– Úvod – transformátory - elektrické stroje...

30
1 Elektrick Elektrick é é stroje stroje –Ú vod vod –T ransform ransformá tory tory - Elektrick Elektrické stroje to stroje toč iv ivé Určeno pro studenty komb. formy FMMI předmětu 452702 / 04 Elektrotechnika Elektrick Elektrické é st st r r oje oje jsou v jsou vž dy dy mě ni nič e energie e energie jejich jejichž rozd rozdě len lení a proveden a provedení je z je zá visl vislé na na druhu pou druhu použ it ité ho ho proudu a výstupn proudu a výstupní form formě energie (mechanick energie (mechanická , elektrick , elektrická ). ). transformací pohybem samoindukcí Podle zp Podle způ sobu dosa sobu dosaž en ení zm změ ny ny magnetick magnetické ho toku ho toku hovo hovoří me me o o indukovan indukované m nap m napěvznikl vzniklém

Upload: others

Post on 07-Mar-2020

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

1

ElektrickElektrickéé stroje stroje

–– ÚÚvodvod–– TTransformransformáátorytory

-- ElektrickElektrickéé stroje tostroje toččivivéé

Určeno pro studenty komb. formy FMMI předmětu 452702 / 04

Elektrotechnika

ElektrickElektrickéé ststrrojeoje jsou vjsou vžždydy mměěniničče energie e energie jejichjejichžž rozdrozděělenleníí a provedena provedeníí je zje záávislvisléé na na druhu poudruhu použžititééhoho proudu a výstupnproudu a výstupníí formforměě

energie (mechanickenergie (mechanickáá, elektrick, elektrickáá).).

transformací pohybem samoindukcí

Podle zpPodle způůsobu dosasobu dosažženeníí zmzměěnynymagnetickmagnetickéého toku ho toku hovohovořříímeme o o indukovanindukovanéém napm napěěttíí vzniklvznikléémm

Page 2: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

2

IndukovanIndukovanéé napnapěěttíí vzniklvznikléé transformactransformacíí

dtdNu h

= *22

Indukované napěětí vzniklé pohybem

,* ,

dtdx

dxdN

dtd

Nu xtxi ⋅

Φ⋅=

Φ= 2

vlBNu xi ⋅⋅⋅⋅= 2

Page 3: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

3

IndukovanIndukovanéé napnapěěttíí vzniklvznikléé samoindukcsamoindukcíí

⋅⋅=⋅Φ

=dtdi

Ldtdi

dtdNu t

i *2

SilovSilovéé úúččinky inky

F = B .I . l M = 0,5 . d . sum Fi

Page 4: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

4

ZZáákladnkladníí rozdrozděělenleníí ES dle pohybu:ES dle pohybu:

-- netonetoččivivéé (bez pohybu)(bez pohybu)

-- totoččivivéé ((s pohybem)s pohybem)

-- linelineáárnrníí (s pohybem)(s pohybem)

DefDef.: To.: Toččivýivý ES je zaES je zařříízenzeníí, kter, kteréé mmáá ččáástisti schopnschopnéévykonvykonáávat relativnvat relativníí totoččivýivý pohyb a kterpohyb a kteréé je urje urččenoeno pro pro

elektromechanickou pelektromechanickou přřememěěnu energie.nu energie.

ElektrickElektrickéé stroje tostroje toččivivéé ppřřememěňěňujujíí elektrickou elektrickou (elektromagnetickou) formu energie na mechanickou (elektromagnetickou) formu energie na mechanickou

formu energie (motory) a naopak (generformu energie (motory) a naopak (generáátory). tory).

