kströssknen (Kp 8)
Användnngsoråden (I) DC-skner byggs ör ycket olk eektoråden, llt rån W tll MW. Ett sätt tt klsscer de kn vr eter nvändnngen: ndstrell. Stor genertorer och otorer ör vlsverk, krnr,verktygsskner ed eekter er än någon kw. De är vnlgen tde rån AC-nätet geno strörktre; såotorer. Motorer ör hndverktyg, strtotorer blr, hshållstrstnng. De lknr ndstrell en hr enklre konstrkton; ycket så otorer t.ex. leksker, skvnnen, skrvre, bndspelre, xskner eller edcnsk tlläpnngr; trkton (t.ex. tåg, spårvgnr, tnnelbnetåg). Motorer ör btterdrvn ordon; ställdon reglerkretsr. Ot trstde ed pernentgnetält; specl. njärotorer, sprlednde ältlndnngr, specell konstrktoner; nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Användnngsoråden (II) Den trdtonell ördelen ed lkströsskner (eller DCskner) hr vrt tt de är lätt tt styr. Svårgheten ed de hr vrt tt de är er koplcerde tt tllverk och nderhåll än växelströsskner på grnd v kottorer. Växelströsskner å ndr sdn hr vrt svårre tt styr en på grnd v tvecklngen no krtelektronken hr nvändnngen v både synkron- och synkronskner ökt enort. nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Grndläggnde prncper (I) Kottorn år ströen slngn tt byt rktnng! Moentplstoner Fnre ndelnng v kottorn! otton Spännng ndcers (ndktonslgen och enz lg)! Fgr 8.1. Grndläggnde prncp ör lkströsotor. Ströen slngn vänds på grnd v en enkel kottor. Vrdoentet lkterr so en lkrktd snskrv. nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Grndläggnde prncper (II) - Konstrkton otorlndnng (nkrlndnng, eng. rtre wndng) Sttorlndnng (ältlndnng, eng. eld wndng) Fältet kn generers ed hjälp v pernentgneter Kopenstonslndnng Fgr 8.2. Prncpbld v genoskren DC-otor. nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Grndläggnde prncper (III) - Moentbldnng och ndcerd spännng Vrdoent: Indcerd spännng: e Fgr 8.2. Prncpbld v genoskren DC-otor. nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK Ankrlöde Spännngsekvtonen ör rotorkretsen På tllståndsor kn spännngsekvtonen skrvs på två sätt (vktgt o ej konstnt!) Grndläggnde dynk (I) - otorkretsen Fgr 8.3. otorkretsen en lkströsotor. dt d dt d dt d
Grndläggnde dynk (II) - Fältkretsen Fältlöde Spännngsekvtonen ör rotorkretsen OBS kn vr väldgt stor 10 H ej orlgt! d dt Fältströen är br en bråkdel v nkrströen. Dett nnebär tt klenre ledre nvänds ör ältlndnngen vlket leder tll tt blr gnsk stor! Ändå gäller: nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Grndläggnde dynk (III) - Exctton v ältet Seprtgnetserd Seregnetserd Shnt-gnetserd Copond-gnetserd Pernentgnetserd (även borstlös) Fgr 8.4. Kretsbeskrvnng v ) seprtgnetserd, b) seregnetserd och c) shnt-gnetserd lkströsskn. Noter tt rotorlndnngens pretrr rån gr 8.3 nte är edtgn. A1, A2 och F1, F2 är nsltnngrn ör rotorlndnngen (A) respektve ältlndnngen (F). nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Grndläggnde dynk (IV) - Exctton v ältet Fgr 8.5. En PM-otor. Fgr 8.6. En borstlös PM-lkströsskn. nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Dynsk odeller (I) vå ll stders: Seprtgnetserd lkströsskn Seregnetserd lkströsskn För båd gäller Newtons ndr lg: d dt ( J ) d I nlysen örtsätts tt vrken sttor- eller rotorkretsen ätts vlket betyder tt och är konstnt! nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Dynsk odeller (II) - Seprtgnetserd M Elektrsk ekvtonern: d e d dt Eterso drvnde oent och vrvtl är kopplt elln de elektrsk ekvtonern och den eknsk (dvs Newtons ndr lg) så är det reslternde dynsk systeet v ndr ordnngen! nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Dynsk odeller (III) - Seregnetserd M Fältlndnngen och nkrlndnngen är serekopplde s strö lyter båd, dvs: OBS: Kottorn ser tll tt ältlödet och nkrlödet är ortogonl trots tt s strö lyter båd lndnngrn. Eterso ältlödet ges v: så kn de elektrsk ekvtonern skrvs: e Observer tt ör en typsk seprtgnetserd lkströsskn så är << vlket betyder tt n nte kn t en seprtgnetserd skn och gör o den tll en seregnetserd tn tt lnd o ältlndnngen! 2 nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK Dynsk odeller (IV) - Seregnetserd M Den dynsk ekvtonen ges ör en seregnetserd lkströsskn v: eterso ältkretsen är serekoppld ed nkrkretsen. Observer tt: Alltså: Den dynsk elektrsk ekvtonen kn lltså skrvs: dt d dt d dt d dt d dt d dt d
