Elektromotorni pogoni

2.  ELEKTROMOTORNI POGONI 

UVOD 

Poslednjih decenija 20. veka i po

č

etkom ovog veka svedoci smo neslu

ć

enog razvoja i 

eksplozivnog rasta primene sistema za automatsku regulaciju. To je posledica žestoke borbe na 

svetskom tržištu za prestiž u kvalitetu i ceni proizvoda, što je nametnulo potrebu za velikom 

primenom automata i robota u automatizaciji proizvodnih procesa. Ova automatizacija 

proizvodnih procesa podrazumeva primenu robota, numeri

č

ki upravljanih alatnih mašina, 

industrijske pogone opšte namene i ra

č

unarske periferijske ure

đ

aje. To je dovelo do snažnog i 

vrlo dinami

č

nog razvoja i primene sistema sa regulisanim pogonima (

Motion control systems -

MCS

).  Kao što je pronalazak parne mašine prouzrokovao široku primenu mehani

č

ki 

upravljanih sistema u industriji i time zapo

č

eo prvu industrijsku revoluciju, tako nas je sadašnji 

razvoj mikroelektronike i ra

č

unarske tehnologije i njihove primene u elektronski regulisanim 

pogonima (

Electronic motion control systems-EMCS

) doveo na prag druge industrijske 

revolucije, koju karakteriše visok stepen automatizacije [5].  

Drugi faktor koji je odlu

č

uju

ć

e delovao na snažan razvoj sistema za automatsku 

regulaciju jeste hladnoratovska trka u naoružanju druge polovine prošlog veka, koja se ni danas 

ne zaustavlja. Izraziti napredak u

č

injen je u automatizaciji vojnotehni

č

kih sistema, posebno u 

tehnici naoružanja. Primena automatizacije u naoružanju, na primer, pove

ć

ala je verovatno

ć

u 

poga

đ

anja artiljerijskih oru

đ

a (topova) za protivvazdušnu odbranu sa 10% na preko 80% [24], 

a brojni su sli

č

ni primeri kod drugih vrsta naoružanja. Njihova gotovo neverovatna preciznost i 

efikasnost upravo su rezultat primene vrlo složenih sistema automatske regulacije, kod kojih 

regulisani elektromotorni pogoni imaju velikog udela. 

Moderni industrijski robot uveden je prvi put u Japanu 1980. godine, i od tada se razvijao 

od izvršioca jednostavnih manipulativnih radnji ( dodavanje, montiranje i sl.) do izvršioca 

sofisticiranog rada kao što su zavarivanje, farbanje, sklapanje, ispitivanje i podešavanje. Danas 

je uo

č

ljiv trend primene robota u neproizvodnim oblastima kao što su nuklearne elektrane, 

zdravstvo, poljoprivreda, prevoz i skladištenje roba, podvodni radovi i svemirska istraživanja.   

2

Do pojave snažnih poluprovodni

č

kih ure

đ

aja (krajem 50-tih godina 20. veka) kao izvršni 

organ u sistema za automatsku regulaciju dominirali su hidrauli

č

ki, pneumatski i mehani

č

ki 

sistemi. To ne zna

č

i da u industriji nisu koriš

ć

ene elektri

č

ne mašine. Naprotiv, one su prisutne 

skoro ceo vek. Tri osnovne vrste elektri

č

nih mašina su primenjivane za industrijske potrebe: 

mašine za jednosmernu struju, sinhrone i asinhrone mašine 

[

6

]

. U pogonima sa promenljivom 

brzinom obrtanja mesto je bilo rezervisano za mašine jednosmerne struje, dok su mašine 

naizmeni

č

ne struje (sinhroni i asinhroni motori) koriš

ć

ene isklju

č

ivo kod neregulisanih 

elektromotornih pogona. To je bilo stoga što je regulaciona oprema koja je potrebna za njihovu 

primenu u pogonima promenljive brzine bila složena i skupa.  

Elektri

č

ni pogoni (elektromotorni pogoni, elektropogoni, elektri

č

no pokretanje, 

electrical 

drives

 (engleski), 

elektrische Antriebe

 (nema

č

ki), 

електроприводы

 (ruski), 

azionamenti 

elettrici

 (italijanski) imaju važnu ulogu u svakodnevnom životu i u napretku 

č

ove

č

anstva. 

