrijava tako da se ispod njih nalazi ložište u kojem se pali drvo, ugljen, nafta ili prirodni plin i tako se dobiva toplina. 6roz ložište i iznad njega prolazi niz cijevi kroz koje teče voda. 4oplinska energija dobivena u ložištu prenosi se na cijevi koje tada zagrijavaju vodu koja teče kroz njih sve do trenutka dok se ne dobije para. 4emperatura na kojoj voda prelazi u paru jako je visoka i ovisi o pritisku pod kojim se voda nalazi u kotlu7 što je viši pritisak, to je viša temperatura na kojoj voda započinje isparavati. &ara visokog pritisaka dovodi se do turbine i turbina se tada vrti. 8nergija sačuvana u pari pretvara se u mehaničku energiju osovine turbine. 6ako je osovina turbine spojena s osovinom generatora, i on se vrti. enerator tada pretvara mehaničku energiju obrtanja u električnu energiju. 4urbina ima na stotine lopatica koje su okrenute pod nekim uglom "kao propeler kod broda$. 6ada se para dovodi do turbine ona klizi duž lopatica koje djeluju silom na paru skre'u'i je s početnog smjera strujanja. 9stom silom, ali suprotnog smjera, para djeluje na lopatice koje su pak pričvrš'ene na osovinu7 zbog djelovanja pare na lopatice silom osovina se vrti. akon što para pro5e kroz turbinu odvodimo je cijevima u ure5aj za hla5enje "kondenzator$ gdje joj se snižava temperatura do trenutka kada se ponovno pretvara u vodu. 6ada vru'e cijevi do5u u kontakt s hladnim zrakom dolazi do zagrijavanja čestica vode koje se nalaze u zraku te se pretvore u paru i tada izgleda kao da se ure5aj za hla5enje dimi. 4o, dakle, nije dim nego vodena para. (alja naglasiti da to nije ona para koja pokre'e turbinu. +hla5ena voda se pumpom ponovno dovodi do kotla u kojem se grije, pa se cijeli proces neprestano ponavlja. 4ermoelektrane u ;osni i
1.1.'. Hidr!e%e&rane
energijom, pa služe kao pumpe. +ne pune rezervoare iznad hidroelektrane vodom, te se ona danju opet koristi za proizvodnju struje. Dizelgeneratori se pokre'u dizel motorima, a grade se za široki raspon brzina obrtanja, od p=) naviše. Snaga dizel generatora ograničena je mogu'noš'u izrade motora, pa dostiže najviše desetak /(>. a bi se pove'ao naznačeni napon generatora i s tim u vezi, generator direktno priključio na mrežu, bez upotrebe blok3transformatora, neki proizvo5ači umjesto klasično izolovanih namotaja upotrebljavaju odgovaraju'e kablove. Sinhrone mašine prema obliku rotora dijelimo na: mašine sa cilindričnim rotorom
rade se sa cilindričnim rotorom, za velike brzine obrtanja. 6od ove vrste generatora izraženi su mehanički problemi u pogledu konstrukcije rotora zbog velike periferne brzine izme5u ležišta. +ni se uvijek postavljaju horizontalno. •
mašine sa rotorom sa istaknutim polovima
rade se sa istaknutim polovima na rotoru, od sasvim sporohodnih do brzohodnih. ?to je manja brzina obrtanja dozvoljava se ve'i prečnik rotora. 6od ove vrste generator izraženi su mehanički problemi u pogledu konstrukcije rotora zbog velike periferne brzine pri zalijetanju. eneratori ve'ih snaga, čije su brzine relativno male, postavljaju se vertikalno, hla5enje je kombinovano voda i vazduh. @ilindar je od ožlijebljenog gvož5a, obično masivnog, namotaj induktora je sastavljen od sekcija smeštenih u žlijebove. +va konstrukcija se skoro isključivo primjenjuje kod velikih dvopolnih ili četvoropolnih turbogeneratora, iz mehaničkih razloga. Aotor je sa istaknutim polovima i sa me5upolnim prostorom kod kojih je namotaj koncentrisan oko jezgra pola. +va konstrukcija se upotrebljava kod mašina sa ve'im brojem polova hidrogeneratora. 9ma osnovnu ulogu da prigušuje oscilovanje brzine obrtanja rotora oko sinhrone brzine u prijelaznim procesima, pri čemu se tada ponaša kao kavezni rotor asinhronih motora. 6roz provodnike pobudnog namotaja prolazi jednosmjerna struja uslijed koje nastaje stalno magnetno polje. /agnetnopobudna sila "mps$ pobude miruje u odnosu na rotor, pa se naziva stoje'om. Smjer jednosmjerne struje kroz provodnike rotora je takav da je jedan pol sjeverni, slijede'i južni itd. +brtanjem rotora stvara se obrtno magnetno polje. +vo polje presijeca provodnike statora i u njima indukuje 8/S.
Slika 1.2. Rotori sinhrone mašine ( cilindrični i sa istaknutim polovima)
1.". ZNAČAJ SINHRONIH MAŠINA ( E)EK#ROPRIVREDI 8lektrična energija predstavlja jedan od najčiš'ih oblika energije. /ogu'nosti dobivanja električne energije su raznovrsni. ajprihvatljiviji su načini dobivanja iz obnovljivih izvora energije, kao što su hidroelektrane, vjetroelektrane te solarne elektrane. +d obnovljivih izvora energije hidroelektrane su najraširenije. jihov udio me5u obnovljivim izvorima energije je oko 22B "podatak za )!!C. godinu$. 4o je posljedica više faktora. -a razliku od vjetra ili sunca, čiji intenzitet je nepredvidljiv te ovisi o meteorološkim prilikama, voda, odnosno njen volumni protok, je puno stabilniji i stalniji tokom godine. 4o znači da je i opskrba električnom energijom pouzdanija. 4ako5er, vrlo zanimljiva skupina hidroelektrana su reverzibilne hidroelektrane, koje omogu'avaju dva režima rada, te kao takve su vrlo isplative i poželjne za izgradnju. &rocjenjuje se da je )!!C. godine )!B ukupne svjetske potrošnje električne energije bilo opskrbljeno upravo energijom iz hidroelektrana, što je približno 2# D. 6ljučna prednost obnovljivih izvora energije, pa tako i hidroelektrana, je smanjena ili u potpunosti eliminirana emisija stakleničkih plinova. lavni razlog tomu je što ne koriste fosilna goriva kao pokretač turbine, odnosno električnog generatora. 4ime električna energija nastala u hidroelektranama postaje rentabilnija, te neovisna o cijeni i ponudi fosilnih goriva na tržištu. merike i Sjeverne >zije.
