ELEKTROMOTORNI POGONI. dr Milan Bebić dr Leposava Ristić Milan Utvić

Transcription

1 ELEKTROMOTORNI POGONI dr Milan Bebić dr Leposava Ristić Milan Utvić

2 ORGANIZACIJA PREDMETA Predavanja PowerPoint prezentacije (na sajtu ppt i pdf) 2 časa nedeljno Vežbe na tabli Nuerički prieri, zadaci 1,5 čas nedeljno (3 časa u dve nedelje) Proračuni i računarske siulacije za saostalni rad 4 obavezne laboratorijske vežbe (sa odbrano izveštaja) Kolokvijui i doaći zadaci Dva kolokvijua (po 50%) i jedan doaći (10%). Doaći zadatko se ože popraviti ocena (dodatni poeni). Doaći se ora predati i odbraniti do kraja nastave. Ispit (za one koji ne izađu na kolokviju) Dva zadatka, dva teorijska pitanja

3 Praktiku iz elektrootornih pogona Ponuđen kao izborni praktiku u zisko seestru Mogu se ostvariti 3 kredita (ESPB) Vežbe se odvijaju u 7 terina, u trajanju od dva školska časa Sve vežbe na savreenoj oprei (nea siulacija na računaru) Uputstvo za vežbe i pisanje izveštaja na sajtu Laboratorije (

4 Izborni predeti 1. Projekat elektrootornog pogona Izrada projekta konkretnog elektrootornog pogona: izbor opree, proračuni, dokuentacija 2. Regulacija elektrootornih pogona Proširenje i nadogradnja znanja. Učenje kroz izradu seinarskog rada. 3. Višeotorni pogoni Aktuelna oblast, priena savreenih elektrootornih pogona. Ispit = Seinarski rad

5 ELEKTROMOTORNI POGONI (ELEKTRIČNI POGONI) (ELEKTROPOGONI) Electrical Drives Elektrische Antriebe Электроприводы

6 Opšti deo PROGRAM Uvod, Osnovni principi Zagrevanje Elektrootorni pogon kao dinaički siste Pogoni sa otoria za jednosernu struju (sao nezavisna pobuda) Statika, kočenje Upravljanje Dinaika Aktuatori Pogoni sa otoria naizenične struje (sao asinhroni otori) Statika, kočenje Upravljanje asinhroni otoria Dinaika Aktuatori Vektorsko upravljanje

7 Literatura Vladan Vučković: Električni pogoni, Elektrotehnički fakultet, Beograd B.Jeftenić, et. al... ELEKTROMOTORNI POGONI zbirka rešenih zadataka, Akadeska isao, 2003 V.Vučković: Opšta teorija električnih ašina, Nauka, Beograd, B.Jurković: Elektrootorni pogoni, Školska knjiga, Zagreb, Materijali na sajtu Laboratorije - W. Leonhard: Control of Electrical Drives, Springer-Verlag Berlin, B. Bose: Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice Hall, D.W.Novotni, T.A.Lipo, Vector Control and Dynaics of AC Drives, Oxford University Press, J. Chiasson: Modeling and High-Perforance Control of Electric Machines, IEEE Press, Wiley, 2005 P.C.Krause, et.al.: Analysis of Electric Machinery and Drive Systes, 3rd Edition, Wiley, 2013 P. Vas: Sensorless Vector and Direct Torque Control, Oxford University Press, 2003

8 ZNAČAJ ELEKTROMOTORNIH POGONA 60-70% električne energije potrošene u industrijsko sektoru pretvara se u ehaničku (Izvor: International Energy Agency, 2007.) Potrošnja el.energije u pogonia po sektoria, u SAD, 2007.

