VISOKA ŠKOLA ELEKTROTEHNIKE I RA
Č
UNARSTVA
STRUKOVNIH STUDIJA
TRIPKOVI
Ć
Mihailo
TIPOVI MOTORA U SAVREMENIM ELEKTRI
Č
NIM
POGONIMA
-
d i p l o m s k i r a d -
Beograd, 2010.
Mihailo Tripkovi
ć
: Tipovi motora u savremenim elektri
č
nim pogonima
2
Kandidat:
Tripkovi
ć
Mihailo
Broj indeksa
: 81/96
Smer:
Energetika
Tema:
TIPOVI MOTORA U SAVREMENIM ELEKTRI
Č
NIM
POGONIMA
Osnovni zadaci:
1. Opisati motore jednosmerne struje
2. Opisati motore naizmeni
č
ne struje (sinhrone i asinhrone)
3. Opisati ostale tipove motora i uporediti karakteristike
Hardver:
Softver:
Teorija:
Beograd, 2010. Mentor:
_______________________
Dr.Milan Mijalkovi
ć
, prof.
Mihailo Tripkovi
ć
: Tipovi motora u savremenim elektri
č
nim pogonima
4
SADRŽAJ
1.
UVOD................................................................................................................ 5
2.
ELEKTRI
Č
NI MOTOR ................................................................................. 5
2.1.
OSNOVE RADA ELEKTRI
Č
NIH MOTORA
.......................................... 5
2.2.
MAGNETNO KOLO
................................................................................. 8
2.3.
NAMOTAJI ELEKTRI
Č
NIH MOTORA
.................................................. 9
2.4.
POGONSKA STANJA
.............................................................................. 10
2.5.
PODELA ELEKTRI
Č
NIH MOTORA
...................................................... 11
3.
ASINHRONI MOTOR ................................................................................... 12
3.1.
KONSTRUKCIJA I VRSTE ASIHRONIH MOTORA
......................... 12
3.2.
OSNOVNI PRINCIP RADA
..................................................................... 14
3.3.
JEDNOFAZNI ASINHRONI MOTOR
..................................................... 16
3.4.
POKRETANJE ASINHRONIH MOTORA
.............................................. 18
4.
SINHRONI MOTOR ...................................................................................... 20
4.1.
KONSTRUKCIJA I VRSTE SINHRONIH MOTORA
............................ 20
4.2.
PRINCIP RADA SINHRONIH MOTORA
............................................... 23
4.3.
PUŠTANJE SINHRONOG MOTORA U RAD
........................................ 24
4.4.
SVOJSTVA SINHRONOG MOTORA
..................................................... 25
5.
MOTORI JEDNOSMERNE STRUJE .......................................................... 27
5.1.
OSNOVNI KONSTRUKTIVNI ELEMENTI
........................................... 27
5.2.
PRINCIP RADA
........................................................................................ 29
5.3.
REAKCIJA INDUKTA
............................................................................. 30
5.4.
VRSTE MOTORA PREMA NA
Č
INU POBU
Đ
IVANJA
........................ 32
5.5.
POKRETANJE MOTORA JEDNOSMERNE STRUJE
........................... 35
6.
POSEBNE VRSTE MOTORA ...................................................................... 36
6.1.
BEZKOLEKTORSKI MOTORI
JEDNOSMERNE STRUJE (BLDC MOTORI)
........................................ 36
6.1.1.
Princip rada
..................................................................................... 37
6.1.2.
Svojstva i primena BLDC motora
................................................... 39
6.2.
KORA
Č
NI MOTOR
.................................................................................. 40
6.2.1.
Vrste kora
č
nih motora
..................................................................... 40
6.2.2.
Princip rada
...................................................................................... 43
6.2.3.
Osnovna upravlja
č
ka kola kora
č
nih motora
.................................... 46
6.2.4.
Prednosti i mane kora
č
nih motora
................................................... 48
6.3.
MOTORI JEDNOSMERNE STRUJE SA
NE GVOZDENIM ROTOROM
................................................................. 49
6.4.
