Układy napędowe z silnikami
szeregowymi
K. Gierlotka
1
Układy napędowe z silnikami szeregowymi
prądu stałego
Charakterystyka mechaniczna
U=UN,
Rd=0
U = EM + IRs
(1)
a) �(I) = cI c)
�(I ) = �nas = const.
(2)
(5) (8)
EM = k�(I )�
2
M = kcI
M = k�nasI
(6) (9)
M = k�(I)I
(3)
U - IRs
U Rs
� =
U - IRs
(7) (10)
� = -
� = (4)
k�nas
kcI kc
k�(I)
K. Gierlotka
2
Układy napędowe z silnikami szeregowymi
prądu stałego
Charakterystyka mechaniczna
U=UN,
Rd=0
U = EM + IRs
(1)
a) �(I) = cI c)
�(I ) = �nas = const.
(2)
(5) (8)
EM = k�(I )�
2
M = kcI
M = k�nasI
(6) (9)
M = k�(I)I
(3)
U - IRs
U Rs
� =
U - IRs
(7) (10)
� = -
� = (4)
k�nas
kcI kc
k�(I)
K. Gierlotka
3
Układy napędowe z silnikami szeregowymi
prądu stałego
Charakterystyka mechaniczna
U = EM + IRs
(1)
(2)
EM = k�(I )�
M = k�(I)I
(3)
U - IRs
� = (4)
k�(I)
K. Gierlotka
4
Silnik uniwersalny
6
5
4
3
2
1
0
0 5 10 15 20 25 30
-1
prąd
� = ĘM + IĆ(Rs + jX ) (11)
-2
s
strumień
-3
moment
(12)
ĘM = KIĆ�
-4
czas [ms]
2
(13)
M = KI
2
KU
(14)
M =
2
(Rs + K�)2 + X
s
(15)
�~ = �- cos�
K. Gierlotka
5
Pr
ą
d, strumie
ń
, moment
Układy napędowe z silnikami szeregowymi
prądu stałego
Zastosowanie silnika szeregowego prądu stałego
" napędy trakcyjne
K. Gierlotka
6
Sterowanie prędkości silnika szeregowego
1. Zmiana napięcia zasilania
M = k�(I)I
(3)
U - IRs
� =
(4)
k�(I)
Właściwości
" charakterystyki poni\
ej naturalnej (sterowanie prędkości w dół),
" mo\
liwość bezstopniowego sterowania prędkości o ile z
ródło
regulowanego napięcia bezstopniowe,
" brak dodatkowych strat mocy.
K. Gierlotka
7
Sterowanie prędkości silnika szeregowego
2. Włączanie dodatkowej rezystancji do obwodu silnika
M = k�(I )I
(3)
U - I(Rs + Rd )
� =
(4a)
k�(I ) Właściwości
" charakterystyki poni\
ej naturalnej (sterowanie prędkości w
dół),
" dodatkowe strat mocy na rezystancji Rd,
" malejąca sztywnośc charakterystyki mechanicznej przy
wzroście Rd.
K. Gierlotka
8
Sterowanie prędkości silnika szeregowego
3. Odwzbudzanie silnika (zmiana charakterystyki �
�=f(I))
�
�
M = k�(I, Rb )I
M = k�(I, z)I
(3b)
(3c)
U - IRs
�ł �ł
RwRb
� =
�ł
U - I�ł Rt + �ł
(4b)
k�(I, z)
Rw + Rb �ł (4c)
�ł łł
� =
k�(I, Rb )
Rb
(16)
Iw = I
Rb + Rw
K. Gierlotka
9
Sterowanie prędkości silnika szeregowego
3. Odwzbudzanie silnika (zmiana charakterystyki �
�=f(I)
�
�
U - IRs
� =
k�(I)
M = k�(I )I
Właściwości
" charakterystyki powy\
ej naturalnej (sterowanie prędkości w
górę),
" zmniejszanie obcią\
alności silnika przy odwzbudzaniu.
K. Gierlotka
10
Rozruch silnika szeregowego prądu stałego
Problem: Iz(UN, Rd=0)>>Imax
U=UN,
Rd=0
ńł
U rozruch napieciowy
U
I = , Iz
�ł
z
Rs + Rd
ę! rozruch rezystancyjny
ółRd
K. Gierlotka
11
Rozruch silnika szeregowego prądu stałego
Rozruch napięciowy
K. Gierlotka
12
Rozruch silnika szeregowego prądu stałego
Rozruch rezystancyjny
U
Rd1 = - Rs
Ir max
K. Gierlotka
13
Hamowanie elektryczne silnika szeregowego
prądu stałego
Hamowanie przeciwłączeniem
" Zalety
du\
y moment
hamowania przy
małych prędkościach
Wady
brak zwrotu energii 
pobór energii z sieci
podczas hamowania
K. Gierlotka
14
Hamowanie elektryczne silnika szeregowego
prądu stałego
Hamowanie dynamiczne z samowzbudzeniem
1. Stan przed
hamowaniem - 2. Inicjalizacja
3. Hamowanie
praca hamowania
silnikowa
K. Gierlotka
15
Hamowanie elektryczne silnika szeregowego
prądu stałego
Hamowanie dynamiczne z samowzbudzeniem
Warunek inicjalizacji hamowania
EM = k�(I)� = I(Rs + Rh)
(18)
(19)
EM = "UR
K. Gierlotka
16
Hamowanie elektryczne silnika szeregowego
prądu stałego
Hamowanie dynamiczne z samowzbudzeniem
Charakterystyki mechaniczne
EM = k�(I)� = I(Rs + Rh)
(18)
(19)
EM = "UR
- I(Rs + Rh)
M = k�(I)I
� =
k�(I)
K. Gierlotka
17
Energoelektroniczne układy zasilania silnika
szeregowego
Przekształtnik DC/DC jednokwadrantowy
Dla przewodzenia ciągłego
Ed - Id Rs U - Id Rs
tz
� = =
(22)
Ed = U = U
(20)
k�(Id ) k�(Id )
Ti
tz M = k�(Id )Id
(23)
(21)
 =
Ti
K. Gierlotka
18
Energoelektroniczne układy zasilania silnika
szeregowego
Przekształtnik DC/DC jednokwadrantowy
Ed - Id Rs U - Id Rs
(22)
� = =
k�(Id ) k�(Id )
(23)
M = k�(Id )Id
K. Gierlotka
19
Energoelektroniczne układy zasilania silnika
szeregowego
Przekształtnik DC/DC jednokwadrantowy.
Hamowanie silnika szeregowego ze zwrotem energii do sieci.
Praca silnikowa Hamowanie elektryczne
Ps Ps
Pe Pe
K. Gierlotka
20
P
P
Energoelektroniczne układy zasilania silnika
szeregowego
Przekształtnik DC/DC dwukwadrantowy.
Praca silnikowa i hamowanie silnika szeregowego ze zwrotem energii do sieci.
K. Gierlotka
21
Energoelektroniczne układy zasilania silnika
szeregowego
Silnik uniwersalny zasilany z regulatora napięcia przemiennego
K. Gierlotka
22