4. HOOFDSTUK 4 STATIONAIR GEDRAG VAN DE GELIJKSTROOMMOTOR

Transcriptie

1 4. HOOFDSUK 4 SAIONAIR GEDRAG VAN DE GELIJKSROOOOR 4.1 Ondezoeksmethode Een conventionele gelijkstoommchine kn zowel weken in geneto- ls motomode. In de meeste gevllen kn men op utomtische wijze oveschkelen vn de ene mode n de ndee. Nochtns is het de gewoonte de beide modes fzondelijk te behndelen omdt de inteessepunten veschillen. Bij een geneto is men vool geïnteesseed in de vitie vn de klemspnning met de belstingsstoom en de genetosnelheid. Bij een moto stelt men belng in de koppel-toeentl eltie en het npssingsvemogen vn de moto n veschillende mechnische belstingen. De bsis vomt de mgnetiseingskkteistiek vn de mchine (figuu 4.1) die het vebnd geeft tussen flux en velddoostoming. φ Luchtspleetlijn I b figuu 4.1 Flux in functie vn de bekchtigingsstoom Als de doostoming gepoduceed wodt doo een enkele veldwikkeling die een stoom I b voet, en ls de mchine ngedeven wodt op constnte snelheid is de gepoduceede e.m.k. E diect evenedig met de flux in de luchtspleet. Dom kn men de kkteistiek in figuu 4.1 ook beschouwen ls het vebnd tussen E en I b. Zonde vezdiging is de (E -I b ) eltie een echte: de luchtspleetlijn oveeenkomstig de eluctntie vn de luchtspleet. Bij hogee wden vn de bekchtigingsstoom vegt het vezdigingseffect vn de mgnetische keten een steeds gote wodend deel vn de totle velddoostoming Θ. Dom blijft de gemiddelde mgnetische inductie in de luchtspleet bepekt tot ongevee 0,8, zodt de mgnetische inductie te hoogte vn de ototnden 1,6 bendet, d de doosnede vn de tnden ongevee de helft is vn deze vn de luchtspleet. Bij belsting vn de gelijkstoommchine wodt de fluxvedeling in de luchtspleet gewijzigd ten gevolge vn de nkeectie. Bij niet-vezdigde polen is e geen vendeing vn de totle luchtspleetflux. D de mchine noml steeds in vezdiging is, geeft de otostoom Deel 5-4

2 Deel 5-4 nleiding tot een vemindeing vn 4 tot 8 % vn de totle luchtspleetflux. Dit is een nietlinei effect en is moeilijk nlytisch te beekenen. Een p-polige gelijkstoommchine gedgt zich volgens de hien gescheven vegelijkingen: klemspnning of nkespnning: moto: U = E + I R (4.1) geneto: U= E I opgewekte e.m.k.: R N p E = ωφ= Cωφ (4.) π koppel: N p = I φ= CI φ (4.3) π vemogeneltie: E I = ω (4.4) De meeste symbolen weden eeds voege gedefineed. Sommige symbolen weden ngepst: N = ntl spoelen vn het nke; I = nkestoom; U = spnning. De nkeectie is vn belng. Ondestel een geneto ngedeven met constnte hoeksnelheid ω. De uitgngsspnning U wodt constnt gehouden. Indien de mchine onbelst is (I = 0), vgt de mchine een veldstoom I b0 om n deze eisen te voldoen (figuu 4.).

3 Veldstoom I b [ A ] Demgnetiseingsstoom doo de nkeectie I bb I ba B I ' b Invloed vn de equivlente nkeweestnd R I b0 A Invloed vn de nkeweestnd R Ankestoom I [ A ] I figuu 4. Invloed vn de nkeweestnd en de nkeectie ( = beekend ; b = gemeten) Indien op bsis vn (4.1) een beekening doogevoed wodt vn het veloop vn de veldstoom in functie vn de nkestoom, geldt de echte A (figuu 4.). Dtegenove stt de cuve B die gemeten wodt. Het veschil tussen de odintwden vn de cuven B en A (I bb -I ba ) geeft een mt voo de nkeectie. Voo iedee nkestoom I kn een equivlente ' demgnetiseingsstoom I b gedefiniëed woden: de mchine wodt ls het we bekchtigd met een bekchtigingsstoom I b - I ' b. De wde I ' b kn voo iedee I woden fgelezen in figuu 4.. Een ltentieve mnie om dit nkeectie-effect in te ekenen, zou e in bestn lle beekeningen uit te voeen met een equivlente nkeweestnd ' R. Deze bestt dn uit de echte nkeweestnd R en uit een ' zgn. "nkeectieweestnd" R ( R = R + R). E weze evenwel n heinned dt de nkeectie eigenlijk geen spnningsvl is, m wel een spnningsvemindeing. De ' weestnd R is enkel een ekenmiddel en is een functie vn zowel I ls I b. Zo stelt deze weestnd geen velies voo en is het bete om de weestndsvoostelling niet te gebuiken, d e dn n de fundmentele eis vn een equivlent schem niet mee voldn is, met nme dt de veliezen in de wekelijke mchine en het equivlent schem gelijk moeten zijn. Deel 5-4

