PrekidaPrekidackicki reluktantni motori reluktantni motoriili SR motoriili SR motori

q Jednostavne strukture

q Namotaji koncentrisani i samo na statoru

q Rotor laminirani feromagnetik

q Radi na principu varijabilne reluktanse

2~ ΨF

Sila tezi da ih dovede

u polozaj min=ℜì

6 statorskih polova2 rotorska pola

Izgled trofaznog

namota na statoru

A

B

A

A

A

A

B

B

B

B rs pp ≠

SW

RW

A B C

Par naspramnih polova zine namotaje jedne faze

gde je magnetne energija

a ako je , gde je

èW

Mconstø m

∂∂

−=⇒= mW

dVdHBWV

H

m ∫∫ ∫∫

⋅⋅==0

.consti =è

WM m

∂

′∂=

∫∫ ⋅⋅==′′ H

m dHBW0

0

B

H

θ∂∂

⋅⋅ AA

Aem

LiM 2

21

~

faza A

Rè

Ai

emM

èLA

∂∂

minL

Rè

Rè

Rè

maxL

AL

ì

AA

NL

ℜ=

2

S

δµµ ⋅=ℜ

0

1

δ δ duzina zazora ; S - površina koju prodiru linije fluksa

Pol rotora je širi od pola statora pa postojemargine gde je

−=

2.

DWW

constL SRA

Ro tor

Stato r

Uslov postojanja momenta u svakoj tacki

fazabrojnjegdenDð

WS −≥⋅

⋅;

12

(( )) (( ))∫∫ −−⇒⇒⋅⋅⋅⋅

==2

1

minmax21

~1 è

èSRSR LLMèdèM

èèMmaxL

minL1è

2è

Vrednost momenta proporcionalna strmini AL

Ako je moment ceizgledati kao na grafiku

Generatorski

rad ne zavisi

od smera struje

Moguceunipolarnonapajanje

AM

∑ M

CM

BM Rè

Rè

Rè

.constiA =

( )2~ iM

Rè

Pretvarac za napajanje SR motoraPretvarac za napajanje SR motora

ako je .constiA =

AAA iLø ⋅=

RAA

A ùiè

Ltè

èø

dtød

e ⋅⋅∂

∂=

∂∂⋅

∂∂==

+

E

A B C

Ae

1QISM

X

q potrebno poznavati polozaj rotora q moment je impulsnog karakteraq umanjena snaga u oblasti slabljenja polja

q cenaq jednostavnostq nema indukovanja napona pri havarijama

ÈoperkvU kvU⋅⋅1,0 polI

Kod reostatske kontrolemotora celokupna polaznastruja povlaci se iz mre�e.

Pretpostavka: Coper nema gubitaka

polkvizlul

izlkv III

U

UI ⋅⋅==⇒⇒⋅⋅==⇒⇒ 1,0

U slucaju reostatske kontrole deo napona jena otpornicima. Polazna struja seogranicava redno paralelnim sprezanjem.

Prekidaci za prikljucenje serijskog otpora moraju bitispecijalne izrade. Poseduju duvace elektricnog luka.

Parazitna kapacitivnost

Parazitna induktivnostotpornika pL

motoraI

Induktivnost armature,kontaktnog voda,…

Pri otvaranju prekidaca struja se nemo�e trenutno uspostaviti kroz

pa c se na samom prekidacu indukovati:pL

dt

diLU p

psw ⋅⋅==

Na parazitnim kapacitivnostima napon se pove�avadok se ne pojavi proboj na prekida�u- elektri�ni luk.Struja ovog luk se mora prekinuti.

Duva�i luka mogu biti na principu komprimovanogvazduha ili na elektromagnetnom principu. Prekida�ikoji rade na ovom principu moraju se odr�avati (menjati).

Srednje vreme izmedju dva kvara (MTBF - MEAN TIME BETWEEN FAILURE) je za red veli�ine manje nego kod �opera.