ElektrickElektrickéé stroje tostroje toččivivéé

Page 5: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

5

Základní rozděělení EST(dle charakteru napájecího napěětí )

• střřídavé stroje (AC stroje)

jednofázové, trojfázové, m - fázové

• stejnosměěrné stroje (DC stroje)

• ostatní

T O Č I V É NETOČIVÉ

GENERÁTORY M O T O R Y TRANSFORMÁTORY(jedno a trojfázové) MĚNIČE

Stej

nosm

ěrné

Stříd

avé

(Alte

rnát

ory)

Stej

nosm

ěrné

Stříd

avé

Kom

utát

orov

é

• cizím buzením• derivační• kompaudní• sériové

• cizím buzením• derivační• kompaudní• sériové

• synchronní• asynchronní

• asynchronní• synchronní

•usměrňovačestřídavé měničenapětí•střídače•pulzní měniče•měniče kmitočtu

ELEKTRICKÉ STROJE

síťové (výkonové)

pecnísvařovací (rozptylové)

měřící (MTP, MTN)

speciální (autotransformátory,

bezpečnostní, izolační, atd.)

Page 6: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

6

Rotor s:

Stator s:

klecovým vinutím

3-fázovým vinutím s kroužky

vyniklými póly vč.

permanent-ních magnetů

vinutím a s komutátorem

3-fázovým vinutímAsynchronní

klecový motor,

Asynchronnímotor

(s kotvou) nakrátko

Asynchronnímotor

s vinutým rotorem

Kroužkový asynchronní

motor

Synchronnístroj

Komutátorový motor

vyniklými pólySynchronní

stroj s vyniklými

(vyjádřenými) póly

Krokový motor Stejnosměrný stroj

Motor se stíněným

pólem

Základní konstrukce elektrických strojů točivých

Transformátory

Kat. 452Značky ve schématech

Říjen 2004 Václav Vrána

TransformátoryKat. 452

Page 7: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

7

Úvod

Definice:Transformátory jsou elektrické netočivé stroje,

které umožňují změnu velikosti (transformaci) střídavého napětí při konstantní frekvenci

Podle počtu fází je rozdělujeme na

jednofázové a trojfázové

~N1

1’

U1

I1 1

Φσ

primární vinutí

U2

I2 2

2’

Obr.1 Jednofázový transformátor s železným jádrem

N2

Φσ

sekundární vinutí

Φn Magnetický obvod

b d • Podmínky:

- nulový rozptyl:

Φσ = 0 - nulové ztráty:

ΣΔ P = 0 , R1 = R2= 0 ,

Převodový poměr:

Indukovaná napětí v jednotlivých vinutích:

Uind1= 4,44 . f . Φm . N1 , Uind2 = 4,44 . f . Φm . N2

1. Princip činnosti ideálního transformátoru

2

1

2

11 UUK

NN

UU

= ==ind2

ind

Page 8: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

8

2. Princip činnosti skutečného transformátoru

• Skutečné ztráty - ΔP > 0R1 > 0 , R2 > 0

• Rozptylové toky kolem vinutíΦσ1> 0 Φσ2 >0

• Skutečné napětí sekundárního vinutíU2 ≅ Uind2 - ΔU

ΔU ≅ I . Zk

3. Pracovní stavy transformátoru• Transformátor naprázdno.

~N1

1’

U1

I1o 1

primární vinutí

U20

2

2’

N2

sekundární vinutí

Příkon odebíraný transformátorem ze sítě slouží ke krytí ztrát naprázdno, které jsou - železném jádře - Δ PFe

- ve vinutí - Δ PCu.

I1 = I10 ,

I2 = 0

20

1

UU K =

Převod transformátoru

Page 9: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

9

Pracovní stav transformátoru : transformátor nakrátko

Příkon odebíraný transformátorem ze sítě slouží ke krytí ztrát nakrátko, které jsou ve vinutí.