1.'. SVRHA SINHRONE MAŠINE Sinhrone mašine predstavljaju mašine naizmjenične struje bez komutatora, kod kojih preobražaj energije nastaje uslijed mehaničkog premještanja stalnog magnetnog fluksa polova u odnosu na nepokretan namotaj indukta. Sinhrone mašine koriste se uglavnom kao generatori električne energije naizmjenične struje. U svakoj elektrani "hidro, termo i nuklearnoj$ nalazi se po nekoliko sinhronih generatora velikih snaga spojenih na iste sabirnice. Sinhroni generatori manjih snaga reda nekoliko desetina ili stotina k(> koriste se u malim autonomnim elektranama. Sinhrone mašine imaju široku primjenu i kao električni motori i pri snagama iznad #!! kD koriste se za pogon centrifugalnih i klipnih pumpi, ventilatora, kompresora i drugih mehanizama. U praksi imaju široku primjenu i sinhroni motori uproš'ene konstrukcije, koji rade kao fazni "sinhroni$ kompenzatori za popravku snage mreže koja napaja ve'i broj asinhronih motora.Aadi uproš'enja konstrukcije sinhronih mašina male snage, one se grade bez budilice. U tom slučaju pobudni namotaj se napaja usmjerenom strujom statora. Aadi obezbje5enja samopobu5ivanja generatora izme5u polova se postavljaju stalni magneti. &ri obrtanju rotora sinhrone mašine, sa njegovim polovima obr'e se i magnetni fluks koji iz njih izbija. +vdje je obrtni fluks proizveden mehaničkim putem. +vaj obrtni fluks siječe provodnike nepokretnog statora i u njima indukuje napone naizmjenične prirode. -aokretu indukta za jedan polni korak odgovara jedna perioda napona indukovanog u provodniku. >ko namotaj statora priključujemo na simetričan višefazni prijemnik, u namotaju statora pote'i 'e višefazne struje. 4e struje obrazuju magnetni napon statora, a ovaj magnetni fluks statora, koji se po njegovom obimu okre'e u smjeru obrtanja rotora. Aotor se obr'e istom brzinom kao i obrtni magnetni fluks statora. 9z ove činjenice potiče i naziv sinhrona mašina.
". SINHRONI MO#ORI Sinhroni motori uobičajeno imaju: 3 nepomični stator "željezna jezgra, namot, priključci i ku'ište$, 3 pomični rotor "željezna jezgra, namot, klizni kontakti, osovina i ventilator$, 3 zračni raspor izme5u statora i rotora. ajčeš'e se rotor nalazi unutar statora, iako ima i suprotnih izvedbi. Stator sinhronog motora se po svojoj funkciji i izvedbi ne razlikuje od statora asinhronog motora. apravljen je od dinamolimova, a u utorima statora su uloženi trofazni namoti. Aotor predstavlja elektromagnet, koji se pobu5uje istosmjernom strujom. ;roj polova rotora mora biti jednak broju polova statorskog trofaznog namota. &ostoje dvije osnovne izvedbe rotora. >ko je motor višepolan, rotor se izvodi sa izraženim polovima. /agnetski dio rotora je izveden tako da se protjecanjem istosmjerne struje kroz namote polova dobiju naizmjenično sjeverni i južni polovi. 6od dvopolnih sinhronih motora, koji imaju veliki broj okretaja "*!!! obrEmin$ u nekim slučajevima i četveropolnih "#C!! obrEmin$ izvode se rotori bez izraženih polova "tzv. turborotori$ kod kojih je uzbudni namot uložen u utore rotora. 4ako izvedeni rotor je u stanju da savlada mnogo ve'e centrifugalne sile. Sinhroni generatori s izvedbom rotora bez izraženih polova se pogone parnim turbinama na osnovu čega su dobili naziv FturbogeneratoriF. apajanje uzbudnih namota rotora sinhronih motora istosmjernom strujom se izvodi pomo'u dva klizna prstena smještena na osovini rotora. +sim pobudnog namotaja, na rotoru nekih sinhronih mašina postoji i dodatni, prigušni "amortizacioni$ namotaj, koji ima osnovnu ulogu da prigušuje oscilovanje brzine obrtanja rotora oko sinhrone brzine u prelaznim procesima, pri čemu se tada ponaša kao kavezni rotor asinhronog motora. U ustaljenom stanju ovaj namotaj nema funkciju, jer se u njemu tada ne indukuje napon. +n se ugra5uje, po pravilu, u polne papučice mašina sa lameliranim istaknutim polovima, a sastoji od se od okruglih bakarnih štapova stavljenih u žljebove u polnom stopalu "nastavku, papučici$. +vi štapovi su me5usobno povezani "kratko spojeni$ pomo'u dva provodna prstena sa obe bočne strane pola. U mašine sa cilindričnim rotorom ugra5uje se tako5e prigušni namotaj kada se očekuju velika nesimetrična optere'enja. amotaj indukta je smješten u žlijebovima statora, najčeš'e je trofazni. Aaspodijeljen je po cijelom obimu.
".1. OPŠ#E OSO*INE I PRIMJENA SINHRONIH MO#ORA &rednosti sinhronog motora u odnosu na asinhroni motor su: •
•
/anje su osjetljivi na promjene napona mreže u odnosu na asinhroni motor, pošto je njegov prekretni momenat srazmjeran prvom stepenu napona, a ne kvadratu napona kao kod asinhronog motora. &ošto sinhroni motor radi sa faktorom snage cosφ=#, njegova struja , pa prema tome i dimenzije, manje su od struje i dimenzija asinhronog motora iste snage.