Rekuperativno ko�enje je veoma ote�ano jer jeredni motor J.S. u generatorskom re�imu nestabilan.Svodi se na dinami�ko i protivstrujno ko�enje.

max; øøùù kr ==<<

Pošto je malo radi se samo za i tada sukarakteristike motora jednake motoru sa nezavisnompobudom.

maxøø ==krù

 

∑∑⋅⋅⋅⋅

==R

ùKI e

amaxÖ

∑∑⋅⋅⋅⋅

−−==R

ùKÌ e

åì

2max

2 Ö

(( )) ae IRùK ⋅⋅==⋅⋅⋅⋅ ∑∑maxÖ

,..., pobudearmatureotpor aI

sR

E

Mana je da se ovim ko�enjemvozilo ne mo�e zaustaviti. Zatose upotrebljava protiv strujnoko�enje. Ono se realizujeukrštanjem armaturnog i pobudnognamotaja.

ù

0==Rs

∑∑ ++== pa RRR

Za datu brzinu ko�ioni momenat se menja nagibom krive,odnosno promenom serijskog otpornika (ne mo�emo menjati fluks jer bi izašli iz ) . maxøø ==

M

Prelasku na protivstrujno ko�enjeprethodi beznaponsko stanje. Pastoga na ovim prekida�ima nisuneophodni duva�i luka.

M

MA

B

MR PS

PS MR

A B

.koèjnoprotivstruzaPS

radmotornizaMR

−−−−

Predavanja iz VUCE

Za vrlo male brzine promenom mo�e se promeniti ko�ioni momenat.

SR

M

ù

0==SR

M

SR

A

B

KVUL

Predavanja iz VUCE

q Impulsni karakter vu�ne sileq Du�ina rada bez kvaraq Udobnost putovanjaq Nepovoljan energetski bilans (nema rekuperacije)

Reostatska kontrola

q Jednostavnost

Predavanja iz VUCE

Srednja vrednost snage svih motornihkola podzemne �eleznice u jednom gradu u toku

jedne godine

%115

%5,3 %5,11 %51 %30 %10%9

nicipodsta

usnageGubici

vodu

kontaktnomu

snageGubici

.. koèdin

procesuuR

uGubitak

Smotoru

uGubicinjukreta

Otpor matizacijakli

iGrejanje

%100

vozilu

predatasnagaPk −− O�ekivano je da gubici ubudu veliki jer su periodi vo�nje

stalnom brzinom kratki.

SR

Predavanja iz VUCE

��operska regulacija vuoperska regulacija vu��ne silene sile

MGP A

B

mL

Filter

Èoper

KV

ÈoperKVUMU

KVI MI

(zanemarujemo gubitke u�operu)pri tome je klu�na osobina �operapodešavanje napona bez gubitakasnage: [ ]kvm UU ,0∈

1→ηkvm PP =⇒

Predavanja iz VUCE

�OPER Spušta� napona "BUCK"

E++ ++

∞∞→→L

IU

++

E

XU

XUT T2

LIulI

izlI

ont

LI LI

- indeks modulacijem

T

tm on== EmU i ⋅⋅==

Pošto je strujumo�emo

smatrati konstantnom!

∞∞→→L

- struja prigušniceLI

Lul ImIsr

⋅⋅==

kontinualno podešavanje od 0 do E snaga:

LL IEImEP ⋅⋅⋅⋅⋅⋅== ~

Veli�ina prekida�a: EIAV L ⋅⋅⋅⋅∑∑ ~

Predavanja iz VUCE

Podiza� napona "BOOST"

Pošto je strujumo�emo

smatrati konstantnom!

∞∞→→L ++E XU

++++

IU

XUT T2

ont

ulI

izlI

IUSrednja vrednost mora biti jednaka

xUE

Kontinualno podešavanje od do E ∞∞

LIEP ⋅⋅~

∑∑ >>⋅⋅⋅⋅ )(~ EUIUAV iLi

Snaga:

Veli�ina prekida�a:

Predavanja iz VUCE

Obrta�i napona"BUCK - BOOST"

Pošto je strujumo�emo

smatrati konstantnom!

∞∞→→L

Srednja vrednost napona na prigušnici 0==xU

mEm

U i −−⋅⋅

==1

Mo�e davati manji ili ve�i napon od ulaznog

Snaga:

Veli�ina prekida�a:

2~ LIE

P⋅⋅

∑∑ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ LIEAV 2~

E

++

++++IUXU

T T2ont

XU

ulI

izlI

izlIulI

LI LI

E

IU−−

Predavanja iz VUCE

Veli�ina prekida�a se definiše kao .∑∑ ⋅⋅ AV

U vu�i se koristi samo prva vrsta �opera (BUCK). Motor je okarakterisan nominalnim

naponom i on je jednak maksimalnom trajnom naponu za koji je pravljena izolacija.