~N1

1’

U1

I1k 1

primární vinutí

U2=0

2

2’

N2

sekundární vinutí

I2k

IK

U

~

ZK

Obr, Náhradní schéma

Z2=0 U2=0

KN

NKNK uI

UuZZ ⋅=⋅=

)KXX(jKRRXjRZK2

212

21 ⋅++⋅+=⋅+= ∑∑ οοο

Pracovní stav transformátoru: - nakrátko

UU

NN

KUU

ind1 1

2

1

2ind2 = = =

Poměrné napětí nakrátko uK, uK%

Při stavu transformátoru nakrátko se sníží primární napětína hodnotu UK, při které proud odebíraný ze sítě máhodnotu

IK = IN

IN

UK

~

ZK

Obr, Náhradní schéma

ZZ

II

N

K

N

N =⋅⋅

==N

K

N

KK Z

ZUUu

100100N

K

N

KK ⋅=⋅=

ZZ

UUu %

100K%

NK ⋅=

uIIProud nakrátko

Page 10: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

10

Transformátor při zatíženíJsou všechny ostatní pracovní stavy transformátoru, (vyjma stavů naprázdno a nakrátko).Vzájemné fázové poměry napětí a proudů lze zobrazit v tzv. fázorových diagramech a přibližně závisí na charakteru a velikosti zatěžovací impedance Z2, ( 0 < Z2 < ∞ ) a parametrech vinutí (R a X).

I2.K-1

U

~

ZK

Obr, Zjednodušené náhradní schéma

Z2.K2

U2.K

N

U2

U20

U2N

IN IK I2

rozptylové transformátory

napětí naprázdno

síťové transformátory

Zatěžovací charakteristika transformátoru

Účinnost transformátorů

ΔP = ΔPFe + ΔPCu (W) .... ztráty v transformátoru

P1 = U1 . I1 . cosϕ1 (W) .... činný příkon transformátoru

P2 = U2 . I2 . cosϕ2 (W) .... činný výkon transformátoru.

100 1 11

1

1

2 PP

P

PP

PP ⋅−=

−=

ΔΔη =

V praxi se dosahuje účinnosti 85 až 99 % ( transformátory větších výkonů mají vyšší účinnost). Účinnost je závislá na velikosti zatížení a klesá úměrně s velikostí zatížení .

Page 11: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

11

4. Konstrukce a provedení transformátorů

• magnetický obvod (jádro)- transformátorové izolované plechy, tloušťky 0,5 a 0,35 mm

- ferit

• systém chlazení- vzduch

- olej

• vinutí- materiál : měď, hliník

- počet vinutí : dvou a vícevinuťové

5. Autotransformátory

UU

NN

KUU

ind1 1

2

1

2ind2 = = =

I1 + I2

I2

I1

U1 - U2

U2

U1

II.

I.

2

Obr.9 - Zapojení autotransformátoru

2’1’

1

a

b

c

I1 + I2

I2

U2 – U1

II.

I.

2

2’ 1’

1 a

b

c

U1

I1 U2

a) pro snižování napětí b) pro zvyšování napětí

Výhody: Tvrdý chod, nízké pořizovací náklady

Nevýhody: Bezpečnost osob při poruše

Page 12: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

12

6. Měřící (přístrojové) transformátory

UU

NN K

UU

ind1 1

2

1

2ind2 = = = Měřené napětí (např. vn)

V

primár

sekundár

U1

U2

RiV >> 0

M

m

N

n

Obr. 10 - MTN

- Měřící transformátor napětí (MTN)

21

21

NNNNK

UKU

>

=

⋅=

2

1

Jmenovité sekundární napětítransformátoru (na straněvoltmetru) U2 bývá obvykle 100 V.

6. Měřící (přístrojové) transformátory

UU

NN

KUU

ind1 1

2

1

2ind2 = = =

- Měřící transformátor proudu (MTP)

Jmenovitý sekundární proud transformátoru (na straně ampérmetru) I2 bývá obvykle 5 A (1 A).

A

K L

k l

I1

I2

Ri ≈ 0

zkratovač

Obr.11 Zapojení MTP12

12

NNNNK

KII

IKI

>

=

=

⋅=

2

1

21

Page 13: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

13

7. Speciální transformátory

• Pecní transformátory

- odporové,

- obloukové,

- indukční

• Svařovací transformátory

3f 3f transformtransformáátorytory

Konstrukce chlazení 3f transformátoru

• Suchý a vyčištěný transformátor(např. při výrobě nebo po opravě)je umístěn v nádobě z vlnitéhoocelového plechu.