4 Deel Pemnent mgneet, onfhnkelijke en shuntbekchtiging De pincipeschem's zijn op figuu 4.3 gegeven. In elk vn deze gevllen is de bekchtigingsstoom onfhnkelijk vn wt e in het nke gebeut. Voo de onfhnkelijk bekchtigde mchine is een onfhnkelijke voedingsbon voo de veldketen voozien, een vibele spnningsbon. bel 4.1 geeft een ovezicht vn de klemnduiding vn de veschillende wikkelingen vn een gelijkstoommchine. I I I I I b N A1 Z E A1 F1 F A1 E1 E E A A I b E A U U U Ub figuu 4.3 Pemnent mgneet, onfhnkelijke en shuntbekchtiging bel 4.1 Klemnduidingen vn de veschillende wikkelingen vn een gelijkstoom-mchine Wikkeling Klemnduiding oud Klemnduiding nieuw Ankewikkeling A B A1 A Shuntwikkeling C D C1 C Onfhnkelijke bekchtiging I K F1 F Seiewikkeling E F D1 D Hulpwikkeling G H B1 B Bij een shuntmoto (figuu 4.3c) gebuikt men dezelfde spnning voo nke en bekchtiging. Onde nominle wekingsvoowden is dit een constnte spnning. Bij kleine mchines wendt men pemnente mgneten n (figuu 4.3) voo de veldflux. Bij een shuntbekchtiging kn men de stoom I b en ook de snelheid egelen doo een egelweestnd in de veldketen. Een mchine met pemnente mgneten gedgt zich in sttionie toestnd

5 ls een onfhnkelijk bekchtigde mchine met een constnte, niet egelbe bekchtigingsstoom. Als de stoom I positief beschouwd wodt voo motomode, kunnen de volgende vegelijkingen gescheven woden: snelheid-stoom: koppel-stoom: koppel-snelheid: vemogen-snelheid: U ω = I R Cφ (4.5) = CφI (4.6) Cφ(U Cφω ) U = ~ R Ib (4.7) Cφω(U Cφω ) P= ω = R (4.8) De veldstoom is U I b = R b b Voo een shuntmoto geldt dt U b = U = U, de gemeenschppelijke spnning. Voo een onfhnkelijk bekchtigde mchine is U b onfhnkelijk egelb. Als de vezdiging kn vewloosd woden C φ =GI b (4.9) kn de wet vn Hopkinson met R m ls constnte mgnetische eluctntie gebuikt woden: en N R φ (4.10) E b I b = m U b = GI bω = G ω (4.11) R b Vegelijkingen (4.5) en (4.6) woden gelineiseed: snelheid-stoom: ( U I R ) R b ω = (4.1) G U b koppel-snelheid: GU b U b = GI b I = U G( ) ω (4.13) R R R b b Deel 5-4

6 Deel 5-4 De kkteistieken vn een onfhnkelijk bekchtigde moto met constnte nkespnning en vibele veldspnning zijn gegeven op figuu 4.4. ( P = 10 kw; U = 100 V; U b = 100, 75 en 50 V; G = 0,9; R b = 100 Ω, R = 0,10 Ω). De vezdiging en de nkeectie woden vewloosd. v SNELHEID ω [d/s] KOPPEL [Nm] SROO I [A] SROO I [A] KOPPEL [Nm] ASVEROGEN P [kw] AX 1 50 SNELHEID ω [d/s] 10 SNELHEID ω [d/s] U b = 50 V U b = 75 V 3 U b = 100 V figuu 4.4 Kkteistieken vn een onfhnkelijk bekchtigde gelijkstoommoto met vibele veldstoom Voo dezelfde mchine met constnte veldspnning U b = 100 V en vendelijke nkespnning U = 100, 75 en 50 V zien de cuven euit ls in figuu 4.5.

7 SNELHEID ω [d/s] KOPPEL [Nm] SROO I [A] 50 SROO I [A] KOPPEL [Nm] ASVEROGEN P [kw] AX 3 50 SNELHEID ω [d/s] 10 1 SNELHEID ω [d/s] b = 50 V U b = 75 V 3 U b = 100 V figuu 4.5 Kkteistieken vn een onfhnkelijk bekchtigde gelijkstoommchine met vibele nkespnning Deze geïdeliseede cuven vn de figuu 4.4 en figuu 4.5 moeten nog gecoigeed woden voo vezdiging en nkeectie. Nullstsnelheid of nullsttoeentl ω o is omgekeed evenedig met de flux. De nullstsnelheid is de snelheid wbij het koppel nul is (figuu 4.4c). Volgens figuu 4.3 tekt de mchine geen stoom (I = 0). Het hypebolisch en ongevee hypebolisch veloop vn de ω-φ, espectievelijk ω -I b cuven volgt uit: U ω 0 = (4.14) Cφ Deel 5-4

8 Deel 5-4 De stippellijn in figuu 4.6 geeft de gfiek bij vewlozing vn de vezdiging, de volle lijn geeft het eële gevl. ω o [d / s] Vevoming doo de vezdiging Vewlozing vn de vezdiging I b [A] figuu 4.6 Invloed vn de vezdiging op het nullsttoeentl De nullstsnelheid wodt ontoeltb goot ls de bekchtigingsstoom te klein wodt. In dit ltste gevl zegt men dt de mchine op hol slt wt bijvoobeeld kn ontstn doo een toevllige ondebeking in de bekchtigingsketen. Dn wodt φ immes zee klein en steeft ω n een zee gote wde.