•
•
•
obar stepen iskorištenja jer u rotoru sinhronog motora nema gubitaka u gvož5u, nema relativnog pomicanja polja u odnosu na rotor, a kod rotora sa permanentnim magnetima nema ni gubitaka u bakru. ;udu'i da su gubici rotora sinhronog motora sa permanentnim magnetima zanemarivi, nestaje i problem odvoda toplote s rotora tj. pogonske osovine što je posebno važno kod primjene ovih motora u alatnim mašinama. Gednostavniji sistem upravljanja u odnosu na asinhroni motor što se može zahvaliti činjenici da je položaj magnetnog polja čvrsto odre5en položajem rotora.
9ma stalnu brzinu obrtanja, bez obzira na mehaničko optere'enje na osovini. Gednostavan prelaz iz motornog u generatorski rad što omogu'uje električno kočenje. &ored prednosti koje smo nabrojali, sinhroni motori imaju slijede'e nedostatke: •
•
•
•
•
e mogu se na prost način puštati u rad, tj. pokre'e se sam, samo ako ima poseban namotaj za pokretanje "startni kavez$ na rotoru ili se koristi invertor. -a pobu5ivanje svog indukra "rotora$ sinhroni motor sa električnom pobudom, zahtjeva poseban izvor jednosmjerne struje što još više komplikuje upotrebu ovog motora. edostatak koji je vezan za motor sa permanentnim magnetima na rotoru je opasnost mehaničkih udara, struja kratkog spoja kao i mogu'nost pojave prije vremene demagnetizacije uslijed izuzetno niskih temperatura. ;rzina obrtanja može im se podešavati samo promjenom učestanosti napajanja, jer se pri promjeni broja pari polova ista mora obaviti i na statoru i na rotoru a to bi izazvalo velike konstruktivne probleme.
6od preoptere'enja Hispadne iz korakaH i stane pa ga je potrebno ponovo pokrenuti. Svakako me5u nedostatke treba pomenuti i ve'u cijenu u odnosu na asinhroni motor. avedeni nedostaci sinhronih motora daju prednost primjeni asinhronih motora pri snagama do #!! 6D. /e5utim, pri ve'im snagama, kada je važno imati veliki cosφ i manje dimenzije mašine, sinhroni motori imaju prednost u odnosu na asinhrone. Sinhrone mašine koriste se uglavnom kao generatori električne energije naizmjenične struje. U svakoj elektrani "hidro, termo i nuklearnoj$ nalazi se po nekoliko sinhronih generatora velikih snaga spojenih na iste sabirnice. Sinhroni generatori manjih snaga reda nekoliko desetina ili stotina k(> koriste se u malim autonomnim elektranama. Sinhrone mašine imaju široku primjenu i kao električni motori i pri snagama iznad #!! kD koriste se za pogon centrifugalnih i klipnih pumpi, ventilatora, kompresora i drugih mehanizama. U praksi imaju široku primjenu i sinhroni motori uproš'ene konstrukcije, koji rade kao fazni "sinhroni$ kompenzatori za popravku snage mreže koja napaja ve'i broj asinhronih motora. •
".". NAČIN RADA SINHRONIH MO#ORA 6ada se rotor obr'e brzinom nI, pobudni magnetni fluks rotora siječe provodnike višefaznog "najčeš'e trofaznog ili dvofaznog$ namotaja statora i indukuje u njegovim faznim navojima naizmjenični napon 8I. 6ada se mašina optereti, u namotaju statora javi'e se
višefazne struje pod čijim uticajem nastaje obrtni magnetni fluks statora, koji se obr'e u smjeru obrtanja rotora istom brzinom kao i rotor. 6od ovih mašina rezultantni magnetni fluks nastaje pod zajedničkim djelovanjem magnetnih napona statora i rotora i obr'e se u prostoru istom brzinom kao i rotor. 6od sinhrone mašine namotaj, u kome se indukuju višefazni naponi i kroz koji protiču višefazne struje optere'enja, naziva se namotaj indukta, a dio mašine, na kojem je smješten pobudni namotaj, naziva se induktor. S obzirom na način rada i teoriju rada sinhrone mašine svejedno je da li se obr'e indukt ili induktor. 6od savrijemenih sinhronih mašina induktor je redovno rotor, a indukt stator. Sinhrone mašine su reverzibilne, tj. svaka sinhrona mašina može da radi kao generator i kao motor. a bi generator radio, mora ga goniti pogonski motor sa regulatorom, čiji je zadatak da održava sinhronu brzinu obrtanja rotora generatora. 6ada radi kao generator, sinhrona mašina može da radi autonomno, i u tom slučaju napaja neki zaseban prijemnik električne energije, ili paralelno priključena na mrežu, na koju su priključeni i drugi sinhroni generatori. 6ada radi paralelno sa mrežom, sinhrona mašina može da šalje ili da uzima električnu energiju iz mreže, tj. da radi ili kao generator ili kao motor. >ko je namotaj statora priključen na mrežu napona U i učestalosti f, u njemu 'e se javiti višefazne struje, koje stvaraju, kao i u asinhronoj mašini, 4eslino obrtno magnetno polje. Uslijed uzajamnog djelovanja ovog polja i struje GI koja teče u namotaju rotora, stvara se elektromagnetni momenat mašine /, koji je kretni kad mašina radi kao motor, a otporni kad mašina radi kao generator. U sinhronoj mašini, za razliku od asinhrone, pobudni fluks pri praznom hodu mašine stvara namotaj jednosmjerne struje, koji je smješten na rotoru. -nači, u ustaljenom režimu rada relativna brzina obrtanja rotora u odnosu na obrtno polje statora jednaka je nuli, tj. rotor se obr'e zajedno sa obrtnim poljem statora brzinom nI = n, nezavisno od režima rada mašine.
