Likströmsmaskinen. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Transkript

1 Likströmsmskinen Olof Smuelsson Industriell Elektroteknik och Automtion

2 Översikt Elektromgnetisk krftverkn Motortyper Likströmsmotor Synkronmotor Vridmoment i elmotor Inducerd emk i elmotor Likströmsmotorn mer i detlj Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 2

3 Likströmsmskinen = ~

4 Strömförnde ledre i mgnetfält B i F Krftverkn vill jämn ut fältfördelningen Smverknde fält får mer plts Ledren rör sig mot motverknde fält åt höger Eller q vxb = F Högerhndsregeln (I tumme, B pekfinger, F långfinger) Krften på ledren är F=Bil, där l är ledrens längd Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 4

5 Strömförnde ledre i järn Strömförnde ledre, med ström in/ut ur ppperets pln Permnent mgneter, mgnetiserde uppåt/nedåt i ppperets pln ) c) Sttisk del Rörlig del Rörlig del S + R Krftverkn vill jämn ut fältfördelningen Smverknde fält får mer plts krft på mgnet åt vänster Ledren mot motverknde fält krft på ledren åt höger Endst mgneter rörlig F=Bil på vrje ledre Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 5

6 Linjär rörelse Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 6

7 Roternde rörelse från generisk Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 7

8 Permnentmgnetiserd (PM) elmotor Mgneter på rotorn som i PMSM (synkronmotor) Ström i lindning i sttorn F=Bil Demo: PMSM-rotor Mgneter i sttorn som i likströmsmotor Ström i lindning i rotorn F=Bil Demo: LM-sttor Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 8

9 PM-rotor: Skp krft och vridmoment F=Bil Krft på ledrn upptill (nedtill ) Krft på rotorn upptill (nedtill ) Endst rotorn rörlig: Vridmoment moturs Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 9

10 PM-rotor: Mximer krft och vridmoment F=Bil och vridmoment moturs Led ström i ll lindningr In i bilden upptill Ut ur bilden nedtill Ström ut ur bilden Ström in i bilden i ll ledre i ll ledre Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 10

11 PM-rotor: Mximer krft och vridmoment Mgnetern ger ett mgnetiskt rotorflöde riktt uppåt Lindningrn ger ett mgnetiskt sttorflöde riktt åt vänster Mximlt vridmoment vid 90 vinkelskillnd Ström ut ur bilden Ström in i bilden i ll ledre i ll ledre Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 11

12 PM-rotor: Låt rotorn roter Rotorflödet ställer sig i sttorflödets riktning och vridmoment blir noll Om mn kunde vrid runt sttorflödet på något sätt så hde rotorn följt med Demo: PMSM + DC Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 12

13 PM-sttor: Skp krft och vridmoment F=Bil Krft på ledrn upptill (nedtill ) Vridmoment på rotorn moturs Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 13

14 PM-sttor: Mximer krft och vridmoment Mgnetern ger ett flöde riktt neråt Lindningrn ger ett flöde riktt åt vänster Mximlt vridmoment vid 90 vinkelskillnd Ström ut ur bilden Ström in i bilden Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 14

15 PM-sttor: Låt rotorn roter Rotorflödet ställer sig i sttorflödets riktning, vridmoment försvinner Om rotorflödet inte stt fst i rotorn utn kunde fortsätt vr riktt åt vänster medn rotorn rör sig... Byt strömriktning i ett ledrpr i tget Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 15

16 Kommuttor En meknisk växelriktre monterd på rotorn klld kommuttor kopplr om strömmrn i rotorn så tt riktningen på rotorflödet bibehålls Likström går br: Det är en likströmsmotor! Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 16

17 Animering v likströmsmotor Här är vinkelskillnden melln flöden liten <<90 ( 90 mer normlt) Här är endst mitt- tnden röd resp grön (normlt utnyttjs hel vrvet)

18 Likströmsmotorns vridmoment Vridmoment är krft gånger hävrm Hävrmen konstnt F=Bil F=Bil För PM-sttor är B konstnt Längden konstnt Likströmmen i vgör krften F Vridmomentet T=Ψ m i Ψ m är flödet från permnentmgneterns mgnetisering i är rotorströmmen, står för nkre (eng. rmture) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 18

19 Likströmsmotorns rotorspänning Kom ihåg synkrongenertorn Roternde mgnetflöde i lindningsvrv ger Φ(t)=Φ topp cosωt I lindningsvrvet inducers en emk e(t)=-dφ(t)dt=ωφ topp sinωt I N lindningsvrv inducers e(t)=ωnφ topp sinωt=ωψ m sinωt Frekvens och mplitud beror direkt på xelvrvtlet ω Likströmsmotorn Mgnetern sitter still och lindningen rör sig kvittr Kommuttorn likriktr e(t) Kurvformen kring Φ(t)=0 uppreps, cosωt=0 sinωt=1 e(t)=e =ωψ m en likspänning proportionell mot xelvrvtlet ω Demo: LM e(t) PMSM + diodbrygg Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 19

20 Likströmsmskinens mtemtisk modell I rotorn finns dessutom lindningsresistns R och läckinduktns L Rotorkretsen u = R Vridmoment i + L di dt +ω ψ m i R T=ψ m i dω J = dt T T L Eleffekten e i =(ωψ m )(T/Ψ m )=ωt=meknisk effekt Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson u L e Simulink: LM_DC 20

21 Vrvtl vid konstnt u Gör diffekvtionern sttionär Lös ut ω och i Kombiner L m L m T i T T i R u = = + = ψ ψ ω 0 m L m T i i R u ψ ψ ω / ) / ( = = m m L T R u ψ ψ ω / ) / ( = Ψ m ω T L R i u Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 21

22 Konstnt vrvtl u behöver ök med T L u Ψ m ω R i T L

23 Seprtmgnetiserd likströmsmskin I stället för permnentmgnet kn en elektromgnet nvänds Flödet inte fixert utn kn väljs med fältspänningen eller snrre fältströmmen: Ψ m (i f ) + u + u f Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 23

24 Seriemgnetiserd likströmsmotor + u - Rotorströmmen även fältström i f =i Momentet oberoende v strömmens tecken Växelström går br! T =ψ m i = Lm i 2 Klls llströmsmotor (dmmsugre, borrmskin) Demo: Borrmskin Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 24

25 Kvdrnter från förr föreläsningen i i i i u u u u 1-kvdrnt 2-kvdrnt 2-kvdrnt 4-kvdrnt Krftelektronisk omvndlre i + u - Likströmsmotor: vrvtl~spänning moment~ström Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 25

26 Krftelektronik för LM Enkvdrnt LS-omvndlre Driv motorn i en riktning Inte broms och inte bck Tvåkvdrnt LS-omvndlre Driv motorn i en riktning smt motorbroms Inte bck Fyrkvdrnt LS-omvndlre Driv motorn i båd riktningr Motorbroms i båd riktningr Simulink: LM_PWM Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Smuelsson 26

27 Smmnfttning Permnentmgneter i en elmotor skpr ett Krften på en ledre (längd l, ström i) i ett mgnetfält B är och krften på mgnetern som skpr fältet B är Högerhndsregeln gäller... Ett nnt sätt tt beskriv moment är smverkn melln två Mximlt moment uppstår när Kommuttorns roll i likströmsmotorn är tt I en permnentmgnetiserd likströmsmotor är vridmomentet T=, inducerd likspänning e =, spänningsekvtionen u = Likströmsmotor och tillhörnde krftelektronik drivs i 1, 2, 4 Motor i dmmsugre/borrmskin hr kommuttor men kn drivs med växelspänning eftersom 27

28