• Nádoba je naplněnatransformátorovým olejem ahermeticky uzavřena.

• Vinutí jsou vyvedeny přes izolačnípůchodky ven.

• Chladící olej cirkuluje a odvádíztrátami vzniklé teplo od vinutí a jader do radiátorů.

Řez 3f transformátorem s olejovým chlazením

Přívody vyššího napětí

Přívody nižšího napětí

Page 14: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

14

3f 3f transformtransformáátorytory -- Výroba suchých typů transformátorů

Montáž vinutí 6 kV, 1,5 MVA

Suchý transformátor vn, 300 kVA

Suchý transformátor vn, 16 MVA

Suchý transformátor pro nn

ASYNCHRONNASYNCHRONNÍÍ STROJESTROJEObecně

• Asynchronní stroj (AS) je používánjako 1f a 3f motor (AM) a také jakogenerátor. Nejčastěji však jakomotor. Je nazýván “ tažným koněm”průmyslu.

• Většina AM používaných v průmyslu je s klecovým rotorovýmvinutím, tzv. “ nakrátko”.

• Oba motory, třífázový i jednofázovýmotory mají široké použití.

• AS jako asynchronní generátor máojedinělé použití, jako typický jepoužití ve větrných elektrárnách, apod.

Jednofázový asynchronní motor

Svorkovnice

Výkonový štítek stroje

Hřídel

Ložiskové pouzdro

Ložiskový štít-zadní

Rozběhový kondenzátor

© Stýskala, 2002

Page 15: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

15

ASYNCHRONNASYNCHRONNÍÍ MOTORYMOTORY• Stator - konstrukce

– Jádro (paket) z izolovanýchdynamoplechů s drážkami

– Vinutí z izolovaných Cu vodičů, zpravidlatří nebo jednofázové, je vytvarováno a uloženo oddělené drážkovou izolací v drážkách jádra

• Rotor klecového AM - konstrukce– Paket z izolovaných dynamolechů s

drážkami na vnějším obvodu– Kovové tyče vinutí zalisovány v

drážkách, zpravidla slitiny na bázi Al– Dva kroužky spojující tyče nakrátko– Drážky a tyče jsou zešikmeny z důvodů

snížení hlučnosti vlivu harmonických

Jádro

Statorovádrážka

Řez statorovým vinutím

Řez tyčí rotorového vinutí

Spojovací kruhyRotorové tyčemírné zešikmení

statorovásvorkovnice

3f statorové

vinutí

ventilátor

litinová nebo hliníková kostra s chladícími žebry

ložiska

přední a zadníložiskový štít

kryt ventilátoru

výkonový štítek

hřídel

proud chladícího vzduchu

motorový přívod elektrické energie

Názorný řez 3f AM v patkovém provedení

patka

příkon P1

výkon P2ztráty ΔP

Page 16: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

16

KROUKROUŽŽKOVKOVÉÉ ASYNCHRONNASYNCHRONNÍÍ MOTORYMOTORY

Rozdílnost konstruce

Vinutý rotor:• Trojfázové rotorové vinutí je

uloženo v rotorových drážkách.• Je zapojen zpravidla do hvězdy

(Y), zřídka do trojúhelníka (D)• Konce fází rotoru jsou vyvedeny

na kroužky, začátky do uzlu (Y)• Tři uhlíkové kartáče dosedají na

tři kroužky• Rotorové vinutí může být spojeno

s externími variabilními rezistorynebo se samostaným zdrojem(měničem)

Koncepce 3f AM s vinutým rotorem

U-

V+

U+W+

W-

V-

FázeU

FázeV

FázeW

Statorové jádro- paketz izolovanýchdynamoplechů

Statorové drážkys vinutím

3f rotorové vinutíuložené v rotorovýchdrážkách vyvedenéna kroužky

Třífázovéstatorovévinutí

Rotorový paketz izolovanýchdynamoplechů

hřídel motoru

Vzduchovámezera

ASYNCHRONNASYNCHRONNÍÍ MOTORYMOTORYPrincip činnosti 3f AM

• Statorové vinutí je napájeno třífázovým napětím, které v němvyvolá souměrný střídavý proud.