".'. P(Š#ANJE SINHRONIH MO#ORA ( RAD Sinhroni motor ne može sam da krene. Aazlog za ovo je što je brzina obrtnog magnetnog polja statora velika tako da polovi magnetnog polja rotora, zbog inercije rotora i inercije optre'enja na osovini motora, ne mogu da krenu da prate obrtno magnetno polje statora, tj. rotor ne može da se JzakačiK za stator. Gedini način za puštanje sinhronog motora u rad je da se smanji brzina obrtnog polja statora, kako bi polovi rotora mogli da se JzakačeK za obrtno magnetno polje statora. Smanjenje brzine obrtnog magnetnog polja statora se realizuje smanjenjem frekvencije napona napajanja statora, što se postiže primjenom energetske elektronike. 6ao što je ve' rečeno, brzina sinhronog motora je konstatna i uslovljena brzinom obrtnog magnetnog polja statora. 9z toga razloga, brzina obrtanja motora se može promijeniti samo promjenom brzine obrtnog polja statora, što se postiže promjenom frekvencije napajanja. &rostim priključivanjem na mrežu rotor mašine se ne'e pokrenuti samostalno, ili kako mi to obično kažemo, sinhroni motor nema polazni momenat. akle, neka posebna mjera mora biti izvedena bilo unutar ili van mašine koja 'e rotor dovesti do brzine okretanja koja je bliska sinhronoj. -alijetanje rotora do brzine da on može i'i u korak sa obrtnim poljem statora mogu'e je izvesti pomo'u pomo'nog motora koji može biti motor sa unutrašnjim sagorijevanjem, asinhroni ili motor jednosmjerne struje. U ovom slučaju, kada brzina rotora do5e blizu sinhrone, prvo se uključi pobudni namotaj, a zatim se namotaj statora priključuje na mrežu. aravno posle ulaska sinhronog motora u sinhronizam, pomo'ni motor više nije potreban i isključuje se. +vakvo pokretanje nije praktično jer zahtijeva mehaničko spajanje, a zatim, nakon obavljenog pokretanja, odspajanje osovine pomo'nog motora. a bi se izbjegla upotreba posebne mašine % motora za dovo5enje rotora u
sinhronizam, grade se rotori sinhronih motora sa posebno dodatim namotajem u vidu kaveza kao kod rotora asinhronog motora. &rije puštanja u rad, u pobudni namotaj uključuju se odgovaraju'i radni otpornici čiji je otpor i do desetak puta ve'i od njegovog aktivnog otpora, čime se spriječava indukovanje visokog napona u njemu "i do )!!!( $ koji bi mogao da izazove proboj izolacije. Strujne udare u mreži koji nastaju prilikom puštanja sinhronog motora u rad smanjujemo na taj način što se njegov stator preko prigušnica ili autotransformatora priključuje na smanjeni napon "!.* Un L !.CUn$. /ašina kre'e kao asinhrona, pri čemu zaletni kavez ima ulogu rotora u kratkom spoju. 6ada motor pod ovim naponom krene i ubrza se, prigušnice ili autotransformuju, a sinhroni motor priključuje na puni napon mreže. -atim se pobu5ivanjem ostvaruju uslovi za ulazak u sinhronizam. -a razliku od motora sa elektromagnetnom pobudom, sinhroni motori sa stalnim magnetima na rotoru se puštaju u rad u pobu5enom stanju, zbog čega na rotor osim asinhronog obrtnog momenrta djeluje i kočni momenat što donekle pogoršava njegova svojstva u pogledu puštanja u rad. 0rekventno zalijetanje je tako5er često korištena metoda puštanja sinhronog mora u rad. Upotrebom frekventnog pretvarača, frekvencija napajanja motora podešava se na nisku vrijednost tako da se obrtno polje koje se stavara "oko rotora sa uključenom pobudom$ obr'e malom brzinom dovoljnom da rotor može lahko da ubrza i u5e u korak sa njim. &ostepenim pove'avanjem frekvencije na izlazu frekventnog pretvarača pove'ava se i brzina obrtanja rotora motora koja se zatim dovede do nazivne sinhrone brzine obrtanja. +vaj metod se obično slijedi u slučaju invertorskog napajanja sinhronog motora koji rade u pogonima sa promjenljivom brzinom.
".+. MIJENJANJE *RZINE O*R#AJA SINHRONO, MO#ORA ;rzina obrtanja sinhronog motora "nI$ jednaka je brzini obrtnog magnetnog polja: nI=n=!fEt. akle, ona može da se mijenja na dva načina: promjenom frekvencije napona napajanja "f$ ili promjenom broja polova "p$. &romjena broja polova nije svrsishodna, pošto se broj parova polova mora mijenjati i na statoru i na rotoru, a to bi izazvalo velike konstrukcione probleme. &rema tome mijenjanje brzine obrtanja sinhronog motora ostvaruje se samo mijenjanjem frekvencije napona napajanja. &ri tome je čisto frekventno mijenjanje brzine mogu'e primjeniti samo u slučaju motora manjih snaga. U slučaju sinhronih mašina sa velikim momentom inercije, potrebno je pored ravnomjernog mijenjanja frekvencije ravnomjerno mijenjati i napon napajanja da motor ne bi ispao iz sinhronizma. -a napajanje sinhronih motora pri frekventnom mijenjanju njegove brzine danas se uglavnom koriste ekonomični tiristorski pretvarači frekvencije različitih izvedbenih šema.
".-. SINHRONI FAZNI/ KOMPENZA#ORI Sinhroni motor koji radi samo u režimu praznog hoda pri promjenjivoj struji pobude naziva se sinhroni ili fazni kompenzator. >ko je sinhroni motor jako pobu5en struja prethodi naponu mreže, tj. ona je kapacitivna u odnosu na na taj napon,a ako je slabo pobu5en struja zaostaje iza napona mreže, tj. ona je induktivna. 4o jednostavno možemo objasniti magnetnim djelovanjem reakcije statora. 9nduktivna komponenta struje statora magnetiše magnetno kolo motora i tada on vuče iz mreže samo aktivnu snagu za pokri'e gubitaka, dok kapacitivna
komponenta struje statora djeluje obratno, razmagne'uje magnetno kolo motora i tada šalje reaktivnu "jalovu$ snagu u mrežu. akle u praksi su široku primjenu našli upravo sinhroni kompenzatori "vrlo jednostavne izvedbe, rade bez optere'enja i jako su pobu5eni$ koji uzimaju iz mreže struju koja prethodi naponu "praktično kapacitivna struja$ i tako služe za popravak faktora snage mreže. +bično u mrežama napajanim sinhronim generatorima preovladava induktivno optere'enje, jer transformatori i široko rasprostranjeni asinhroni motori upotrebljavaju induktivne struje magnetiziranja. Aad generatora na dugačkom dalekovodu ili gustoj kablovskoj mreži uzrokuju ponekad znatne kapacitivne efekte. >ko sa 9 a označimo aktivnu komponentu struje u mreži, a sa 9 M njenu reaktivnu "jalovu$ komponentu onda 'emo ukupnu struju u mreži dobiti formulom:
").C.#.$ /reža kao i svi njeni elementi "generatori, transformatori, itd.$ proračunavaju se za struju 9. +datle slijedi da se pove'anjem reaktivne "jalove$ komponente struje i smanjenjem faktora snage cosN smanjuje aktivna snaga generatora i propusna mo' dalekovoda, transformatora i dr. a bi se elektroenergetski sistem rasteretio suvišnih reaktivnih struja, na podesnom mjestu takve mreže se postavlja fazni kompenzator koji u ve'ini slučajeva radi u nepobu5enom stanju i služi za kompenzaciju indukovanih struja u dalekovodima i generatorima u svrhu poboljšanja faktora snage cosN. Primjer 1.