9 4.3 Seiebekchtiging De seiemoto heeft een vij beed toepssingsdomein. Deze mchine wodt gebuikt voo vemogens vnf enkele W tot meedee hondeden kw. Het is deze mchine die gebuikt wodt ls univeseelmoto, wbij ze zowel met wissel- ls gelijkspnning kn gevoed woden. et de klemspnning U = U s + U, de stoom I = I s = I en de totle weestnd R = R s + R woden de vegelijkingen voo het sttioni gedg: (U IR) snelheid-stoom: ω = Cφ (4.15) koppel-stoom: = CφI (4.16) C φ R U C φω (4.17) koppel-snelheid: = ( ) Cφω = (4.18) R vemogen-snelheid: P ω = ( U Cφω ) De flux is een niet-lineie functie vn de belstingsstoom. Als in eeste instntie de vezdiging vewloosd wodt, zodt de flux evenedig is met de belstingsstoom, is: C φ =GI (4.19) en E = Gω I (4.0) De gelineiseede vegelijkingen voo snelheid-stoom en koppel-stoom woden: (U IR) ω = (4.1) GI = GI (4.) Het koppel is evenedig met het kwdt vn de stoom. De koppel-toeentl kkteistiek volgt uit (4.1) en (4.) doo elimintie vn de stoom: GU = (4.3) ( ω G+ R) Voo het eenvoudige gevl, wbij vezdiging en nkeectie woden vewloosd, zijn de kkteistieken getekend voo een 100 V - 10 kw mchine. De pmete is de klemspnning U. De gfieken gelden voo U = 50, 75 en 100 V (figuu 4.7). Deel 5-4

10 Deel 5-4 SNELHEID ω [d/s] KOPPEL [Nm] SROO I [A] 00 SROO I [A] KOPPEL [Nm] ASVEROGEN P [kw] SNELHEID ω [d/s] 5 1 SNELHEID ω [d/s] b = 50 V U b = 75 V 3 U b = 100 V figuu 4.7 Kkteistieken vn een gelijkstoomseiemoto bij nominle spnning Het koppel is zee goot bij lge snelheid wt de seiemoto uitemte geschikt mkt voo tctiedoeleinden. Vemits bij stilstnd E = 0 is, tekt de seiemoto een zee gote nloopstoom. Omdt bij deze moto de bekchtigingsstoom ook de belstingsstoom is, slt de mchine op hol bij te kleine belsting. De stoom in een mchine wodt bepld doo de belsting (4.). Een seiemoto mg nooit losgekoppeld woden vn zijn lst. Nullst is een wekingspunt dt niet bestt voo een seiemoto.

11 Doo de vezdiging moeten de kkteistieken vn figuu 4.7 woden ngepst, vool onde nominle wekingsvoowden. De wekelijke kkteistieken kunnen woden fgeleid uit de mgnetische kkteistiek en de nkeectiecoectie (figuu 4.8). ω [d/s] [Nm] ω gelineiseed vebnd I [A] figuu 4.8 Reële kkteistieken vn een gelijkstoomseiemoto De dunne lijn stelt het gelineiseede vebnd voo, tewijl de vette lijn een voostelling geeft vn de wekelijke cuven. Bij stomen gelijk n of gote dn nominl is de snelheid ω zowt 0% hoge dn in het geïdeliseed gevl. Het koppel dentegen vekleint in vegelijking met de geïdeliseede wde. Voo gote stomen is het -I vebnd een echte. 4.4 Univeseelmoto Een univeseelmoto is fgeleid vn de klssieke gelijkstoomseiemoto. Wnnee men de politeit vn de klemmen vn een gelijkstoommchine omkeet, vendeen stoom en flux vn teken. Ddoo blijft het koppel in dezelfde zin, ngezien = k.φ.i. Bijgevolg is de weking vn de klssieke gelijkstoomseiemoto niet tot gelijkstoom bepekt, m dit hij ook ls men een wisselspnning n de klemmen legt. In de stto is eveneens een wisselende flux, zodt deze gelmelleed wodt uitgevoed. Een shuntmoto kn niet gebuikt woden ls univeseelmoto omdt de gote veldinductntie vn de shuntmoto het snelle omkeen vn de veldstoom onmogelijk mkt. Figuu 4.9 geeft een typische koppel-toeentlkkteistiek vn een univeseelmoto. De wisselspnningskkteistiek veschilt vn de gelijkspnningskkteistiek om twee edenen. In het wisselspnningsbedijf is de e.m.k. lge tengevolge vn de ectieve spnningsvl ove de veldinductntie. Bij een beplde stoom of flux komt dt nee op een lgee snelheid t.o.v. het gelijkspnningsgevl. Deel 5-4