• Protékající třífázový proud generuje ve statoru točivé EM pole.

• Toto EM pole rotuje (obíhá, otáčí se) synchronní úhlovourychlostí Ω1 = π·n1/30. Synchronní rychlost je úměrnásynchronním otáčkam n1, ty závisí na frekvenci napájecíhonapětí AM a počtu pólových dvojic (pólpárů) p:

n1 = 60 ·f / p (min-1)

• Rotující EM pole indukuje indukované napětí do vodičůrotorového vinutí nakrátko.

• Indukované napětí vyvolá v klecovém vinutí rotoru el. proud.

Page 17: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

17

Uu

Uv

Uv

Princip vzniku kruhového točivéhomagnetického pole ve statoru 3f AM

n1 ….. synchronní otáčky točivého mag. pole ve statorovém vinutí, resp. ve statorovém paketu

fáze statorového vinutí

napá

jení

z 3f

stří

davé

ho z

droj

e ha

rmon

ické

ho n

apět

í

Působení kruhového točivéhomagnetického pole ve statoru 3f AM na rotor,

vznik točivého momentu

Stator

Rotor(rotorové vinutí není

nakresleno)

Statorovévinutí

n …. otáčky (aktuální) rotoru

n1 … synchronníotáčky

3 fázový zdroj

Page 18: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

18

ASYNCHRONNASYNCHRONNÍÍ MOTORYMOTORY

Vznik tažné síly AM

• Točivé EM pole indukujeproud v tyčích rot. vinutí

• Vzájemné působenítohoto proudu a EM točivého pole vyvoláhybnou sílu přenášenouna hřídel

F = B · I1 · l

• l je délka rotoru

Force

Brotating

I1

Ring

Síla FIndukce Btočivého EM

pole

Tyče rotorovéhovinutí

Rotorové kruhy

n, Ω

l

ASYNCHRONNASYNCHRONNÍÍ MOTORYMOTORY3f AM - Význam skluzu

• Když se rotor otáčí stejnou úhlovou rychlostí (resp. otáčkami) jakou má točivé EM pole statoru, je jím indukované napětí, proud a moment roven nule. Proto k vytvoření momentu musí mít rotor AM rychlost menší než je rychlost synchronní (Ω < Ω1 , resp. n < n1).

• Motor ke své činnosti potřebuje stále určitý rozdíl rychlosti(otáček) rotoru vůči rychlosti (otáčkám) synchronní, vytvořené EM polem statoru. Tento poměrný pokles otáček se nazýván skluz sa je dán vztahem:

s = (n1 - n)/n1

• Frekvence indukovaného napětí a proudu v rotoru je: f2 = s⋅ f1• Jmenovitý skluz sn (při jmenovitém zatížení) AM bývá od 0,5 do

5%, u velmi malých motorů až 10%.

Page 19: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

19

ASYNCHRONNASYNCHRONNÍÍ MOTORYMOTORY3f AM - Skluz - Příklad výpočtu

Třífázový AM 14,7 kW, 3x230V, 50Hz, šestipólový, zapojený do Y, má jmenovitý skluz 5%.

Vypočtěte:a) Synchronní otáčky a synchronní rychlostb) Jmenovité otáčky rotoruc) Jmenovitý moment motoru

Řešení

a) Synchronní otáčky : n1 = 60 ⋅ f /p = 60 ⋅ 50 / 3 = 1 000 ot./min., tj. 16,667 ot./s.synchronní úhlová rychlost : Ω 1 = 2 ⋅ π ⋅ n1 = 104,669 rad./s.

b) Otáčky rotoru: nn = (1 - s ) ⋅ n1 = (1 - 0,05) ⋅ 1 000 = 950 ot./min., tj. 15,83 ot./s.