Sinhroni generator S radi na induktivno optere'enje, pri čemu trošilo 4 koristi aktivnu komponentu struje 9 a=#!!! > i reaktivnu 9M=#!!! >. U tom slučaju potrebna struja je:
a bi generator i dalekovod rasteretili jalovih struja, pri trošilima energije postavljamo sinhroni kompenzator S6, kako je prikazanao na gornjoj slici. Sinhroni kompenzator uz odre5enu nadpobudu vuče iz mreže kapacitivnu struju 9 @=!! > koja prethodi naponu za približno O!P. U tom slučaju 'e u dalekovodu i generatoru jalova struja biti:
&rema tome struja u dalekovodu i generatoru bi'e: U tom slučaju faktor snage generatora bi'e:
4reba ista'i da sinhroni kompenzator poboljšava faktor snage cosN u generatoru i onom dijelu dalekovoda koji se nalazi izme5u sinhronog generatora i kompenzatora. 9z primjera se vidi da se struja u generatoru i dalekovodu smanjila za #Q#Q3#!RR=**R >, što je zahtijevalo upotrebu sinhronog kompenzatora od !!>.
Slika 2.1. Vektorski
dijagram struja trošila i sinhronog kompenzatora
'. SINHRONI MO#OR SA S#A)NIM MA,NE#IMA Sinhroni motori sa stalnim magnetima na rotoru nalaze široku primjenu u servopogonima visokih performansi, odnosno u sistemima upravljanja kretanjem. ?ire shva'eno, upravljanje kretanjem podrazumijeva korištenje sistema hardverskih i programskih instrumenata u cilju održanja alata, predmeta obrade, hvataljki industrijskog robota ili vozila na željenoj trajektoriji, pri čemu se kao izvršni organ koriste motori jednosmjerne i naizmjenične struje. U prethodnim decenijama, motori jednosmjerne struje su bili dominantno zastupljeni u servopogonima visokih performansi, električnoj vuči i ve'ini primjena gdje se zahtijevala regulacija brzine obrtanja, zbog povoljnih statičkih i dinamičkih karakteristika i relativno jednostavnog upravljanja. &ored problema umanjene preopteretljivosti, potrebe za čestim zamjenama četkica i održavanjem kolektora i nešto lošijim karakteristikama kod ve'ih brzina obrtanja, motori za jednosmjernu struju se nisu mogli koristiti u pogonima velikih snaga, jer je snaga ovih motora ograničena takozvanim P ∙ n proizvodom i može se procijeniti kao: Pmax [ MW ]=
3000
n [ o / min ]
/%%;
U novije vrijeme ovi pogoni se zamjenjuju pogonima koji kao izvršni organ koriste asinhrone i sinhrone motore za naizmjeničnu struju. >sinhroni motori nalaze primjenu u pogonima opšte namjene i servopogonima ve'ih snaga, dok se za potrebe pozicioniranja alata, predmeta obrade ili hvataljki industrijskog robota koriste trofazni sinhroni servomotori sa stalnim magnetima ugra5enim na površinu magnetskog kola rotora. /agnetsko kolo statora kao i namotaji statora asinhronih i sinhronih motora su u svemu jednaki. U oba slučaja trofazni sistem naizmjeničnih struja statora stvara obrtno magnetsko polje čija je brzina odre5ena kružnom učestanoš'u statorskih struja . -a razliku od asinhronog motora kod koga fluks rotora nastaje uslijed postojanja struja u rotorskim provodnicima koje su posljedica magnetizacione komponente statorske struje i razlike u brzini obrtanja rotora i obrtnog magnetskog polja statora, kod sinhronih motora sa stalnim magnetima na rotoru, situacija je drugačija. 4anki magneti suprotne magnetizacije montirani su naizmjenično po površini rotora. a ovaj način oni predstavljaju izvor radijalnog i promjenljivog magnetskog polja koje je nepomično u odnosu na rotor. 8fekat koji stvara rotor koji se obr'e ugaonom brzinom ω m u odnosu na stator je identičan obrtnom magnetskom polju kružne učestanosti ω / p , gdje p predstavlja broj pari magnetskih polova rotora. 6ada je brzina obrtanja rotora jednaka brzini obrtanja magnetskog polja m
statora, ispunjen je uslov sinhronizma koji omogu'ava da interakcija polja statora i rotora proizvodi jednosmjerni elektromagnetski momenat. 4okom rada motora, rotor se obr'e u sinhronizmu sa obrtnim poljem statora, tako da u ustaljenom stanju nema promjene magnetske indukcije u magnetskom kolu rotora. U odsustvu gubitaka u namotajima rotora i gubitaka u magnetskom kolu rotora, nema ni osloba5anja toplote tokom rada. 6ao posljedica, hla5enje rotora ne predstavlja problem, pa se može konstruisati rotor manjih dimenzija. Sve kvalitetniji magnetski materijali od kojih se izra5uju stalni magneti imaju veoma malu otpornost uslijed čega su gubici u magnetskom kolu manji. 9pak ovi gubici postaju značajni kod statorskih struja pove'ane učestanosti koje su neophodne u primjenama koje zahtijevaju razvijanje veoma velikih brzina. lavne prednosti sinhronih motora sa stalnim magnetima na rotoru su : Gednostavna konstrukcija, u kojoj je rotor realizovan od gvož5a i stalnih magneta, pa nema gubitaka na rotoru, što omogu'ava znatno manju zapreminu i težinu samog motora. ajve'i stepen korisnog dejstva u odnosu na ostale motore. (eoma visoke vrijednosti specifične snage "mEkg$, odnosa momenat % inercija "/emEG$ i ubrzanja, što omogu'ava najbrži dinamički odziv na zadatu upravljačku komandu. /ogu'nost rada pri malim brzinama, kao i tokom održavanja malog elektromagnetskog momenta. •
• •
•
9spitivanja su pokazala da se pri faktoru optere'enja "dut1 factor$ od CB nominalnog momenta mogu posti'i ubrzanja od #!!!!! radEs ) od strane motora sa vršnim momentom od Q! m #CT. Sinhroni motori sa stalnim magnetima na rotoru nalaze široku primjenu u servopogonima snage do #! kD. Stalno pobu5eni sinhroni motori snage ve'e od #! kD se veoma rijetko susre'u jer je za njihovu izradu potrebna veoma velika količina stalnih magneta što se nepovoljno odražava na cijenu i čini ove motore manje privlačnim. U oblasti velikih snaga primjenu nalaze uglavnom asinhroni motori. Stepen korisnog dejstva asinhronih motora se uve'ava sa nazivnom snagom i za jedinice od #! do #!! kD postaje uporediv sa stepenom korisnog dejstva sinhronih motora. &roblem sinhronih motora sa stalnim magnetima na rotoru je u otežanoj promeni fluksa, što stvara poteško'e pri radu u režimu slabljenja polja.