12 Deel 5-4 Bij wisselspnningsbedijf kn de mgnetische keten in vezdiging komen bij het pieken vn de stoomgolf. Bijgevolg is de effectieve wde vn de flux lge in wisselspnningsbedijf, wdoo het koppel eveneens lge is. N n - n ~ 1 n n N 0 0,5 1 1,5 figuu 4.9 Koppel-toeentlkkteistiek vn een gelijkstoommoto ls univeseel-moto bij wisselstoom en gelijkstoom Smenvttend dlt de koppel-toeentlkkteistiek bij gelijkstoom snelle dn bij wisselstoom. Dom wodt de moto zo geconstueed dt het nominl wekingspunt bij wisselspnning en gelijkspnning smenvlt doo een wikkeling toe te voegen die enkel bij gelijkstoombedijf wodt ingeschkeld (figuu 4.10). - ~ ~ + figuu 4.10 Univeseelmoto met veschillende nsluitingen voo wisselstoom en gelijkstoom

13 De univeseelmoto is een vn de goedkoopste kleinee motoen wnnee men de investeingskost pe vemogeneenheid ls citeium neemt. De univeseelmoto komt vool in nmeking wnnee men een toeentl hoge dn 3000 t/min wil beeiken. Voo hogee toeentllen dn t/min is hij de moto bij uitstek. oeentllen tot t/min kunnen zonde moeilijkheden beeikt woden. Het toeentl is bepekt doo commuttie en centifuglkchten op de oto. De univeseelmoto leent zich uitstekend voo toeentlegeling. en gevolge vn de bostels heeft hij een kotee levensduu dn de meeste ndee kleine motoen. engevolge vn de inductieve spnningsvl ove de veldwikkeling heeft de univeseelmoto bij wisselstoom-bedijf geen nloopweestnd nodig. Angezien het koppel vn een seiemchine evenedig is met het kwdt vn de nkestoom, pulseet het gelevede koppel op dubbele netfequentie. en gevolge vn deze tillingen poduceet deze moto veel geluid. Het geluid veoozkt doo deze motoen veeist een bijkomende geluidsisoltie voo de meeste toepssingen. De vonken n de collectolmellen mken deze motoen ongeschikt in een explosieve omgeving. Bovendien veoozken zij diofequente stoosignlen en moet men ontstoingscondenstoen pltsen. 4.5 Remmen Een mchine op een veilige en efficiënte mnie tot stilstnd bengen is even belngijk ls elektomechnische, mgnetische en wevelstoomemmen, en zelfs eenvoudige wijvingsemmen behoen tot de mogelijkheden. Nochtns bestn e mee elegnte "elektische emmethoden", die het voodeel bezitten mee economisch te zijn en/of emslijtge te vemindeen. De elektische emmethoden zijn e in pincipe op gebseed de mchine tijdens de emming in de genetomode te lten weken en hetzij de kinetische enegie vn de lst te dissipeen in weestnden (weestnden en tegenstoomemming), hetzij de enegie teug te stuen n het net (ecupetieemming) Weestndsemming Deze zee eenvoudige emmethode bestt ein de moto f te schkelen vn het voedend net om hem dn onmiddellijk te vebinden met weestnden. De enegie vn het systeem wodt gedissipeed in de emweestnden. Remming tot stilstnd is niet mogelijk: bij stilstnd wodt geen e.m.k. opgewekt en kn de mchine geen vemogen n de weestnden leveen egenstoomemming Om deze emmethode te vewezenlijken schkelt men de moto vn het net, vewisselt de twee dden en sluit hem teug n op het net, met de bedoeling de diichting vn de moto te wijzigen. Hiedoo gijpt een steke emming plts en is emming tot stilstnd mogelijk. Omwille vn het buuske kkte wodt dit type emming vijwel niet mee toegepst Recupetieemming Bij deze emmethode wodt de emenegie teug n het net gestuud. Recupetieemming wodt vool toegepst ls de moto ondehevig is n stek viëende wekingsvoowden w veel moet geemd woden en ls men e voodeel kn uit hlen om de potentiële enegie Deel 5-4

14 ω min B Deel 5-4 (bijv. teinen in stek heuvelchtige lndschppen, knen en liften bij het lten zkken vn de lst) om te zetten in elektische enegie. De essentiële voowde voo ecupetieemming is dt de doo de mchine opgewekte e.m.k. gote is dn de spnning vn het net. Dn dit het teken vn de stoom om en wekt de mchine ls geneto. Dit kn bekomen woden doo de flux in de mchine te lten toenemen of doo de voedingsspnning te lten dlen. Beschouwt men een onfhnkelijk bekchtigde moto met constnt belstingskoppel 1 en die op een snelheid ω 1 dit doo de flux de wde φ 1 te geven. Het wekingspunt is het punt A (figuu 4.11). φ 1 D C A φ 1 ω ω ω 1 B figuu 4.11 Recupetieemming bij een shuntmoto Veondestelt men dt men de flux vemeedet tot φ. D de moto tengevolge vn zijn tgheid niet ogenblikkelijk vn snelheid vendet, gt het wekingspunt ove vn A n B: de mchine wekt ls geneto en stuut n het net een hoeveelheid enegie die hij ontneemt vn kinetische enegie vn de oteende delen. E gijpt een steke emming plts. Indien de flux constnt blijft op de wde φ gebeut de vetging volgens de oveeenstemmende echte. Het wekingspunt komt in C. De moto vetgt vn ω 1 tot ω. In wekelijkheid gt het punt niet vn A n B. Enezijds kn de moto wegens de mechnische inetie niet plots vetgen. Andezijds kn de flux in de mchine niet plots toenemen. D in wekelijkheid de vendeingen vn snelheid en flux tegelijketijd opteden, volgt het wekingspunt een komme AB', om dn vn B' n C ove te gn indien de flux op de wde φ wodt gehouden. indien men geduende deze vetging de bekchtiging blijft vehogen, volgt

