Likströmsmskinen Olof Smuelsson Industriell Elektroteknik och Automtion
Översikt Elektromgnetisk krftverkn Motortyper Likströmsmotor Synkronmotor Vridmoment i elmotor Inducerd emk i elmotor Likströmsmotorn mer i detlj Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 2
Likströmsmskinen = ~ Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 3
Strömförnde ledre i mgnetfält B i 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/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 4
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 vill flytt sig mot motverknde fält krft åt höger Endst mgneter rörlig F=Bil på vrje ledre Ström motstt riktd krft motstt riktd Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 5
Linjär rörelse Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 6
Roternde rörelse från generisk Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 7
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/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 8
PM-rotor: Skp krft och vridmoment F=Bil Krft på ledrn upptill (nedtill ) Krft på rotorn upptill (nedtill ) Endst rotorn rörlig: Vridmoment på moturs Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 9
PM-rotor: Mximer krft och vridmoment F=Bil och vridmoment moturs Led ström i ll lindningr In i bilden upptill Ut ur bilden nedtill ur bilde en Ström in i bilde en re i ll led dre röm ut ll led St i Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 10
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 ur bilde en Ström in i bilde en re i ll led dre röm ut ll led St i Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 11
PM-rotor: Låt rotorn roter Rotorflödet ställer in 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/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 12
PM-sttor: Skp krft och vridmoment F=Bil Krft på ledrn upptill (nedtill ) Vridmoment på rotorn moturs Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 13
PM-sttor: Mximer krft och vridmoment en n i bilde Ström in en S ur bilde Mgnetern ger ett flöde riktt neråt Lindningrn ger ett flöde riktt åt vänster Mximlt vridmoment vid 90 vinkelskillnd röm ut St Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 14
PM-sttor: Låt rotorn roter Rotorflödet ställer in sig i sttorflödets riktning och 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/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 15
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/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 16
Animering v likströmsmotor Här är vinkelskillnden melln flöden liten <<90 Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 17
Likströmsmotorns vridmoment Vridmoment är krft gånger hävrm F=Bil Hävrmen konstnt F=Bil För PM-sttor är B konstnt Längden konstnt Likströmmen i vgör krften F Vridmomentet T= m i m är flödet från permnentmgneterns mgnetisering i är rotorströmmen, står för nkre (eng. rmture) Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 18
Likströmsmotorns rotorspänning Kom ihåg synkrongenertorn Roternde mgnetflöde i lindningsvrv ger (t)= topp cos t I lindningsvrvet inducers en emk e(t)=-d (t)dt= () toppsin t I N lindningsvrv inducers e(t)= N topp sin t= m sin t Frekvens och mplitud beror direkt på xelvrvtlet Likströmsmotorn Mgnetern sitter still och lindningen rör sig kvittr Kommuttorn likriktr e(t) Kurvformen närmst (t)=0 uppreps cos t=0 sin t=1 e(t)=e = m en likspänning proportionell mot xelvrvtlet Demo: LM e(t) PMSM + diodbrygg Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 19
Likströmsmskinens mtemtisk modell I rotorn finns dessutom lindningsresistns R och läckinduktns L Rotorkretsen u R Vridmoment i L di dt m i R T= m i u L d J T T L e dt Eleffekten e i =( m )(T/ m )= T=meknisk effekt Simulink: LM_DC Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 20
Seprtmgnetiserd likströmsmskin I stället för permnentmgnet kn en elektromgnet nvänds Flödet är då inte fixert utn kn väljs med fältspänningen u u f Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 21
Seriemgnetiserd likströmsmotor + u - Rotorströmmen även fältström Momentet oberoende v strömmens tecken T m i Lm i 2 Växelström går br! Klls llströmsmotor (dmmsugre, borrmskin) Demo: Borrmskin Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 22
Vrvtl vid konstnt u Gör diffekvtionern sttionär u R i Lös ut och i L 0 T T m m i ( u R i ) / i T L / Kombiner m T m L u m R u R T i ( ) L m m T L / ) / Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 23
Konstnt vrvtl u behöver ök med T L u m R i T L Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 24
Kvdrnter i i i i u u u u 1-kvdrnt 2-kvdrnt 2-kvdrnt 4-kvdrnt + i Krftelektronisk omvndlre u - Likströmsmotor: t vrvtl~spänning moment~ström Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 25
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/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 26
Smmnfttning Elmotor hr oft permnentmgneter och lindning F=Bil ger krft på en strömförnde ledre i mgnetfält Sttor och rotor skpr vrsitt mgnetflöde Moment bilds när flöden strävr efter tt h smm riktning Mximlt moment vid 90 vinkelskillnd I likströmsmskinen håller kommuttorn vinkeln konstnt 90 Permnentmgnetiserd likströmsmotor Vridmoment T= m i Inducerd likspänning e = m Spänningsekvtion u =R i +L di /dt+e Seprtmgnetiserd LM hr egen likspänningskäll Motor i dmmsugre/borrmskin hr kommuttor Seriemgnetiserd LM mts med växelspänning Lunds universitet / LTH/ Mätteknik och industriell elektroteknik/ IEA Elenergiteknik Olof Smuelsson 27