+. IND(K#IVNI MO#OR 9nduktivni motor "motor jednosmjerne struje$ sastavljen je od tri glavna dijela. 4o su: stator, rotor i kolektor "komutator$. Stator je nepokretni dio mašine. Sastoji se od ku'išta "oklopa, jarma$, magnetnih polova i namotaja postavljenih oko jezgra ovih polova. 6u'ište objedinjuje sve dijelove u jednu cjelinu i istovremeno služi kao dio magnetnog kola. -bog toga se najčeš'e gradi od livenog čelika sa malom primjesom ugljenika koji ima dobra magnetna i mehanička svojstva. &o obimu oklopa, sa unutrašnje strane, montiraju se glavni i pomo'ni polovi "tj. polna jezgra$ izra5eni ili od livenog čelika ili tankih me5usobno izolovanih magnetnih limova, oko kojih se smestaju navoji pobude odnosno pomo'nih polova. lavni polovi se završavaju širim dijelom pod nazivom polni nastavak, koji se sa obe bočne strane produžava u dva polna roga. &olni nastavci ili polne papučice se uvijek grade od magnetnih % limova, jer u njima mogu nastati vrtložne struje zbog blizine promjenljivog magnetnog fluksa rotora. -adatak im je da što više i ravnomjernije obuhvate rotor, te da na taj način što pravilnije raspodijele linije magnetnog polja na rotoru. /agnetni polovi su pomo'u zavrtanja pričvrš'eni za stator, a isto tako i polni nastavci za jezgro pola.
Slika 4.1. nduktivni
motor
otor nosi namotaje, prenosi naizmjenični fluks, kao i obrtni momenat. Aotorski
paket je izra5en od izolovanih limova stegnutih na pogodan način. &aket je za osovinu fiksiran pomo'u klina. +vako pogodno konstruisan i izra5en rotor ima smanjene gubitke energije uslijed djelovanja vrtložnih struja koje se javljaju pri obrtanju rotora u magnetnom polju. U paketu rotora se nalaze aksijalni kanali za strujanje rashladnog vazduha. /e5utim, hla5enje je poseban problem koji se rješava ugradnjom ventilatora, ugradnjom izmjenjivača voda % vazduh i na druge načine. amotaji rotora smješteni su u žljebovima i izvode se kao jednoslojni ili dvoslojni. 9zra5uju se od bakarnih provodnika, okruglog ili profilnog oblika, pažljivo izolovanih i spojenih kao petljasti ili talasasti, čiji su krajevi spojeni za kolektor. Svi namotaji su impregnisani u smislu ostvarivanja velike izolacijske otpornosti, visoke dielektrične čvrsto'e i dobrih toplotnih svojstava, uz normalnu otpornost na uticaje okoline.
Slika 4.2. Rotor
induktivnog motora
!olektor ili komutator je važan dio motora jednosmjerne struje. 9ma oblik punog
valjka koji se nalazi na istoj osovini gdje i rotor. Sastoji se od velikog broja bakarnih segmenata, tzv. lamela, koje su me5usobno i prema gvozdenom tijelu izolovane. -a izolaciju se najčeš'e upotrebljava liskun i tinjac, tzv. kolektorski mikanit debljine !. do #) mm. 9zolacija izme5u lamela je potpuno jednaka i mora biti niža od samih lamela da ne bi došlo do stvaranja neravnina što bi izazvalo varničenje, a time i ošte'enje kolektora. S unutrašnje strane lamele su izrezane u obliku lastinog repa. Učvrš'ivanje lamela na valjak koji je napravljen od livenog gvož5a vrši se pomo'u steznih prstenova i metalnih vijaka. Spojna žica ili traka od namotaja rotora vežu se za lamelu kolektora lemljenjem. 6od motora malih snaga kriške "tj.lamele$ kolektora se često upresuju u plastičnu masu.4akva konstrukcija je prosta za izradu, ali se primjenjuje samo za brzine do #! !!! o Emin. Uz kolektor dolaze četkice koje se upotrebljavaju radi dobijanja električnog kontakta sa površinom kolektora u smislu odvoda i dovoda struje na kolektor. Smještaju se u držače četkica tako da su normalne na kolektor ili eventualno malo nagnute u smjeru obrtanja rotora.