LINEARNI MOTOR
.................................................................................. 52
6.5.
UNIVERZALNI KOLEKTORSKI MOTOR
............................................. 56
6.5.1.
Regulacija broja obrtaja
................................................................... 57
6.6.
HISTEREZISNI MOTOR
......................................................................... 58
6.7.
PIEZOELEKTRI
Č
NI MOTOR I NANOMOTOR
..................................... 59
7.
ZAKLJU
Č
AK .................................................................................................. 61
8.
LITERATURA ................................................................................................. 62
Mihailo Tripkovi
ć
: Tipovi motora u savremenim elektri
č
nim pogonima
5
1. UVOD
Tehni
č
ka rešenja kojima se elektri
č
na energija može pretvoriti u koristan mehani
č
ki
rad mnogo su doprinela razvoju i napretku civilizacije. Pre pojave elektromotora postojao
je sistem za napajanje mehani
č
kom energijom proizvodnih mašina koji se sastojao od
parne mašine (ili nekog drugog motora) i transmisije. Razvojem tehnike motori pokretani
vodenom parom sve više ustupaju mesto elektri
č
nim motorima i motorima sa unutrašnjim
sagorevanjem (SUS). Elektri
č
ni motor, istorijski, je najmla
đ
i me
đ
u postrojenjima za
proizvodnju mehani
č
kog rada. Razvoj i upotreba elektromotora tekli su vrlo brzo, pa on
potiskuje ostale motore gde god je to mogu
ć
e. U prilog tome ide i
č
injenica da je još 1890.
godine udeo elektromotora u ukupnoj instalisanoj snazi svih motora iznosio 5%, taj
postotak se vec 1927. godine penje na 75%, da bi danas on iznosio više od 90%. Primena
elektri
č
nog motora unela je revoluciju u industriju. Industrijski procesi više nisu ograni
č
eni
prenosom snage preko vratila, remenika, komprimovanog vazduha ili hidrauli
č
kog pritiska.
Umesto toga svaka mašina može biti opremljena sopstvenim motorom, što pruža laku
kontrolu u tehnološkom procesu i bolju efikasnost u prenosu snage.
Č
ak i u drumskom
saobra
ć
aju, gde danas dominiraju motori sa unutrašnjim sagorevanjem, neprestano se
istražuju mogu
ć
nosti upotrebe elektromotora.
Pojavom elektromotora po
č
inje razvoj elektromotornih pogona kakve mi danas
poznajemo. Prvi elektromotorni pogoni bili su vrlo jednostavni, kao i sami elektri
č
ni
motori. Iako interesantan vid transformacije energije, elektromotori su na po
č
etu bili slabo
primenjivani u fabrikama jer troškovi za cink i kiselinu (koji su koriš
ć
eni u baterijama za
napajanje) daleko prevazilaze one za ugalj u parnim motorima iste snage. Komercijalna
eksploatacija elektromotora zahtevala je efikasnije generatore i elektri
č
ne distributivne
mreže. U to vreme, dominirali su motori jednosmerne struje. Revolucionarni obrt donosi
(trofazni) naizmeni
č
ni sistem sa jeftinim asinhronim motorom, za šta je najviše zaslužan
Nikola Tesla
(1888.godine Nikola Tesla je izumeo prvi upotrebljiv motor naizmeni
č
ne
struje). Pojava naizmeni
č
nih sistema omogu
ć
ava porast snage energetskih izvora nekoliko
puta, prenos energije na velike daljine i smanjuje cenu el. energije, a pojava asinhronog
motora smanjuje cenu motora iste snage za nekoliko puta,
č
ime asinhroni motor potiskuje
motor jednosmerne struje u postoje
ć
im pogonima.