9 Prednosti ŠIROK DIJAPAZON SNAGA <<1 W za satove, >>100 MW za RHE ŠIROK DIJAPAZON MOMENATA I BRZINA >> ilion N za valjaonice, >> o/in za centrifuge SKORO SVI RADNI USLOVI prinudno hlađeni, zatvoreni, potopljeni, za eksplozivnu atosferu EKOLOŠKI POZITIVNI nea goriva, gasova, vibracija, ala buka SPREMNOST ZA RAD ODMAH NA PUN TERET SKROMNO ODRŽAVANJE MALI GUBICI PRAZNOG HODA VISOK STEPEN KORISNOSTI ZNATNA PREOPTERETLJIVOST LAKO UPRAVLJANJE (brzino ili oento) SVA 4 KVADRANTA (jednostavan revers) KOČENJE SA REKUPERACIJOM ENERGIJE DUG PERIOD EKSPLOATACIJE (životni vek) MOGUĆI RAZLIČITI OBLICI KONSTRUKCIJE Mane (sao dve) ZAVISNOST OD NAPAJANJA (olovna akuulatorska baterija je 50 puta teža od goriva) MALI ODNOS SNAGA/TEŽINA

10 GLAVNI DELOVI POGONA Napajanje Pretvarač Motor Mehanička sprega Opterećenje Tehnološki proces Upravljanje, Regulacija, Zaštita, Optiizacija potrošnje energije Referentna (zadata) vrednost

11 Opterećenje

12 Opterećenje

13 Opterećenje Centrifugalna pupa Ventilator

14 Mehanička sprega - prenosnici Zupčasti prenosnici Kaišni prenosnici

15 Prenosnici - zupčasti Direktan prenos Efikasnost od 99% - 100% Prednost: Visoka efikasnost Mana: Može doći do oštećenja ako vratila nisu centrirana. Zupčasti prenos (paralelni, pod uglo, višestepeni) Efikasnost 90% - 98% Prednost: Širok opseg prenosnih odnosa, konstrukcija Mane: Veća efikasnost za veće snage i anje prenosne odnose Pužni prenos Efikasnost od 55% do 94% Prednost: Jako veliki prenosni odnos Mane: Mala efikasnost, prenos energije sao u jedno seru.

16 Prenosnici sa kaiševia i lancia Klinasti kaiš Efikasnost od 90% - 96% Prednost: Trpi nagla opterećenja, zaglavljivanja otora Mana: Efikasnost pada ispod 90% ako se ne održavaju Pljosnati kaiš Efikasnost 96% - 99% Prednost: Visoka efikasnost za velike brzine Mane: Visoka cena Lanac i lančanik Efikasnost oko 98% Prednost: Podnosi nagla opterećenja, visoke teperature Mane: Zahteva održavanje, buka.

17 Mehanički deo pogona Opterećenje Spojnica Reduktor Motor Enkoder

18 Mehanički deo pogona Enkoder Motor Reduktor Kardansko vratilo

19 Napajanje, razvod i upravljanje Rastavljači sa osiguračia Kablovi za napajanje pogona (en.pretvarača) PLC Relejni deo upravljačkog sistea

20 Energetski pretvarači

21 OBIM PREDMETA I POTREBNA PREDZNANJA: Mehanika, fizika; Električne ašine; Energetski pretvarači; Električne instalacije i reže; Sistei autoatskog upravljanja, sistei sa povratni vezaa; Elektronika, analogna i digitalna; Relejna i digitalna tehnika zaštite; Mateatika.

22 NJUTNOVA JEDNAČINA Drugi Njutnov zakon (1687. godine): d M v f dt Kod pravolinijskog kretanja: f e f d dt M v M dv dt v dm dt 0 Sir Isaac Newton gde je: f e pokretačka, otorna sila; f - otporna sila koja se suprotstavlja kretanju; M - asa; v - brzina kretanja.

