STEJNOSMĚRNÉ STROJE

prof.Ing. Karel POKORNÝ, CSc.

Zhotovila: Jana Zimmerová

2006

Konstrukční uspořádání

Konstrukční uspořádání1 – kostra statoru

2 – magnetické póly

p – pólová rozteč

3 – budící vinutí

4 – rotor (kotva)

5 – drážky rotoru

6 – komutátor

7 – kartáče – sudý počet (stejně jako počet pólů)

8 – neutrální osa – geom. osa hlavních mag. pólů

p

Dp 2

.

)( bIf

Indukované napětí v kotvě

Při otáčení rotoru se v 1 vodiči rotoru indukuje napětí:

Střední hodnota Bstř:

nebo při známém mag. toku Φ lze psát:

V rotoru je sériově zapojeno celkem vodičů.

Rychlost rotoru v:

Celkové indukované napětí v kotvě:

Ui lze změřit na kartáčích dynama pouze při chodu naprázdno.

p

dxBBp

stř

0

.1

lSB

pstř .

a

N

21

60..2

60

.. np

nDv p

vlBU i ..

vlBa

NU

a

NU střii ...

2.

211

Vztahy mezi indukovaným a svorkovým napětím

1) Dynama 2) Motory

KARKDKCiSV UIRUUD

.

iSV UUD

KARKMKCiSV UIRUUM

.

iSV UUM

Reakce kotvyje způsobena účinky mag. toku K vytvořeného proudem kotvy IK

na mag. tok stroje vytvořený proudem budícího vinutí Ib.

Obr.1: nezatížený stroj IK = 0

Obr.2: Ib = 0 = 0 IK 0

Obr.3: Ib 0 IK 0

celkový mag.tok:

cel = + K obr.1 obr.2 obr.3

Nepříznivé účinky reakce kotvy:1) změna polohy neutrální osy o zátěžný úhel δ2) zmenšení mag. toku zmenšení Ui a USV Odstranění negativného vlivu reakce kotvy:Kompenzační vinutí se zapojuje do série s vinutím kotvy, protéká vždy proud opačného směru než kotvou pod pólem.

Komutacezměna směru proudu v cívce (cívkách) rotoru nad kartáčem (kartáči).

Kartáče musí být v neutrálních osách, aby nedocházelo ke komutaci, když je na cívkách napětí.

Doba komutace

1- „odporová“ komutace (ideální průběh)

2- skutečný průběh komutace (vlivem L komutující cívky – reaktanční napětí ur)

Pomocné (komutační) póly se zapojují do série s kotvou - v oblasti kartáčů ruší pole od reakce kotvy - v komutujících cívkách indukují komutační napětí, které snižuje reaktanční

napětí.

K

KARK v

bt

Dynamo s cizím buzenímVnější (zatěžovací) ch-ka:

výhoda: „tvrdá“ zatěž. ch-ka

nevýhoda: velké proudy

Ch-ka naprázdno: U0 = f (Ib) při n = konst

Ib = 0 U0 = Ur Ur .. remanentní (zbytkové) napětí

Při malém Ib je malá B a velká permitivita přímkový průběh

Při nasycení mag. obvodu dynama „koleno ch-ky“

Derivační dynamo

- 2) Vnější (zatěžovací) ch-ka:

Usv = f(Izát) při n = konst

Izát = IK – Ib

Usv↓ → Ib↓

IZKR IN

1) Ch-ka naprázdno:

Rbc = Rbv + Rbr

A: U01 = Ib1 (Rbv + Rbr1)

B: U02 = Ib2 (Rbv + Rbr2)

C: labilní stav

Rbv + Rbrmax ~ tgγ

Dynamo kompaundníPři jmenovitém zatížení bude

napětí dynama stejné jako při chodu naprázdno

Kompaundované dynamo ch-ka I.

Zatěžovací ch-ky:

II: překompaundovaný stav – napětí dynama stoupá se zatížením zvýšením počtu závitů sériového bud. vinutí III: podkompaundovaný stav – zvýšením počtu závitů D1,2 IV: protikompaundní dynamo – napětí dynama se zatěžováním prudce klesá. Dynamo se užívá pro obloukové svařování.

Moment stejnosměrného motoru ….. pro 1 vodič kotvy

• Vinutí kotvy má celkem N1 vodičů rozdělených do paralelních větví

• Síla působící na vodiče v mag. poli: F = B.I.l.sinα

(za předpokladu: α = 90°)

• Ve vztahu pro F je proud I = IK

• S užitím Φ = c3.Ib a c5 = c2 . c3 platí

2.D

FM

a

N

21

Ma

NM .

21

p

KIF.

lIBFlS

B střp

stř ...

pD p .

2

2..

21 DF

a

NM

AWbNmIcMa

pNM K ,;..

.2 21

AANmIIcM Kb ,,;..5

Stejnosměrné motoryZákladní vztahy: Ui = c1.Φ.n (1)

USV = Ui + RK.IK + ΔUKAR (2)

M = c2.Φ.IK (3)

Φ c3.Ib (4)

USY Ui + RK.IK c1.Φ.n + RK.IK

Otáčky stejnosměrného motoru: kde: c4 = c1.c3

Moment stejnosměrného motoru: M = c2.Φ.IK c5.Ib.IK kde: c5 = c2.c3

Způsoby řízení otáček stejnosměrných motorů:

• ze vztahu (5) a) napětím

b) odporem v obvodu kotvy

c) změnou Φ (odbuzováním)

b

KKSVKKSV

Ic

IRU

c

IRUn

.

.

.

.

41

nnIc

IR

Ic

Un

b

KKSV 044 .

.

.

Sériový motorbudící vinutí (S1,S2)

Ib = IK = I

Spouštění motoru: a) zdroj regulovatelného

stejnosměrného napětí b) Rsp tak, aby motorem protékal při rozběhu

motoru maximálně jmenovitý proud

Všechny provozní ch-ky se měří při USV = konst.

2) Otáčková ch-ka

n = f(I)

- hyperbola

1) Momentová ch-ka

M = f(I)

M = c2.Φ.IK

Φ c3.Ib M = c5.I2 I ~

Ib = IK = I

3) Mechanická (zatěžovací) ch-ka

n = f(M)

N2.M = K – polytrofa

3 oblasti mech. ch-ky:A…rozběhová oblast velký zátěžový momentB…pracovní oblast „měkká ch-ka“C…oblast chodu naprázdno motor musí být před spouštěním vždy zatížen

TYPICKÝ TRAKČNÍ MOTOR

M

Ic

Un i

.4

I

KONSTn

Ic

UIRUn KARKSV .

.

.

4

Derivační motorSpouštění motoru:

- stejné možnosti jako u sériového motoru.

1) Mechanická (zatěžovací) ch-ka

n = f(M) při Ib = konst.

„Tvrdá“ zatěžovací ch-ka

přímka...

2) Otáčková ch-ka

n = f(Ib) při USV = konst.

hyperbolický

průběh ………

K

IRUn KKCSV .

K

U

K

IRUn SVKKCSV

.

)( qkxy

bIc

Kn

.4