Dynsk krktärstk ör lkströsskner ed konstnt ält Dett vsntt (8.5) hör egentlgen est hop ed vsntt 8.6 Anlys v dynken ör en lkströsskn ed konstnt ält so v spr tlls n gått geno plce-trnsorton eglerteknk! nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Dynsk krktärstk ör lkströsskner ed konstnt ält (I) För tt kvnter dynsk prestnd ör en elektrsk skn nvänder n typskt någr v öljnde ätetl: Den elektrsk tdskonstnten Anloppstden nl Den eknsk tdskonstnten ek Ströstgtden nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK Dynsk krktärstk ör lkströsskner ed konstnt ält (II) Den elektrsk tdskonstnten deners so: För tt ppsktt den eknsk tdskonstnten så ntr n tt den elektrodynsk delen v sknen är oentn (dett är korrekt enngen << ek ). Alltså örss nverk v vlket ger: O dett sätts n den dynsk ekvtonen ör den eknsk delen (dvs Newtons ndr lg) år v: d e 2 2 2 1 ek J dt d J
Dynsk krktärstk ör lkströsskner ed konstnt ält (III) Anloppstden deners so den td det tr tt nå ärkvrvtl ( n ) rån stllstående då otorn ccelerers ed ärkoent ( n ) och sknen är obelstd ( =0): J n nl n Ströstgtden beräkns r rotorkretsens elektrsk ekvton geno tt beräkn strödervtn vd stllstående ( =0). Ströstgtden är den td det tr ör rotorströen tt nå ärkströ ( n ) rån 0 då ärkspännng ( n ) läggs på vd tden t=0 (ren räknestorhet!): nl J n n n n n n nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Dynsk krktärstk ör lkströsskner ed konstnt ält (IV) ypsk värden ör en (lten) lkströsskn: Den elektrsk tdskonstnten [10..60 s] Anloppstden nl [1..2 s] (så servon), nl [100..400 s] (nd) Den eknsk tdskonstnten ek [10..20 s] Ströstgtden [1..4 s] nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Dynsk krktärstk ör lkströsskner ed konstnt ält (V) Exepel: Strööknng lkströsskn En lkströsotor hr öljnde dt: = 23 H, = 3.5, = 0.6 V/rd/s, J = 0.0026 kg2,,ärk = 200 V,,ärk = 5 A, n n = 2000 rp Motorns vrdoent sk, tgående rån t=0, nder en perod på t 1 =0.6 s öks tll ärkoent. Hr stor spännng sk läggs på rotorn, o den står stll när ströen börjr ök? Motver! nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Dynsk krktärstk ör lkströsskner ed konstnt ält (VI) ösnng: Motorns elektrsk och eknsk tdskonstnter är 0.023 3.5 Eterso ströen skll ök på 0.6 s << ek kn n nt tt otorn nte hnner börj roter nänvärt nder tden ströen ökr. Däred är den vrvtlsberoende ek:n (e ) nder trnsenten pproxtvt noll. Dessto är den resstv teren ( ) lten jäört ed strödervtteren ( d/dt). Strökrvoren kn därör pproxers so en rät lnje ed ltnngen Eter t=t 1 =0.6 s sk otorn ge ärkoent, dvs (t 1 )=,ärk = 5 A. Dett ger spännngen: s 6.6 s d dt, ek konst d dt J 2 2310 3 0.0026 3.5 s 25 s 2 0.6 5 0.6 10 3 V 192 V nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Anlys v dynken ör en lkströsskn ed konstnt ält Dett vsntt (8.6) spr v tlls n gått geno plcetrnsorton eglerteknk! nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Sttonär nlys (I) V skll här ndersök de sttonär sbnden ör någr olk typer v lkströsskner. Specellt skll v nlyser hr vnkelhstgheten beror v styrspännng och v belstnngsoent. I otorn ed konstnt ält nns endst en styrvrbel tllgänglg, nälgen den pålgd kläspännngen på rotorkretsen ( ). Dett brkr klls nkrstyrnng (rtre control) eller rotorstyrnng. O n kn npler den pålgd ältspännngen kn också ältets storlek ( ) styrs. Denn styrnng klls ältstyrnng (eld control). Observer tt det n enr ed sttonär nlys eller sttonär drt är tt ll tdsdervtor sätts lk ed 0! nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK otorekvtonen ( sttonärtet dvs då d /dt=0) ger: Newtons ndr lg ( sttonärtet dvs då d/dt=0) och oentekvtonen ger: llsns ger ovnstående ttryck: Sttonär nlys (II) - kströsskn ed konstnt löde d b 2 1