Dovoljno je re

ć

i da se preko polovine proizvodene elektri

č

ne energije u industrijki razvijenijoj 

zemlji pretvara u mehani

č

ku, bilo za potrebe transporta, bilo za proizvodne procese. U odnosu 

na druge vrste pogona elektri

č

ni pogoni imaju niz prednosti: 

‐

obuhvataju širok dijapazon snaga, po

č

ev od snaga ispod jednog vata (npr. u elektronskim 

satovima), pa do više stotina megavata (npr. za pumpe u reversibilnim hidroelektranama), 

‐

obuhvataju širok dijapazon obrtnih momenata (preko jednog miliona Nm u 
valjaonicama) i brzina (preko 100000 ob/min za centrifuge), 

‐

mogu se prilagoditi bilo kakvim radnim uslovima (prinudno hla

đ

eni, potpuno zatvoreni, 

potopljeni u eksplozivnoj atmosferi i dr), 

‐

ekološki su pozitivni (nema zapaljivog goriva, nema gasova, proizvode relativno malu 
buku), 

‐

spremni su za rad odmah i to na puno optere

ć

enje, 

‐

veoma malo zahtevaju za održavanje, 

‐

imaju veoma male gubitne praznog hoda, 

‐

imaju veoma visok stepen korisnosti 

‐

imaju sposobnost visoke kratkotrajne preopteretljivosti 

‐

lako se upravlja i to u širokom opsegu brzina bez potrebe za mehani

č

kim menjanjem 

prenosnog odnosa, 

‐

pri upravljanju mogu imati veoma brz dinami

č

ki odziv, 

‐

lako se menja smer obrtanja (reversiranje bez mehani

č

kih prenosnika), 

‐

imaju mogu

ć

nost ko

č

enja sa rekuperacijom (regeneracijom) energije natrag u izvor 

napajanja, 

4

elektri

č

ne energije predstavlja naj

č

eš

ć

e elektri

č

nu mrežu, trofaznu ili jednofaznu, 

niskonaponsku ili visokonaponsku, sa mrežnim transformatorom ili bez njega, obi

č

no sa 

pekida

č

ima, osigura

č

ima i drugim elementima za zaštitu, merenje, nadzor i dr. To može biti i 

izvor jednosmernog napona, npr. Akumulatorska baterija, generator jednosmerne struje ili 

kontaktni uvod u elektri

č

noj vu

č

i. 

Slika 2.1. Opšta struktura elektri

č

nog pogona 

Na sl. 2.1. prikazana je strukturna šema opšteg elektropogona. U prvom redu se nelaze 

energetski elementi sa nazna

č

enim normalnim tokom energije. 

Izvor

 (eng.: 

source, line

) 

elektri

č

ne energije predstavlja naj

č

eš

ć

e elektri

č

nu mrežu, trofaznu ili jednofaznu, 

niskonaponsku ili visokonaponsku, sa mrežnim transformatorom ili bez njega, obi

č

no sa 

pekida

č

ima, osigura

č

ima i drugim elementima za zaštitu, merenje, nadzor i dr. To može biti i 

izvor jednosmernog napona, npr. akumulatorska baterija, generator jednosmerne struje ili 

kontaktni uvod u elektri

č

noj vu

č

i. 

Energetski 

pretvara

č

 (eng.: (

power

) 

converter

) služi za pretvaranje energije iz izvora, 

kao i za njeno upravljanje. Pretvaranje ima za cilj da se odre

đ

ene karakteristi

č

ne veli

č

ine 

uzalzne energije (u

č

estanost, napon, struja, broj faza) pretvore u druge radi prilago

đ

enja 

motoru, a doziranjem te energije se postiže upravljanje motorom (menjanjem napona, struje ili 

u

č

estanosti) i time odre

đ

enim karakteristi

č

nim veli

č

inama pogona (brzinom, momentom, 

položajem i dr.). U savremenoj tehnici pretvara

č

 je elektronski (na bazi tiristsora, snažnih 

tranzistora ili drugih poluprovodni

č

kih prekida

č

a), ali kod starijih pogona to može biti i 

elektri

č

ni generator (npr. kod Vard-Leonardove grupe), transformator sa promenljivim 

prenosnim odnosom, ure

đ

aj sa magnetnim poja

č

ava

č

ima i dr. Kod neregulisanih pogona 

energetski pretvara

č

 izostaje, ali se obi

č

no na njegovom mestu nalaze posebni ure

đ

aji (obi

č

no 

5

otpornici ili prigušnice vezane na red, autotransformatori i dr.) koji obezbe

đ

uju pravilan 

polazak pogona. Kod sasvim starih pogona i upravljanje se vrši bez pretvara

č

a, npr. preko 

rednih otpornika sa kontaktorima, otpornika u rotorskom kolu asinhronog motora ili 

delovanjem na pobudu motora za jednosmernu struju. Za ovaj element pogona 

č

esto se 

upotrebljava opšti termin 

aktuator

 (engl: 

actuator

). 

Elektri

č

ni 

motor

 (engl.: 

electric(al) motor

) je pretvara

č

 elektri

č

ne energije u mehani

č

ku. 