15 het wekingspunt een komme die n B' velengd wodt en uiteindelijk in D uitkomt ls men de flux op zijn nominle wde gebcht heeft. Recupetieemming lt niet toe de moto tot stilstnd te bengen. Om de moto tge te lten dien dn ω min, kn men weestndsemming toepssen, doch ook dit lt niet toe de moto veilig tot stilstnd te bengen. Hien gt men ove op mechnische emming. Recupetieemming kn ook woden uitgelegd vi de nkestoom I U E R = (4.4) E gijpt ecupetie plts wnnee de vehoging vn de flux voldoende is om E ondnks de snelheidsvemindeing gote te mken dn U. Zolng E > U is de stoom I negtief: de moto stuut enegie teug n het net. 4.6 Snelheidsegeling In pincipe kn men de snelheid vn een gelijkstoommoto ls volgt uitdukken: E (U IR ) ω = = (4.5) Cφ Cφ Deze fomule mkt duidelijk dt men op die pmetes kn inspelen om de snelheid te egelen: 1. wijziging vn de flux φ VELDSURING. vitie vn de nkeweestnd R INDIRECE ANKERSURING 3. vendeing vn de nkespnning U ANKERSURING ω kkteistieken Onfhnkelijke bekchtiging, pemnente mgneten, shuntbekchtiging Cφ(U Cωφ) = (4.6) R U ω 0 = (4.7) Cφ d dω C φ = R (4.8) et R bedoelt men hie de eigenlijke nkeweestnd R en de eventuele vooschkelweestnd. An de hnd vn bovenstnde uitdukkingen is het plusibel figuu Deel 5-4

16 Deel te veklen. De pijlichting duidt op toenemende wde vn esp. φ, R en U. De in dikke lijn getekende kkteistiek is geldig voo φ = φ mx, R = R en U =U nom. Veldstuing φ - egeling Indiecte Ankestuing k i R - egeling Ankestuing U - egeling φ R U ω ω Geneto ω figuu 4.1 Regelmogelijkheden bij de gelijkstoommoto met onfhnkelijke bekchtiging, pemnente mgneten en shuntbekchtiging Seiemoto ot nu toe wed de koppel-snelheids-kkteistiek fgeleid zonde vezdiging. Omdt e geen excte nlytische uitdukking voo de mgnetische cuve bestt, kn deze bendeend voogesteld doo twee echte lijnen OA en AB (figuu 4.13). φ A φ = C B φ = C 1 I I = I b O figuu 4.13 Geïdeliseede mgnetiseingskkteistiek vn de seiemoto Dn is voo en voo φ = C : φ = C 1 I : U R ω = (hypebool) (4.9) C.C I C.C 1 1

17 U R ω = I (echte) (4.30) C.C C.C In figuu 4.14 is het veloop ω = f (I ) fgebeeld. ω echte hypebool I figuu 4.14 oeentl in functie vn de nkestoom voo de vezdigde seiemoto volgens figuu 4.13 Substitutie vn I in (4.9) doo: I = (4.31) C C 1 en in (4.30) doo: I = C C (4.3) levet de koppel-toeentlkkteistiek voo φ = C 1 I : U R ω = (4.33) CC CC 1 1 en voo φ = C : U R ω = (4.34) C C (C C ) De gfische voostelling vn deze uitdukkingen is getekend in figuu Deel 5-4

18 Deel 5-4 [Nm] ω = U CC 1 - R CC 1 ω = U CC - R (CC ) (UCC ) R U (CC 1 ) R - R CC 1 U CC ω [d / s] figuu 4.15 Koppel-toeentlkkteistiek voo een seiemoto Zo kn een sche -ω kkteistieken getekend woden voo elk vn de voege vemelde egelopties (figuu 4.16). Veldstuing φ - egeling Indiecte nkestuing R- egeling Ankestuing U- egeling φ R ω ω ω figuu 4.16 oeentlegeling voo een gelijkstoomseiemoto

19 4.6. Veldstuing Doo de bekchtigingsstoom I b en de emee smenhngende flux te vekleinen, kunnen hogee snelheden beeikt woden dn bij mximle flux in de mchine. D de nloop steeds met volle bekchtiging gebeut, is de snelheid bij volle veld ongevee ω 0 oveeenkomstig de mximle flux. en kn de snelheid vede vehogen doo de stoom in de veldketen te velgen: Ddoo stijgt ω 0 en de helling vn de koppel-toeentl kkteistiek neemt toe (figuu 4.1). Bij de onfhnkelijk bekchtigde moto heeft men mee keuze om de egeling te vewezenlijken: met een weestnd of doo een egelbe veldspnning U b Indiecte nkestuing et deze tem wodt eigenlijk de nkestuing bedoeld, wbij de nkespnning geegeld wodt doo de spnningsvl I R te vemeedeen. Deze methode wed vij veel gebuikt, doch is heden ten dge volledig vedwenen omwille vn de veliezen, die hoog oplopen en de vlotte egelbheid vn de nkespnning vi vemogenelektonische schkelingen. E wodt dn ook niet vede op ingegn Ankestuing Om de snelheid vn een gelijkstoommoto te egelen doo een vibele klemspnning U (figuu 4.1c en figuu 4.16c), pst men hoofdzkelijk een vn de volgende twee pincipes toe: de vibele spnning opwekken doo een fzondelijke gelijkstoom-geneto; de klemspnning U egelen met een vemogenelektonische schkeling Klssieke Wd - Leondschkeling De klssieke Wd-Leond schkeling (figuu 4.17) wodt ngewend bij shuntmotoen en onfhnkelijke bekchtigde motoen. Deze schkeling is volledig vedongen doo de vede bespoken sttische schkelingen. De fysische weking vn de klssieke uitvoeing is echte eenvoudige te begijpen. Deel 5-4