Bitno:Dimenzije, te�ina, grejanje �opera ( vezano za naponski i

strujni kapacitet upotrebljenih prekida�a)Po pitanju dimenzija najpovoljniji je spušta� napona.

Obrta� se jedino koristi u prekida�kim izvorima napajanja.

�operi spušta�i napona se dele na:q �opere spušta�e napona sa rekuperacijomq �opere spušta�e napona bez rekuperacije

Predavanja iz VUCE

�oper spušta� napona sa rekuperacijom

E KVU

++

1BI

2BI

1T

2T

ML aI

pIA

BKVi UmU ⋅⋅==

1D

2D

M

jurekuperaci

zadioda

tT

ont1BI

Impulsi na bazi tranzistora

Tmton ⋅=

ÖÖ

⋅⋅⋅⋅−−⋅⋅

==⇒⇒⋅⋅++⋅⋅⋅⋅==⋅⋅==e

aakvaaekvi K

IRUmùIRùKUmU

Predavanja iz VUCE

*~~a

ekvaemv

R

ùKUmIMF

⋅⋅⋅⋅−−⋅⋅==

Ö

Omski otpor prigušnice

⇒⇒++== Laa RRR * Promenom mo�e se podešavati kontinualno brzina i vu�na sila.

ont

Ukoliko bi postojali samo T1 i D1

ne bi’ mogli vršiti rekuperaciju energije. Stoga su neophodni T2 i D2.

Predavanja iz VUCE

M

1T

2T

1D

2D 3T

4T

3D

4D

Kod manipulativnih vozila mora se ostvariti mogu�nost promene polariteta.

Ovo je omogu�eno tzv. H mostom. On ima dvostruko više elemenata.

Ovakav �oper se primenjuje za manje vu�ne snage, do 100kW.

Predavanja iz VUCE

Tiristorski nerekuperativni �oper satiristorima

za automatsko slabljenje polja

MKVU

++

1T

1D

MLMI2

PN

2PN

∞∞C

Motor ima pobudni napon iz dva dela

Struja kroz D1 ima impulsni karakter a

da bi se izbegla naizmeni�na

komponenta vezuje se C.

ùEUEmU mi ≈≈≈≈≈≈⋅⋅==

[[ ]]nomùù ,0∈∈ [[ ]]1,0∈∈m

Predavanja iz VUCE

T

ont

offt

MI1DI

strujevrednostsrednjaImI msr

D →→⋅⋅−−== )1(1

(( ))

−−⋅⋅==⋅⋅−−⋅⋅++⋅⋅==++==

211

2221

mINIm

NI

NFFF mpm

pm

pp

Predavanja iz VUCE

Prakti�na realizacija eksploatacione karakteristiketranzistorskog vu�nog �opera

Kod vozila za masovni transport snaga motora

a motornih kola . U upotrebi su �operikWP 200100 ÷÷≈≈

kW800~AIVUkWP 10003001200700~200~ max ÷÷==÷÷

Naj�eš�e se koriste IGBT tranzistori (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR)

G

K

EG

K

E

Tuma�enje IGBT-a

Predavanja iz VUCE

Za VG>VT (VT - napon praga) prekida� vodi.

Prelazni procesi:

CI

CV

ft

iup ⋅⋅== 1W

tf - odre�uje komutacionu u�estanost

15

1~

WfkHzf

sìIGBT

PWMkom ⋅⋅==≅≅⇓⇓

Snaga gubitaka pri komutaciji:

1WfP PWMnom

ã ⋅⋅==

Predavanja iz VUCE

M

KVU

GP

FL

FC

ìI

iU ML MI

AL

èetkice

Merenje armaturne struje

∑∑⋅⋅ LfI

PWM

1~Ä

uI

MI

IÄ

Predavanja iz VUCE

q LF i CF slu�e kao filtar za eliminaciju visoko frekventnih komponentiq LA nije dovoljno da smanji "ripl" struje motora ispod graniceq 5 - 10% Inom pa se dodaje Lmq Armaturna struja se meri iz razloga zaštite i regulacije vu�ne sileq Pobuda obi�no nezavisna i napaja se iz posebnog izvora

KVR

PSU

FR

RIMU

++

Ups - napon podstaniceRkv - otpor kontaktnog vodaRF - otpor prigušnice iz filtra

(( )) RPSM IRUU ⋅⋅++== ∑∑

Podstanice vrlo �esto nisu receptivne (tj. ne mogu da prime energiju ko�enja). U tom slu�aju ona se mora utrošiti na neko vozilo

koje se trenutno nalazi u motornom re�imu

Predavanja iz VUCE

KVR

FR

MU RI

Na motoru napon ne sme pre�i UM (Unom +10%). Ako se to desi mora se pre�i na mehani�ko ko�enje.