úhlová rychlost rotoru: Ω n = 2 ⋅ π ⋅ nn = 99,465 rad./s.

b) Jmenovitý moment motoru: Mn= P2n/ Ω n = 147,8 Nm

ASYNCHRONNÍ MOTORY3f AM - Momentová charakteristika - průběh a důležité hodnoty

Momentová charakteristika, tzn. n = f (M) závislost rychlosti, resp. otáček AM nazatěžovacím momentu se dá sestrojit např. pomocí programu MathCad.• Obrázek s m.ch. AM ukazuje důležité body a hodnoty, včetně nominálního bodu A.• AM pracuje jako motor v rozsahu skluzu od 1 do 0.

1,0 2,0 3,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

s = 1,0

0,05

MN

MM

MZ

M0

4,00,0

n0

nN

nz

v

n1 A

s

n = f (M)

M

n , resp. Ω

Page 20: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

20

3 pracovnírežimy, plynulé

přechody

Asynchronnímotory

Řízení rychlosti AM, brzdění

Řízení rychlosti AM

• Změnou frekvence statorového napětí (frekvenční měnič)

• Změnou rotorového odporu (podsynchronní kaskáda)

• Změnou počtu pólů(Dahlanderovo zapojení)

Brzdění AM

• Protiproudé (reverzace fází) motor pracuje jako brzda s>1

• Nadsynchronní (generátorické) (frekvenční měnič / dahlander)s<0

• Dynamické (stejnosměrné)

Page 21: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

21

ASYNCHRONNÍ MOTORY“ Jednofázový AM ”

OBECNĚ

• Je nejvíce používán v chladničkách, pračkách, ždímačkách, hodinách, vrtačkách, malých kompresorech, pumpách, atd.

• U tohoto typu motoru je v drážkáchstatorovém paketu uloženo dvojívinutí uspořádané navzájem kolmo. Jedno je hlavní (pracovní), a druhépomocné je pro rozběh (stratovací).

Klecovýrotor

Statorový paketz izolovanýchdynymoplechů

Statorovédrážky s vinutím

Rotorovtyče

Kroužky spojujícítyče nakrátko

Hlavnívinutí

Startovací -- pomocné

vinutí

+

_

I

ASYNCHRONNÍ MOTORY

Jednofázový AM - Princip spouštění

• Spouštění 1f AM vyžaduje vytvoření točivého EM pole.

• Točivé EM pole k rozběhu je zde vytvořeno (např. pomocí kapacitoru v) proudyve vinutích navzájem fazově posunutími o 90o (el.).

U

C

odstředivý spínač

hlavní vinutí

rozběhovévinutí

rotor

Page 22: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

22

Stejnosměrné (DC) motory

• mají obdobnou konstrukci jako DC generátory

• vyžadují jeden nebo dva DC napájecí zdroje• možnost řízení jejich otáček je jednoduchá• vyrábějí a používají se v širokém rozsahu výkonů

od setin W, až po jednotky MW• v současnosti jsou jejich aplikace nahrazovány

AC pohony především z důvodů spolehlivosti, menších nároků na údržbu, levnější pořizovacíceny a příznivějšího poměru výkonu na jednotku hmotnosti

Konstrukční uspořádání DC motoru

Page 23: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

23

Hlavní póly(budící)

Kartáče Pomocnépóly

Kotva(rotor)

Zdroj budícího a kotevního napětí

Zapojení budícího, kotevního vinutía vinutí pomocných pólů DC motoru

hřídel

kotva

Uhlíkovékartáče

komutátor

elektromagnetické pole – elektromagnetickébuzení, nebo permanentní magnet

SJ

Jižn

ípól

S

Sev

erní

pól

Nap

ájec

ínapět

íkot

vy

-

+

Otáčky n(směr otáčení rotoru)