20 Deel 5-4 I Gen R b Gen I ot 3~ ω Gen G = R Gen Φ Gen I bgen U I b ot = C te Φ ot = R ot L 1 L L 3 U b figuu 4.17 Klssieke Wd-Leond De moto is onfhnkelijk bekchtigd en de flux wodt niet geegeld zodt φ constnt is. De spnning U n het nke vn de moto wodt opgewekt doo een gelijkstoomshuntgeneto, wvn de spnning U geegeld wodt doo een egelweestnd R bgen in de shuntbekchtigingsketen. De gelijkstoomgeneto wodt ngedeven doo een ndee oteende mchine: een diefsige inductiemoto of synchone moto indien een wisselspnningsnet nwezig is of een vebndingsmoto indien geen net voohnden is, of voo mobiele toepssingen zols potlknen. Smengevt geldt voo deze schkeling ω Gen E Gen = Cω Gen φ Gen Gen U = E R I (4.35) Gen Gen ω ot U R = Cφ ot ot I ot Als de kleine R ot vewloosd wodt, is U ω ot = ~ U (4.36) Cφ ot

21 De koppel-snelheidskkteistieken zijn dn evenwijdige echten (figuu 4.18). U ω figuu 4.18 Koppel-snelheidskkteistieken vn een Wd-Leond schkeling Dit systeem mkte een zee soepele snelheidsegeling mogelijk op een ogenblik dt de vemogenelektonic nog niet stek ontwikkeld ws. De opstelling (figuu 4.17) heeft het goot voodeel ecupetieemming mogelijk te mken, tot volledige stilstnd vn de moto( figuu 4.19). Ondestel dt het wekingspunt zich bevindt in A en dt men de bekchtiging vn de geneto snel vemindet. Indien de spnning U snelle dlt dn de moto vetgt, gt het wekingspunt ove n B zols bij de shuntmoto. ewijl in dit ltste gevl U constnt is en E vehoogt om de ichting vn de stoom te vendeen, vemindet hie geleidelijk de spnning U om ze kleine te mken dn E. Het esultt is hetzelfde: de stoom I U E R = (4.37) vendet in beide gevllen vn ichting, en e wodt enegie geecupeeed. Hie kn men deze methode toepssen tot volledige stilstnd vn de moto. E is hiebij wel een fundmentele voowde. De moto die de geneto ndijft moet de teugvoe vn enegie kunnen veweken. Dit kn voo een inductiemoto en een synchone moto die met het net gekoppeld zijn, m niet voo een vebndingsmoto. Deel 5-4

22 Deel A ω B figuu 4.19 Recupetieemming bij de Wd-Leond schkeling Sttische Wd - Leond schkeling Snelheidsegeling-Viekwdntenbedijf De snelheidsegeling vn een gelijkstoommchine met een constnte bekchtiging beust op de eigenschp dt het toeentl evenedig is met de klemspnning U. De diichting wodt bepld doo de politeit vn de klemspnning. Een vibele snelheid kn woden geeliseed doo de mchine n te sluiten op een egelbe gelijkspnningsbon. U I P R E U < E G n II I U I P R E U > E n n U I P R E U > E III n IV U I P R E U < E G n figuu 4.0 Weking in vie kwdnten bij constnt veld

23 Het koppel vn de mchine is evenedig met de nkestoom I en is positief of negtief, fhnkelijk vn de ichting vn de stoom. In figuu 4.0 zijn de vie mogelijke bedijfstoestnden weegegeven. De ovegng vn het eeste n het tweede kwdnt wodt ondemee vekegen tijdens het hijsen vn een lst.!+ I A CONSAN VELD E5 E1 E3 E4 - n -n!-u A + G II I n n! +U A Stijken vn de lst Enegie vn de geneto n de bon Hijsen vn de lst Enegie vn de bon n de moto figuu 4.1 weekwdntenweking bij een hijsbelsting mchinekoppel blijft positief, dizin keet om In kwdnt 1 bij positief koppel en toeentl wodt de lst gehesen. Wodt de nkespnning veminded dn stijgt de lst tge. Bij vewlozing vn het lstkoppel keet n het ompolen vn de nkespnning de dizin vn de moto om en dlt de lst. Pktisch is e een lstkoppel nwezig. Indien dit voldoende goot is, lt dt de lst teug dlen (stijken vn de lst). De gelijkstoommchine zl ls geneto weken indien de emk gote is dn de bonspnning. Ddoo wodt vemeden dt de lst in vije vl zou n beneden dondeen. Een nloge edeneing kn men toepssen bij een moto die belst is met een gote tgheidsmss. In het eeste kwdnt is e een motoweking. Nmte de ngelegde spnning gote is dit de mchine snelle. Wodt de nkestoom omgepoold dn vepltst het wekingspunt n het viede kwdnt. De tgheidsmss dijft de mchine-s n (de dizin blijft gelijk), zodt deze ls geneto wekt zolng zijn emk gote is dn de ngelegde spnning. Zolng e voldoende kinetische enegie is, en het emk goot genoeg, is e genetoweking. Deel 5-4