Kako se tehnika razvijala rasli su i zahtevi koje elektromotorni pogon (elektromotor)
treba da ispuni, javlja se potreba za regulacijom brzine, oblikovanjem prelaznih pojava
(zalet, ko
č
enje, ubrzanja više nisu zanemarivi) i pojavljuju se motori posebnih
konstrukcija. Danas, elektri
č
ni motori su raspoloživi u širokom dijapazonu snaga, ugaonih
brzina obrtanja i pogonskih momenata, lako se prilago
đ
avaju razli
č
itim uslovima
eksploatacije (na primer, rad u eksplozivnim sredinama) i pogodni su za kontinualnu
regulaciju brzine. A u poslednje vreme sve interesantniji postaju i motori
č
iji rad se zasniva
na upotrebi elektrostati
č
kih sila, piezoelektri
č
nog efekta i magnetostrikcije.
U daljem tekstu obra
đ
eni su konstrukcija, princip rada i važnije odlike nekih tipova
motora koji su se svojim kvalitetom tehnološkim izvedbama u prakti
č
nom smislu
nametnuli kao najkoriš
ć
eniji, i izvršena je njihova komparacija.
Mihailo Tripkovi
ć
: Tipovi motora u savremenim elektri
č
nim pogonima
se u njemu elektromegnetnim putem stvara magnetno polje indukcije
B
. U pogledu
me
đ
usobnog položaja statora i rotora mogu
ć
e su razli
č
ite izvedbe. Kod ve
ć
ine
elektromotora rotor se nalazi unutar statora i obr
ć
e se u njemu, ali ima i drugih varijanti.
Kod nerotiraju
ć
ih motora pomi
č
ni deo mašine ostvaruje translatorno kretanje (npr. linearni
motor).
Ni jedna mašina, pa bila ona elektri
č
na ili pogonska ne proizvodi energiju sama: ova
je pretvara iz jednog oblika u drugi. Energija mora da doti
č
e u mašinu i da iz nje oti
č
e. U
idealnom slu
č
aju mašina bi mogla da daje toliko energije, koliko je primila. Jedan deo
energije koju primi, elektromotor zadrži za sebe radi pokrivanja gubitaka. U elektri
č
nim
motorima nastaju slede
ć
i gubici:
•
U gvozdenim delovima mašine gde prolaze promenjljivi magnetni fluksevi – gubici
usled vrtložnih struja (
P
v
)
•
U gvozdenim delovima elektri
č
ne mašine gde prolaze promenjljivi magnetni
fluksevi (usled kretanja elementarnih magneti
ć
a) – gubici usled histerezisa (
P
h
)
Ove dve vrste gubitaka nazivaju se gubicima u gvož
đ
u (
P
Fe
).
•
Usled prolaza elektri
č
ne struje kroz namotaje elektri
č
nih mašina nastaju gubici u
namotaju i nazivaju se gubicima u bakru (
P
Cu
).
•
Gubici koji nastaju trenjem osovime u ležajevima i ventilatora, su gubici usled
trenja i ventilacije (mehani
č
ki gubici kod rotacijskih mašina).
•
Dodatne gubitke
č
ine gubici kod kolektorskih mašina i mašina sa kliznim prstenom
izme
đ
u
č
etkica, kolektora i kliznih prstenova i dielektri
č
ni gubici u izolaciji koja se
nalazi u promenjljivom elektri
č
nom polju. Kod niskih napona ove gubitke
zanemarujemo, jer su vrlo mali, dok kod mašina sa visokim naponima o ovim
gubicima se mora voditi ra
č
una.
Veli
č
ina koja karakteriše ekonomi
č
nost realnog motora je njegov
stepen
iskoriš
ć
enja
:
dobijena energija
dovedena energija
η =
<1
(2.1.)
Pri tom je kod motora dobijena energija mehani
č
ka, a dovedena elektri
č
na, dok je
kod generatora obrnuto. Može se izraziti i odnosom dobijene i dovedene snage:
2
1
P
P
η =
(2.2.)
Stepen iskoriš
ć
enja elektri
č
nih motora se, zavisno od njihove snage, kre
ć
e od 70 %
(za P = 1 kW) do 95 % ( za P = 1 MW). Životni vek elektromotora uglavnom odre
đ
uje
slabljenje izolaconih svojstava uzrokovanih zagrevanjem, posledici gubitaka energije koji
se pretežno pretvaraju u toplotu.
7