&ritisak četkice mora da je konstantan nezavisno od istrošenosti, pošto samo tako možemo smanjiti varničenje. etkice su izra5ene od elektrografita, uglja, ugljenog grafita, metalno3 ugljene smjese ili sl. -a normalne uslove rada primjenjuju se ugljeno3grafitne četkice, me5utim za posebne uslove komutacije primjenjuju se tehnološka rješenja koja optimizuju varničenje. &rincip rada induktivnih motora zasniva se na dinamičkom dejstvu električne struje. amotaj indukta koji je bez gvozdenog paketa i prikazan s nekoliko navojaka, preko kolektora s četkicama spojen je na izvor jednosmjernog napona. 6olektor čine provodni bakarni segmenti "lamele$ koji su me5usobno izolovani, tako da je svaki provodnik jednog navojka spojen na jedan segment kolektora. 4reba napomenuti da je namotaj indukta zajedno sa kolektorom rotiraju'i, a da četkice sa nosačima miruju. >ko se priključi napon na motor, onda 'e struja indukta prote'i kroz onaj navojak "navojke$ namotaja čiji su krajevi spojeni na one lamele kolektora koje su u tom trenutku kratko spojene sa četkicama. Uslijed uzajamnog djelovanja struja u provodnicima indukta i formiranog magnetnog polja pobudnog namotaja, javit 'e se kretni elektromagnetni momenat pod čijim djelovanjem indukt mašine počinje da se obr'e. +vaj elektromagnetni momenat srazmjeran je korisnom magnetnom fluksu po polu statora ! i struji indukta i i može se napisati kao: /= p"# )m $ VWt=k mVWt "Q.#$ gdje konstanta proporcionalnosi k m, zavisi od konstruktivnih podataka "broja pari polova p, broja paralelnih grana a, te broja provodnika $. -ahvaljuju'i djelovanju kolektora struja u namotaju indukta se mijenja, tako da u provodnicima koji prolaze ispod sjevernog "odnosno južnog$ pola statora smjer struje ostaje uvjek isti. a taj način se obezbje5uje konstantan smjer djelovanja elektromagnetnih sila, a samim tim i konstantan znak obrtnog momenta. +kre'u'i se namotaji indukta sjeku linije magnetnog polja, i u njima se indukuje elektromotorna sila. Smjer indukovane ems je takav da se suprostavlja dovedenom naponu mreže pa se radi toga i naziva kontraelektromotorna sila. (rijednost kontra ems zavisi od jačine magnetnog fluksa ! i od broja obrtaja rotora, tj.: %=k enV "Q.).$
gdje je k e konstrukciona konstanta, dakle veličina nepromjenljiva za datu mašinu,a ona iznosi: k e=p"#&'a
"Q.*.$ 6ao što smo vidjeli, motor 'e se okretati kada mu dovedemo električnu struju iz mreže, a da bismo izmjenili smjer obrtanja treba promjeniti smjer elektromagnetnog momenta koji djeluje na indukt. 4o se može ostvariti na dva načina: izmjenom smjera struje i u namotaju indukta ili izmjenom smjera magnetnog fluksa V, odnosno pobudne struje. -nači, da bi promijenili smjer obrtanja motora potrebno je prevezati ili provodnike koji dovode struju do namotaja indukta, ili one koji dovode struju do pobudnog namotaja. >ko bi istovremeno prevezali i jedne i druge, motor bi nastavio da se okre'e u istom smjeru. "agnetna reakcija indukta predstavlja magnetno djelovanje indukta na osnovno magnetno polje mašine. &ri nepobu5enom induktu, tj kada kroz indukt ne teče struja, spektar magnetnog fluksa ! , koji se javlja samo pod djelovanjem pobudne struje, simetričan je u odnosu na osu glavnih
magnetnih polova. 6ada bi induktor bio nepobu5en i kada bi se desilo da kroz namotaj indukta teče struja, u mašini bi se javio magnetni fluks ! , čiji spektar je simetričan u odnosu na geometrijsku neutralnu ravan. jeluju'i zajedno, magnetna polja induktora i indukta obrazuju rezultantno polje. 6ao rezultat djelovanja reakcije indukta simetrična raspodjela glavnog magnetnog polja se narušava, pri čemu se rezultantno polje pomjera prema izlaznim krajevima polnih nastavaka kada mašina radi kao generator, odnosno ka ulaznim kad radi kao motor. Sa pomjeranjem magnetnog polja dolazi i do pomjeranja neutralne ose n % n za izvjestan ugao X u smjeru suprotnom od smjera obrtanja rotora motora, pa 'e neutralna osa zauzeti novi položaj nY 3 nY. &ošto četkice dodiruju namotaje, koji su geometrijskoj neutralnoj ravni, bilo bi potrebno da se i one zakrenu za isti ugao i da zauzmu novi položaj koji odgovara stvarnoj "fizičkoj$ neutralnoj osi. 6od starijih tipova motora to se i radilo, dok se danas djelovanje reakcije indukta otklanja upotrebom pomo'nih polova kojima se poboljšava i komutacija, kao i upotrebom kompenzacionih namotaja. &omo'ni polovi, uslijed proticanja struje indukta kroz njihove namotaje, stvaraju takav magnetni fluks da on poništava reakciju indukta i ujedno indukuje ems u namotaju indukta radi poboljšavanja komutacije. /e5utim, njihovo djelovanje usmjereno je samo na dio polja indukta u relativno uskoj oblasti neutralne zone, pa se radi potpunije kompenzacije koriste tzv. kompenzacioni namotaji postavljeni u žlijebove načinjene u polnim nastavcima glavnih polova i priključene na red sa namotajem indukta. &ri tome, smjer struje u kompenzacionom namotaju mora biti suprotan od smjera struje u dijelu namotaja rotora koji je naspram tog polnog nastavka. jelovanjem ovih namotaja iskrivljenje linija magnetnog fluksa lokalizuje se samo oko provodnika, a fluks ravnomjerno raspore5uje duž polnih nastavaka. (ažno je pomenuti, da kompenzacioni namotaj znatno usložava konstrukciju motora pa se primjenjuje samo kod vrlo velikih mašina koje rade sa jako promjenjljivim optere'enjem "npr. valjaoničkih motora itd.$. /agnetna reakcija indukta tako5e smanjuje rezultantni fluks mašine, a sa njim i indukovanu ems namotaja indukta, što se osim kompenzacionim namotajem može na jednostavan i jeftin način riješiti upotrebom kompaudnog namotaja. 