24 Deel 5-4!+ I A CONSAN VELD Nominl koppel nom E1 E E3 E4 + I A Andijven vn de lst Enegie vn de bon n de moto II I n! +U A IV + I A Remmen vn de lst Enegie vn de geneto n de bon Nominl koppel nom G -!- I A figuu 4. weekwdntenweking bij een tgheidsmss dizin blijft ongewijzigd, het mchinekoppel keet om Keuzecitei bel 3. geeft een ovezicht vn de meest gebuikte gelijkichtegevoede gelijkstoomndijvingen voo een- en meekwdntenbedijf. In het vemogenbeeik tot 10 kw woden om economische edenen steeds gelijkichtes met eenfsige netnsluiting gebuikt. Boven 10 kw gebuikt men diefsige gelijkichtes. Hie vemindeen de hmonischen in de netstoom en de gesupeponeede wisselspnningen n de gelijkspnningsknt des te steke nmte het pulsgetl vn de gelijkichte gote is. Eenkwdntndijvingen woden ltijd gevoed met een enkelvoudige gelijkichte. eekwdntenndijvingen woden ngelng de veeisten met een enkelvoudige of een dubbele gelijkichte uitgevoed. Om het koppel vn ichting te vendeen bij een enkelvoudige gelijkichte, moet een omschkeling voozien woden in de nke- of veldketen vn de gelijkstoommchine. Gebuikt men een dubbele gelijkichte, dn stt voo elke stoom- of koppelichting een fzondelijke gelijkichte te beschikking en vevlt de tge mechnische omschkeling. De keuze vn de omkeeschkeling hngt f vn de eisen die n de ndijving gesteld woden. De keuzecitei zijn de stoomloze of de koppelloze puze bij de omkeing, de tijd nodig om vn nominl koppel in de ene ichting om te keen tot

25 nominl koppel in de ndee ichting, het ntl koppelomkeingen pe lstcyclus en het vemogen vn de ndijving. De eenvoudigste methode om de spnning en de dizin om te keen is de nkekingomschkeling (figuu 4.3). Vemits slechts een gelijkichte nwezig is, moet bij de omkeing vn de dizin de gelijkstoommchine omgekeed n de gelijkichte ngesloten woden. Deze omschkeling gebeut ltijd in stoomloze toestnd, zodt een koppelloze puze opteedt. De omschkeltijd vn de schkels bedgt 100 tot 00 ms. De kostpijs vn de vemogenschkels voo gelijkstoom mg niet uit het oog veloen woden. De nkekingomschkeling is slechts voo eenvoudige ndijvingen geschikt, w de koppelloze puze geen bezw vomt. Doo de bepekte levensduu vn de schkel voo gelijkstoom is deze schkeling niet geschikt voo ndijvingen met fequente koppelomkeingen. Een tweede, eenvoudige methode om de dizin vn de gelijkstoommchine om te keen is de veldketenomschkeling. Hie moet men ekening houden met een mekelijk lngee koppelloze puze vn 0,5 tot s, omdt de gote inductntie vn de veldketen slechts een lngzme op- en fbouw vn de bekchtigingsflux toelt. De veldketenomschkeling wodt toegepst bij zee eenvoudige ndijvingen met spodische koppelomkeingen. Woden n een ndijving hogee eisen gesteld voo de koppelloze puze en de fequentie vn omschkeling, dn is het nodig de omschkeling contctloos te lten gebeuen en voo iedee nkesstoomichting een fzondelijke gelijkichte te voozien (figuu 4.4). Ngelng de bedijfstoestnd (ndijven of emmen) wodt een gelijkichte ngestuud in gelijkichte- of wisselichte-bedijf, tewijl de pulsen voo de ndee gelijkichte gesped woden. De omschkeling tussen de gelijkichtes gebeut telkens bij de omkeing vn de dizin. Deel 5-4

26 Deel 5-4 bel 4. Ovezicht vn gelijkichtegevoede gelijkstoomndijvingen + - +/- -/+ +/- -/+ Andijving een kwdnt een omvome vie kwdnten een omvome vie kwdnten twee omvomes oto gelijkstoommoto Instelbe gootheid nkespnning (veldspnning) Snelheidsvitie gesloten king egeling vn nkespnning met netgecommuteede omvomes Snelheidsbeeik 1:50 Koppel- - omkeing vn nke-(of omkeing vn omkeing veld-) stoom; extene nkestoom contctoen Koppelloze puze - nke : 0.1 tot 0. s (veld : 0.5 tot s) zonde king- stoom: tot 10 ms met kingstoom : 0 s Bedijfstoestnd een diichting, enkel dijven omkeebe diichting dijven en emmen Vemogen tot 10 W Investeing lge omvomekost hoge omvomekost Kenmeken bepekt ntl koppelomkeingen uitstekende dynmische egeling oepssing ventiltoen, pompen, compessoen hefwektuigen, pesen, centifuges, wlsen, dibnken knen, wlsen, ppie-, plstiek- en textielmchines, wektuigmchines