Kod neregulisanih pogona naj

č

eš

ć

a je upotreba asinhronih, zatim sinhronih motora (kod vrlo 

velikih snaga, ali i kod malih za regulisane pogone visokog kvaliteta.) Kod regulisanih pogona 

dugo su dominirali motori za jednosmernu struju, ali su u savremenoj tehnici, zahvaljuju

ć

i 

razvoju pretvara

č

a u

č

estanosti, zatim napretku u elektronici poluprovodnika snage i 

mikroelektronici, asinhroni i sinhroni motori (pa i neke nove vrste motora, kao što su motori  

jdnosmerne struje bez 

č

etkica (

brushless DC machine

 ) i motori promenljive reluktanse) postali 

ravnopravni sa njima. Pojavom mikrora

č

unara primena složenih tehnika upravljanja, kao što su 

upravljanje orijentacijom polja, upravljanje promenom strukture sa klizaju

ć

im karakteristikama 

itd., nije više tako složena i skupa, pa su ove mašine u stanju da zamene jednosmerne mašine u 

pogonima sa visokim perfomansama. 

I kada se o

č

ekivalo da 

ć

e mašine za jednosmernu struju biti potisnute iz upotrebe, to se 

nije desilo, ve

ć

 se 

č

ini da 

ć

e egzistirati još dugo vremena uporedo sa mašinama za naizmeni

č

nu 

struju. Više nema generalne dominacije nijedne vrste pogona, ve

ć

 svaka ima podru

č

ja 

dominantne primene.  Donekle, to je tako zahvaljuju

ć

i tome što su mikroelektronika i 

mirora

č

unar

č

unari omogu

ć

ili razvoj i primenu složenih algoritama upravljanja i  kod mašina za 

jdnosmernu struju što, uz ve

ć

 od ranije dobre stati

č

ke i dinami

č

ke karakteristike, poboljšava 

nihove ukupne perfomanse. 

U pogonima se 

č

esto koristi osobina elektri

č

ne mašine da može da pretvara energiju i u 

obrnutom smeru, tj. Da može pod odre

đ

enim uslovima da radi kao generator i vrši 

ko

č

enje 

(engl.: 

braking

) radne mašine. U tim slu

č

ajevima pojedini smerovi tokova energije prikazani 

na sl. 2.1. okre

ć

u se na suprotnu stranu (od radne mašine preko prenosnika ka motoru). Ako to 

obezbe

đ

uje tip energetskog pretvara

č

a, taj povratni tok energije se može produžiti i preko 

pretvara

č

a sve do izvora, u kom slu

č

aju se govori o generatorskom ko

č

enju, odnosno ko

č

enju 

sa rekuperacijom energije. 

Č

esto je pretvara

č

 takvog tipa da ne dozvoljava povratni tok 

energije (npr. obi

č

an ispravlja

č

). U tom slu

č

aju se povratna mehani

č

ka energija pri ko

č

enju 

mora pretvoriti u toplotu u samoj elektri

č

noj mašini ili u otpornicima koji se postavljaju 

izme

đ

u mašine i nerekuperabilnog pretvara

č

a. 

7

2.2.   MOTOR JEDNOSMERNE  STRUJE 

Na podru

č

ju upravljanih elektromotornih pogona motori za jednosmernu struju 

zauzimaju zna

č

ajno mesto.  Zahvaljuju

ć

i dobrim upravlja

č

kim svojstvima, a prvenstveno zbog 

relativno jednostavnog postupka upravljanja, motor za jednosmernu struju predstavlja skoro 

idelan motor za pogone gde je potrebna promenljiva brzina obrtanja 

[

4

]

,

[

6

]

,

[

12

]

,

[

14

]

. Njegova 

se brzina obrtanja može kontinualno podešavati promenom jednosmernog napona armature u 

širokim granicama koje obuhvataju u kontinuitetu oba smera obrtanja sa punim momentom, 

uklju

č

uju

ć

i i nultu brzinu. S obzirom na realizaciju pobudnog kola, motori za jednosmernu 

struju mogu imati razli

č

ite spoljne karakteristike (

Ω

 = f

(

M

t

) ).  

2.2.1.  Konstrukcija i princip rada 

Na slici 2.2(a) prikazana je principska šema dvopolne mašine za jednosmernu struju sa 

nepomi

č

nim statorom (S) i rotiraju

ć

om cilindri

č

nom armaturom (rotor) (R). Glavni polovi 

(GP) nose pobudne namotaje kroz koje te

č

e jednosmerna struja pobude 

I

p

 , koja stvara glavni 

magnetni fluks 

Φ

. 

Slika 

2.2. Motor za jednosmernu struju: (a) principska, (b) ekvivalentna šema  

U žljebovima rotora smešten je namotaj armature koji se napaja strujom armature 

I

a

preko komutatora. Struja armature 

I

a

 stvara popre

č

ni magnetni fluks 

Φ

a 

, koji je znatno manji 

od glavnog pobudnog fluksa 

Φ

, zbog velikog vazdušnog zazora u popre

č

nom smeru. Za 

dodatno smanjenje delovanja reakcije armature i poboljšanje komutacije upotrebljavaja se 

kompezacioni namotaj (K), 

č

iji su namotaji smešteni u polnim nastavcima glavnih polova i 

ω

m 

, m

m

R

a

L

p

L

a

R

p

u

p

i

p

i

a

u

a

e

a

J

ω

t 

, m

t

 (a) 

(b)