Sttonär nlys (III) - kströsskn ed konstnt löde Uttrycket nedn beskrver lstoentet so nkton v vrvtl och nkrspännng: 2 Grskt kn dett åskådlggörs so rät lnjer enlgt gren nedn: b öknde rotorspännng Fgr 8.11. Moent so nkton v vnkelhstgheten sttonärtet ör en otor ed konstnt ält. nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Sttonär nlys (IV) - kströsskn ed konstnt löde Exepel:Hss En konstntgnetserd lkströsotor drver en hss. Hsslnn rlls pp på en tr ed r = 0.2 rde. Melln otorn och trn nns en växel so ger 1 vrv på trn ör 50 vrv på otorn, dvs tväxlngen = 50. Hsskorgens vkt är blnserd ed en otvkt. Drten är reglerd så tt ppordrngshstgheten är konstnt 1 /s. Vd ett tllälle drvs hssen ärkdrt ed rotorströen 10 A. otorresstnsen =2 och otorkonstnten = 2 Vs. Beräkn hr ycket hsspssgerrn väger! Beräkn även otorns ärkspännng, ärkeekt och ärkvrvtl. nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Sttonär nlys (V) - kströsskn ed konstnt löde ösnng: Eterso otorströen är känd kn oentet beräkns. Geno växelns tväxlng och lntrns rde kn sedn vkten v pssgerrn beräkns: el tr M g r 210 el el M 20 N g r 50 20 9.810.2 510 kg nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Sttonär nlys (VI) - Fältstyrnng och ältörsvgnng Geno tt vrer ältströen hr n ytterlgre en styrvrbel tllgänglg. Dett sker geno tt ändr på spännngen tll ältlndnngen. I odellen ör seprtgnetserde otorn syns dett på tt kn styrs no vss gränser. Sytet ed ältstyrnngen är tt höj otorns vnkelhstghet vd redcerd belstnng. Prset ör dett är tt höj rotorströen (eller nsk vrdoentet). En nsknng v edör en ökd slthstghet och en ökd ströstyrk rotorn. Motorn ed redcert ält blr således svgre ör en vss strö än ed llt ält. Fältstyrnng nvänds dock precs vd sådn ll, när n vll åstdko en hög vnkelhstghet. nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Sttonär nlys (VII) - Fältstyrnng och ältörsvgnng Observer tt ttrycket ör lstoentet so nkton v vrvtl och nkrspännng ortrnde gäller: 2 O n vrerr och håller konstnt så år n oentvrvtls-sbnd enlg gren nedn. strkt ält b svgt ält Fgr 8.12. Moent so nkton v vnkelhstgheten sttonrtet ör en otor vd olk grder v ältörsvgnng (nsknde ). njär odellen är nte gltg ör stor oent (stor strör). nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Sttonär nlys (VIII) - Fältstyrnng och ältörsvgnng O n tecknr den eknsk eekten r det sttonär oentet och vrvtlet så koer tt örkorts bort: O både strö och spännng hålls konstnt betyder det tt även prodkten är konstnt, vlket betyder konstnt eekt. Denn nkton kn ses so den hyperbel so begränsr krvskrn gr 8.12. Hstgheten kn ök på bekostnd v oentet. strkt ält Fgr 8.12. svgt ält nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Sttonär nlys (IX) - Fältstyrnng och ältörsvgnng Både den eknsk tdskonstnten ek och nloppstden nl ökr vd ältörsvgnng. Den eknsk tdskonstnten ökr proportonellt ot 1/ 2. Dets gäller nloppstden vlket är enkelt tt vs. V ttrycker ältörsvgnngen ed en ktor, no ( 1) [per nt] där,no är den nonell otorkonstnten (tn ältörsvgnng). De sttonär ekvtonern vsr tt vnkelhstgheten n vd nollst höjs ed en ktor,no /. Stdgt sänks oentet tll ( /,no ) n. Den eknsk nloppstden blr däred nl J n n, no 2 nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Sttonär nlys (X) - Sereskn Sttonär lösnng tll seresknens oentekvton: 2 l Ströen ökr lltså ndre än ör en seprtgnetserd otor vd en öknde belstnng. otorekvtonen ger tllsns ed oentekvtonen ett sbnd elln vnkelhstgheten och lstoentet l där = +. I togång (obelstd otor) ntyder ekvtonen tt hstgheten blr oändlg. Vd större oent nskr hstgheten ot noll. Däreot är nte denn odell gltg vd högre oent, eterso ättnng ppträder. 2 nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK
Sttonär nlys (XI) - Sereskn Sbndet elln vnkelhstgheten och lstoentet ör seresknen, dvs åskådlggörs gren nedn. 2 Fgr 8.13. Moent so nkton v vnkelhstgheten sttonärtet ör en sereotor. Noter tt lnjär gnetserng nte är gltg vd högre oent pg gnetsk ättnng. nds nverstet / nds teknsk högskol / Indstrell Elektroteknk / PK