23 Kod rotacionog kretanja, značajnog u pogonia: e d dt J J d dj dt dt 0 gde je: e - elektroagnetni oent otora; - ukupan otporni oent pogona, oent opterećenja; J - ukupan oent inercije pogona; - ugaona brzina. 2 d d d e J J J J 2 dt dt dt - ugaono ubrzanje; θ - trenutni ugao vratila, položaj. j - trzaj j 2 3 d d d 2 3 dt dt dt d ; dt d dt

24 Postepeno povećanje i sanjenje brzine pogona

25 Postepeno povećanje i sanjenje brzine pogona (negativna brzina)

26 MOMENT INERCIJE (definicija) r v dm

27 Eleent oenta ubrzanja (dinaička koponenta) d d koji deluje na eleent ase dm, (krutog tela ukupne ase M), prouzrokuje pri rotaciono kretanju ugaono ubrzanje d/dt. Relacija koja povezuje ove veličine je: d d r df d r dm dv dt r 2 dm d dt gde je: r - poluprečnik rotacije; df d - eleent tangentne sile koja deluje na eleent ase; v - tangentna brzina.

28 Ukupan oent ubrzanja je: d dt d M 2 d d 0 d r dm J 0 d dt Definicija oenta inercije: J M 0 r 2 dm

29 SVOĐENJE MEHANIČKIH PRENOSNIKA J Motor J p e, ω 1, ω 2 MEH. PRENOS prenosni odnos I = ω 1 / ω 2 J O Opterećenje J Motor e 1 J O Svedeno opterećenje Otporni oenat opterećenja sveden na vratilo otora, ulazno vratilo ehaničkog prenosnika, ( ') dobija se na osnovu jednakosti snaga: I

30 Moent inercije sveden na vratilo otora osnovu jednakosti kinetičkih energija: J O dobija se na J J J O 1 O 2 2 O J O J 2 O I Njutnova jednačina koja važi za siste sa slike je: 1 J J J e p O d dt Moent inercije za prenosnik se daje sveden na ulazno vratilo.

31 Pogon sa rotacioni i pravolinijski kretanje, dizalica

32 Pogon sa rotacioni i pravolinijski kretanje, dizalica. MOTOR e, ω bubanj D J Otporni oenat na vratilu otora: g M Svedeni oent inercije tereta dobija se na osnovu jednakosti kinetičkih energija: M D 1 D D M JM M v M M J Njutnova jednačina za posatrani ehanički siste je: J b D 2 J J g M D D M d e b M dt v

33 MEHANIČKA SNAGA I ENERGIJA Ako se pođe od Njutnove jednačine: d J dt e p e e p d e J dt pogonska (pokretačka) snaga; snaga opterećenja; ω J d dt Jednačina snage proena kinetičke energije. p e p Tok snage u pogonu

34 Integracijo jednačine "snage" dobija se: W e (t) t t t d We t p o ed p o d J d o d 1 W t J d W 0 t J uložena ehanička energija; W (t) - preneta ehanička energija; 1 2 J 2 - kinetička (akuulisana) energija.

35 MEHANIČKE KARAKTERISTIKE Spadaju u kategoriju STATIČKIH karakteristika pogona. Ograničićeo se na najčešće slučajeve u praksi, gde oent nije funkcija položaja (ugla) vratila. U stacionarno stanju važi: d 0 0 dt Terinologija koju ćeo koristiti: e e Prirodne karakteristike - ašina radi sa noinalni vrednostia veličina na upravljački ulazia i sa noinalni vrednostia paraetara (npr.: otor pod noinalni napono i učestanošću, bez dodatnih eleenata u kolu). Postoji sao jedna prirodna karakteristika. Prirodne karakteristike zovu se i ekonoske, jer je po pravilu rad na njia najekonoičniji. Veštačke karakteristika - dobijaju se proeno vrednosti upravljačkih veličina ili paraetara, dodavanje eleenata u kolo. Njih ože biti neograničen broj.

36 Tvrde ehaničke karakteristike e 0 0 Meke ehaničke karakteristike e 0 0 Moguće su sve kobinacije: Prirodne Veštačke Meke Tvrde Konvencija koja važi u elektrootorni pogonia: POZITIVAN SMER TOKA SNAGE U POGONU JE OD MOTORA KA OPTEREĆENJU ZNAK BRZINE: POZITIVAN: NEGATIVAN: "noralan" ser obrtanja; napred kod horizontalnog transporta; kod dizalica ser koji odgovara dizanju. "alternativan" ser obrtanja; nazad kod horizontalnog transporta; ser koji odgovara spuštanju kod dizalice.