6ompaudni namotaj čini par navojaka žice ve'eg presjeka namotanih oko glavnih polova i spojenih izme5u četkica i priključnih stezaljki, tako da kroz njega protiče struja indukta. -adatak mu je da stvori magnetni fluks istog smjera kao i glavni pobudni namotaj, čime se pojačava polje pobudnih polova i to u takvoj mjeri da se približno poništi gubitak uslijed reakcije indukta. 6ompaudni namotaj, osim poništavanja uzdužne komponente fluksa indukta, nema nikakvog uticaja na ostale nepovoljnosti koje izaziva reakcija indukta "položaj neutralne ose, napon izme5u lamela itd.$, ali ima svoj značaj i često se izvodi kod motora svih snaga. &ri polasku motora, tj. u momentu priključenja na mrežu, rotor motora još miruje pa je i njegov indukovani napon jednak nuli % =k enV=!. (rijednost struje pokretanja 9 pol u tom momentu zavisi samo od dovedenog napona mreže U i aktivnog otpora namotaja indukta A i "ukoliko se radi o serijskom motoru onda u obzir dolazi još i aktivni otpor pobudnog namotaja A p$, dakle polazna struja je . 9 pol=UEA iZZ9n "Q.Q.$ &ošto je otpornost namotaja indukta "izuzev za sasvim male motore$ veoma mala, jasno je da 'e vrijednost struje koju motor povlači iz mreže u momentu uključenja biti vrlo velika, čak #! do #C puta ve'a od nominalne. +vako velika vrijednost polazne struje može biti veoma opasna po motor, jer, prvo, skoro redovno dovodi do pojave kružne vatre na kolektoru, i drugo, pri ovakoj struji motor razvija veliki polazni momenat koji može da dovede do
mehaničkog ošte'enja. +sim toga, velika polazna struja ima za posljedicu nagli pad napona u napojnoj mreži, što može nepovoljno da utiče na druge prijemnike priključene na tu mrežu. a bi smo izbjegli svu ovu opasnost, tj. da bi smo pri pokretanju motora spriječili nastanak struje vrlo visoke vrijednosti, u seriju sa namotajem indukta vezujemo otpornik za puštanje u rad "tj. pokretač, upuštač$. (rijednost otpora pokretača odre5uje se tako da stuja pri puštanju motora u rad ne bude mnogo ve'a, npr. najviše dva puta, od nominalne. U momentu polaska motora uključen je čitav otpor pokretača, koji se zatim sa porastom brzine postepeno isključuje sve dok se ne postigne nominalna brzina, kada je otpor u potpunosti isključen. +tpornici za puštanje u rad mogu ponekad da služe i za regulisanje brzine obrtanja, ali tada moraju da trajno izdrže punu struju optere'enja motora. >ko služe samo za pokretanje, onda su dimenzionisani za kratkotrajan rad i kao takvi su znatno jeftiniji. 6od motora manjih snaga "obično do #kD$ relativne vrijednosti otpora indukta su ve'e, tako da nije potrebno koristiti otpornike za puštanje u rad jer je struja puštanja neznatno ve'a od naznačene. +sim otpornicima za puštanje u rad, induktivni motori mogu se pokretati i ravnomjernim pove'avanjem napona upravljivim tiristorskim ispravljačem. +vo je u investicionom pogledu nepovoljnije rješenje, me5utim, ako takav sistem za upravljanje brzinom ve' postoji, treba ga svakako iskoristiti i za puštanje u rad. &očinje se sa malim naponom koji se postepeno, u skladu sa pove'anjem brzine, diže sve do vrijednosti potrebne za nominalan rad u stacionarnom stanju. +vakvi regulacioni sistemi su često automatizovani, pa se ponekad radi i sa programiranim ubrzanjem. Mijep primjer za ovo je kvalitetniji pogon lifta, gdje je na osnovu fizioloških kriterijuma propisana vemenska promjena ubrzanja % usporenja, koja se ne uspostavlja naglo ve' postepeno.
-. HIS#EREZISNI MO#OR Sinhroni motor kod kojeg elektromagnetni obrtni moment nastaje uslijed pojave histerezisa pri magne'enju feromagnetnog materijala rotora, naziva se histerezisni motor. Stator ovog motora je cilindričan sa raspodijeljenim namotajem. Aotor je konstruisan pomo'u histerezisnog cilindra od *B kobaltnog čelika, koji je oslonjen na nemagnetni aluminijumski nosač "posteljicu$ nasa5en na čeličnu osovinu. U ovom motoru pri sinhronoj brzini rotor se magnetiše pod djelovanjem obrtnog polja statora. &ri tom, zbog pojave histerezisa, osa polova rotora "osa magne'enja$ zaostaje iza ose obrtnog magnetnog polja za ugao [ h, uslijed čega se javljaju tangencijalne komponente sila koje djeluju izme5u polova rotora i fluksa statora. &ošto ugao [ h zavisi samo od svojstva materijala od kojeg je načinjen rotor tangencijalne komponente sile 0 t i obrtni moment /h, koji one stvaraju, ne zavisi od brzine obrtanja. ?to je šira histerezisna petlja magnetnog materijala, to je ve'i ugao [ h, a sa njim i histerezisni moment h* >ko je otporni moment radne mašine ve'i od h, motor prelazi u asinhroni režim rada. Aad histerezisnog motora u asihronom režimu povezan je sa velikim gubicima u rotoru. ubici nastaju uslijed magnetnog histerezisa i vrtložnih struja. a bi se pove'ala efikasnost ovog motora neophodna je primjena permanentnih magneta u njegovoj konstrukciji. a ovaj način se dobija histerezisni hibridni motor sa permanentnim magnetima obre osobine histerezisnih motora su: jednostavna konstrukcija, pouzdanost u radu, ravnomjeran ulazak u sinhronizam i relativno visok stepen iskorištenja. edostaci su mu nizak faktor snage cos φ i pove'ani gubici u rotoru i zagrijavanje.
Slika 5.1. +isterezisni
motor
0. KORAČNI MO#OR +vi motori prikladni su za digitalno upravljanje. ;roj upravljačkih impulsa jednak je broju koraka "jedan korak odgovara odre5enom fiksnom uglu zakretanja$. Upravljanjem iznosom struje uzbude mijenja se rezolucija. /ogu'e je upravljanje položajem radne osovine u otvorenoj petlji "bez povratne veze$.
Slika 6.1*
,oračni motor