++++

m0 m2500

1PS 2PS

Rekuperacija Motorni re�im

Predavanja iz VUCE

Ukoliko mre�a nije u stanju da prihvati rekuperiranu energiju:

KVU

GP

FL

FC

ìI

iU ML MI

AL

èetkiceM

F

RCF

CI

dt

dV==

Struja rekuperacije preko gornje diode uve�ava napon na CF

za desetak millisekundinapon �e biti ve�i od UMAXšto mo�e da ošteti tranzistore

Predavanja iz VUCE

QK se uklju�uje i rastere�uje CF, višak energije se "spaljuje" na RK

MKQ

KD KR

Predavanja iz VUCE

Elektromagnetne smetnje vu�nog �opera

AiU MI

tt1t 2t

V3~

iU

E

do t1 prekida� vodi. U t1 prekida� se otvara i dolazi do debalansa struja. Dioda još nije provela.

Da bi zaklju�ili šta se doga�a moramo posmatrati parazitne kapacitivnosti CP.

sec20

nV

CI

dtdU

P

Mi ≈≈==

Predavanja iz VUCE

U trenutku t2 provede dioda. Najkriti�niji je deo od t1 do t2, javlja se problem elektromagnetne kompatibilnosti (velika strmina). Naro�ito opasno za komunikacione veze

VT~ 4 - 7V

xE

++GR

GU++

++

CGI CGC

CI

CU

A

B

4

1,4

GU mVVT 100Ä ==

CCG - parazitna kapacitivnost kolektor-gejt

u A prekida� po�inje da se uklju�uje dok je u B ve� uklju�en

Predavanja iz VUCE

GV

xE

TV

t

t

t

CU

dtdUC

CIkt rt

1t 2t 3t

prekidaèisklj.

dtdU

CI CCGCG ⋅⋅==

Balans struja u gejtu bi�e zadovoljen od t2 do t3 jer je IRG ide kroz CCG odnosno IRG= ICG

G

TXRG R

VEI

−−==

CGG

TXC

CRVE

dtdU

⋅⋅−−

==

Na strminu uti�emo izborom RG ( ve�e RG manja strmina a samim tim i manje smetnje)

tK= t2- t1 - kašnjenjetR= t3- t2 - vreme uspona IC

Predavanja iz VUCE

Gubici usled komutacije imaju pik u tR pa stoga RG ne sme biti preveliko

Predavanja iz VUCE

CU

t

t

t

t

CI

KONP

ont

CONCE IV ⋅⋅)(

VV ONCE 3)( ≈≈

KOMP

rt ft

CCEON

KON

KOM

KON

KOMKONã

IVT

tP

komutacijaP

kondukcijaP

PPP

⋅⋅⋅⋅==

−−

−−

++==

Ako usvojimo tR≈≈tF i da setalasni oblici UC i IClinearno menjaju

PWMCCKOM fIUP ⋅⋅⋅⋅⋅⋅== max

21

Gubici snage i hla�enje vu�nog�opera

Predavanja iz VUCE

Dimenzije prekida�a su 100x50x25 mm (za stotinak volti i 1500A) pa sledi da su gubici oko 1500W. Problem koji se javlja je kako odvesti toplotu da ne bi došlo do ošte�enja.

Mali prekida�i imaju mali toplotni kapacitet pa se stogamontiraju na aluminijumski hladnjak. Hla�enje ventilatoromnije mogu�e vršiti jer, u vu�i, pretvara� mora biti izolovan

Za hla�enje se koriste toplotni ili freonske pumpe. Kao rashladno sredstvo koristi se freon

Predavanja iz VUCE

Zid vozila (�eš�e krov)

Sanduk za smeštaj pretvara�a

Bakarna cev

FreonSistem cevi

(kondenzator)

Potpuno zatvoren(veliki napon, velika struja, jakoelektro magnetno polje)

Predavanja iz VUCE

kWokoodvodeceviCum

freonal3

15

32→→

−−

Freon ugro�ava �ivotnu sredinu, koristi se samo u zatvorenim i bezbednnim sistemima !