37 Mehaničke karakteristike najčešće se grafički prikazuju u koordinatno sisteu, kod kojeg su: - horizontalna osa - oent; - vertikalna osa - brzina. U skladu sa usvojeni konvencijaa, definišu se KVADRANTI: II GENERATORSKI el. ašina kao generator opterećenje daje energiju +ω Horizontalna i vertikalna osa ogu da zaene esta I MOTORNI el. ašina kao otor opterećenje pria energiju + III MOTORNI el. ašina kao otor opterećenje pria energiju IV GENERATORSKI el. ašina kao generator opterećenje daje energiju ω

38 Karakteristike najčešće korišćenih otora: ω SM Max. ω JM NP Turbina S.U.S. JM RP AM

39 Tipična ehanička karakteristika regulisanog elektrootornog pogona ω 1 regulacija bez statičke greške 2 regulacija sa statičko greško ω 1 1 ω 2 2 ω 3 1 ω ax + ax +

40 Najveći broj ovih karakteristika ože se prikazati izrazo: gde je: 0 - no - MEHANIČKE KARAKTERISTIKE OPTEREĆENJA k 0 no 0 no oent praznog hoda, sopstveno trenje; noinalan oent opterećenja (noinalan teret i noinalna brzina); k - koeficijent opterećenja (k no =1); = 0 = 1 > 1 = 1 oent ne zavisi od brzine (npr. potencijalna koponenta otpornog oenta dizalice); kalanderska karakteristika; ventilatorska" karakteristika (npr. ventilatori, pupe, centrifuge); karakteristika stalne snage (npr. alatne ašine).

41 Grafički prikaz karakteristika opterećenja ω α= 1 α=0 α=1 α >1 0 0 reaktivna priroda α=0 α=1 α >1 potencijalna priroda α= 1

42 STATIČKA STABILNOST RADNA TAČKA ili TAČKA STACIONARNOG STANJA je tačka u kojoj sve proenljive posatranog sistea iaju stalne vrednosti, odnosno: d * dt 0 Za sistee koji se posle kratkotrajnog poreećaja vraćaju u prvobitnu radnu tačku kaže se da su STABILNI. Ako je ova osobina svojstvena sao neki radni tačkaa onda se za njih kaže da su STABILNE RADNE TAČKE.

43 Na osnovu gornjih definicija izvešćeo kriteriju statičke stabilnosti za pogon u koe važe sledeće pretpostavke: oenti otora i opterećenja ne zavise od položaja vratila (ugla); vree trajanja elektroagnetnih prelaznih procesa je zanearljivo. Jednačina koja opisuje ovakav siste pogon, je: d J e t t dt,, U posatranoj radnoj tački stacionarno stanju, pri brzini ω 1, važi: e 1 1 Linearizacijo gornje diferencijalne jednačine u okolini posatrane radne tačke 1 dobija se izraz: J d dt e 1 1

44 Uvođenje sene: k e 1 Obratiti pažnju na znak. Dobija se linearna diferencijalna jednačina: J k d dt 0 Rešenje ove jednačine je: t 0 e kt J gde je: 0 vrednost proene brzine u t = 0.

45 Na osnovu date definicije stabilnosti potreban uslov stabilnosti u radnoj tački je: odnosno: k > 0 e 1 1 U slučaju: k = 0 siste je indiferentan; k < 0 siste je nestabilan u posatranoj radnoj tački.

46 ω e - <0 ω ω 1 Δω(0) e k > 0 t e1 = 1 Stabilno stanje

47 ω ω ω 1 Δω(0) e k = 0 t Indiferentan slučaj

48 ω 1 ω e - >0 Δω(0) ω e k < 0 t e1 = 1 Nestabilno stanje

49 ω S S e v1 diz S 0.5 v N Realni slučajevi e,