27 WR U di α < E I GR U diα > E I U di α E G U diα E I b I b P P n U di α > E U diα < E GR I WR I U diα E U di α E G I b I b P P figuu 4.3 Ankekingomschkeling Deel

28 Deel U di α < E U diα > E WR I GR I U di α P E G I b U di α P E I b n U diα > E U diα < E GR I WR I U di α P E I b U diα P E G I b figuu 4.4 eekwdntenndijving met nti-pllelschkeling

29 Cscdeegeling Het meest effectieve egelschem voo ndijvingen, in het bijzonde voo gelijkstoomndijvingen, is de cscdeegeling (figuu 4.5) met een inwendige stoomegelketen wop een uitwendige toeentlegelketen is gesupeponeed. Dit egelsysteem is zee flexibel. Om de positie te contoleen kn het uitgebeid woden met een positieegelketen, gesupeponeed op de toeentlegelketen. De opeenvolging stoom (of koppel) - toeentl - positie is een ntuulijke sequentie, oveeenkomstig de stuctuu vn de ndijving. De stoom- of koppelegelking kn bij bendeing beschouwd woden ls een stoombon voo de nkeketen vn de gelijkstoommchine. De stoomegel beïnvloedt op de eeste plts de dynmic vn de omvome en de nkeketen. Doo de efeentiewde vn de stoom te bepeken, oefent de inwendige egelketen ook een beveiligingsfunctie uit. De hiëchische stuctuu wodt uitgebeid met toeentl- en eventueel positieegel. Deze cscdeegeling kn m degelijk functioneen indien de bndbeedte vn de egeling stijgt n de inwendige egelketens toe, met de stoomegelketen ls snelste en de positieegelketen ls tgste. figuu 4.6 geeft een beeld vn een geegelde eenkwdntndijving. Refeentie model θ * Positieegel ω * Snelheidsegel i * Stoomegel i θ - ω - - i Omvome θ figuu 4.5 Pincipe vn de cscdeegeling Deel 5-4

30 Deel 5-4 L1 L L3 L1 L L3 L1 L F 7 U V L 1 W 1U 1V 1W 3U 3V 6 10 n w -i A 3 4 u st α n i i AwB 3~ 5 1P A1 L 1A1 A 1N 1C F1 3P 3N A I A F I f Legende: A beidsmchine G gelijkichte met stuing en egeling gelijkstoommoto tchogeneto F zekeingen L 1 commuttiespoel 1 potentiomete toeentlegel 3 stoomegel 4 pulsstuing 5 stoomvooziening 6 stoomtnsfomto 7 meetomvome 8 gelijkichte 9 gelijkichte voo bekchtiging 10 ventilto figuu 4.6 Geegelde eenkwdntndijving met gelijkstoommoto

31 Hkkevoeding vn gelijkstoommchine Indien de moto gevoed wodt vnuit een gelijkstoombon, kn het toeentl geegeld woden met een hkke. Voo de gelijkspnningsbon bestn e fundmenteel die mogelijkheden: " btteij (mobiele toestellen voo udio en degelijke en elektische voetuigen) " vste gelijkspnning op de bovenleiding of op de dede il (tm, meto, spoowegen) " een diodegelijkichte met fvlkcondensto (sevo-ndijvingen en hifi, video, elektonische ppten, compute en peifeie). Alhoewel e vities op de gelijkspnning vookomen, wodt hie ondesteld dt e een constnte wde U geleved wodt. De schkel legt de spnning U n de moto n geduende een tijd t. De schkel wekt met een peiode. De gemiddelde spnning n de moto is dn U m t = U (4. 38) In sttioni egime en bij vewlozing vn de nkeweestnd is U m = E, zodt de vehouding (t /) evenedig is met de e.m.k en dus met de snelheid. De inductntie vn de moto, vk ngevuld met een extene fvlkspoel, lt niet toe dt de stoom doo de moto bij het openen vn de schkel plots vendet. Het is juist om deze stoom I, die het koppel beplt, constnt te houden dt de fvlkspoel gebuikt wodt, d ndes de stoomvendeingen bij in- en uitschkelen nleiding zouden geven tot koppeltillingen, vemits het koppel evenedig is met de ogenblikkelijke wde vn de stoom. Dom wodt e pllel met de moto een vijloopdiode gepltst die de stoom oveneemt ls de schkel S open is. De schkel S is een vemogenelektonische component, die de stoom m in een ichting kn geleiden. Om de spnning U en de stoom I vn teken te kunnen lten omkeen en dus zowel het koppel ls de snelheid ω te kunnen omkeen, zijn vie schkels nodig. Dit is de zogenmde H-schkeling die in hoogdynmische sevo-ndijvingen met pemnent mgneetmoto gebuikt wodt. Deel 5-4

32 Deel 5-4