Regulacioni blok dijagram tranzistiorskog vuRegulacioni blok dijagram tranzistiorskog vu��nog nog ��opera sa IGBTopera sa IGBT

meri se: Ia - armaturna struja � - temperatura Uul - ulazni napon �opera

Procenjuje se: �m - ugaona brzina obrtanja

Ö⋅⋅≈≈

e

Mm K

Uù

Predavanja iz VUCE

Zadaci regulacije: - odre�ivanje ton - odre�ivanje napona napajanja pobudnog namota

(( ))(( )) (( ))ona

aMa

MSMa

tfmfU

SLLREU

I

~==

⋅⋅++++−−

==

Tt

m on==

dulatormo

ièoper

vF

regulatorPIsr

mU

Predavanja iz VUCE

namotaja

pobudnog

napajanje

SLR

L

pp

p

⋅⋅++

′′pUpU

ù

ù pÖ

*aI ++

−−

aI

eÓvF

regulatorPI

(( ))(( )) (( ))ona

aMa

MSMa

tfmfU

SLLREU

I

~==

⋅⋅++++−−

==

merena vrednost

zadata vrednost

diskriminator greške

greška

Predavanja iz VUCE

Kako se odre�uje Ia* (�eljena armaturna struja):

§ regulacija brzine – �ovek§ diskriminator greške brzine – �ovek§ pomeraj pedale gasa - zadata vu�na sila (zadaje - �ovek)

Veoma �esto polo�aj pedale direktno odre�uje Ia*.

Ovaj regulator ima zadatak da se obezbedi i ograni�enje napona kojim se �oper napaja.

MAXU ++

−−Ó KQ

merenoE

KR

Postoji još i zaštita od pregrevanja.

Predavanja iz VUCE

RKè

IGBTèÓ

ÓÓ

C°°180

C°°95

*aI*aI

aI

++

Ru�no – postoji mogu�nost da se pusti u rad bez obzira na pregrevanje!

Predavanja iz VUCE

Bilans utroBilans utroššene elektriene elektri��ne energijene energije

%100

%81

%5,2

%9

%5,15%19

%4

%24

%10

%5,34

Pomo�ni potroša�i%9

U �operu

U motoru

trenje

Na otporniku za ko�enje%5,18

rekuperacija

Energija predata motornim kolima

Unapojnomvodu

Gubitak u podstanici

Predavanja iz VUCE

Tiristorski vuTiristorski vu��ni ni ��operoper

M

FL

FC KL KCML

1rT

2rT

A

Bèetkice

Komutaciona kola isklju�uju tiristor. On sam to ne mo�e. (Tr1, Tr2, LK, CK)

KKK CLðô ⋅⋅~

Predavanja iz VUCE

CK mora svaku narednu komutaciju da do�eka na odre�enom potencijalu U toku ton mora da se završi cela komutacija.

(( ))mLa

onSR

onSR RR

Tt

EUTt

EU ++==⋅⋅==⋅⋅==min

min;

Problem je kada USRmin>UM pol

T� , fPWM� ; fPWMnom ~ 200 - 800 Hz

Pri polasku javljaju se karakteristi�ni zvuci pri polasku

[[ ]]nomff ,0∈∈

Predavanja iz VUCE

PomoPomo��na oprema vozila za masovni prevoz putnikana oprema vozila za masovni prevoz putnika

§ signalizacija i detekcija voza§ grejanje i klimatizacija§ "glavno" i "de�urno" svetlo

Detekcija voza - ure�aj je lociran u šinama. Jedna od šina je sekcionisana.

Bakarna pletenica

0UHz400

U0 - detekcioni signal. Mnogo je manji kada to�kovi kratko spoje šine.

VF trafo

Predavanja iz VUCE

DC

DC

DC

ACKVU

Grejanje Osvetljenje

Frekvencija je stalna (ista) za jednu podsekciju.Osvetljenje: Greja�:

kWPosv 2,2≈≈makolikW /50≈≈

Predavanja iz VUCE

U svakim kolima mora da postoji:vagonski pretvara�akumulatorska baterija

kondenzator

Aku baterijaVagonskipretvara�

Vu�ni�oper