Principielní uspořádání DC motoru

Page 24: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

24

Jižn

ípól

Sev

erní

pól

Nap

ájec

ínapět

íkot

vy

+

Principielní uspořádání DC motoru a jeho činnost

Animace principu činnosti DC motoru

S

J

Ua .. napájeníkotvy motoru

+

Page 25: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

25

Řez špičkovým převodovým DC motorem firmy MAXON

Druhy stejnosměrných strojů• Podle toku energie – motory, generátory• Obdobně jako AM – 3 režimy – motor – generátor – brzda• Podle zapojení budicího vinutí – viz obr. níže

Page 26: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

26

Mechanické charakteristiky DC motorů

Mechanické charakteristiky motoru s cizím buzením, příp. s permanentními magnety Mechanické charakteristiky motoru se

sériovým buzením (univerzální motor)

Vlastností DC motorů je velký záběrný proud viz charakteristiky, realizace rozběhu

a) Jen vyjímečně přímým připojením (univerzální motorky, serva)

b) při sníženém napětí

c) S předřadným odporem

Použití stejnosměrných strojů• Trakce (sériové motory, motory s cizím

buzením)• Hračky, servomotorky

Zvláštní druh jsou tzv. univerzální motory • jedná se o upravený sériový motor, který lze

napájet DC i AC napětím, využití – vysavače, ruční nářadí

• Mech. charakteristiky jsou shodné se sériovým motorem

Page 27: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

27

Synchronní stroje

Synchronní generátor 14 500 kW

Synchronní motor 3 150 kW

Synchronní stroje

Generátory(alternátory)

MotoryS hladkým

rotoremS vyniklými

póly

Dělení synchronních strojů

Podle směru toku energie

Podle provedeníkonstrukce rotoru

S permanentními magnety

Charakteristické vlastnosti: synchronní rychlost, vysoká účinnost, možnost měnit účiník (kompenzovat)

Charakteristické využití: generátory (turboalternátory, hydrogenerátory), synchronní stroj jako tzv. „ventilový pohon“ pro pohon např. ropovodu, pohony válcovacích stolic (velké výkony, malé otáčky)

Page 28: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

28

Synchronní stroje

S

J

u(t)

Nejvyužívanějším typem relativního pohybu EM pole a vodiče je pohyb rotační

(využívaný ve většině běžných AC generátorů)

i(t) - (střídavý proud – obou polarit)

~ VOLTMETR

Mag. indukce B

Rychlost otáčení,resp. otáčky n

Časový průběh indukovaného napětí

ωt

u(t) – střídavé indukované napětí

Page 29: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

29

Hlavní části generátoru

• Kotevní vinutí: je nejčastěji 3f, umístěno ve statorové části. Z něho se odebírá „vyrobená“ indukovaná elektrická energie

• Budící vinutí: DC rotorové vinutí napájeno z budiče (často to je DC rotační zdroj na stejné hřídeli s rotorem), vytvářející nutné elektromagneticképole

• Stator: pevná část generátoru

• Rotor: rotuje uvnitř statoru vlivem hnacího stroje

• Kroužky a kartáče: kroužky jsou umístěny na rotoru a spolu s kartáči slouží ke spojení budiče s otáčejícím se budícím vinutím, pozn. Napájení je možné i bez kartáčů indukcí tzv. bezkontaktní buzení -větší spolehlivost

--------------------------------------------------------------------------------------------------Hnací stroj: dodává přes rotor generátoru mechanickou energii, nejčastěji to bývají parní, plynové, spalovací nebo vodní turbíny, spalovací motory ...

Princip 3f synchronního turboalternátoru názorně

3f statorové vinutí

Rotor - otáčející se elektromagnet buzený (napájený) z DC zdroje

Kartáče

kroužkytři fázové vodiče vedoucí k blokovému transformátoru

L1 L2 L3

Nulový vodič

DC BUDIČ

+

L1

L2L3

N (S)

S (J)

Page 30: – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje točivéfei1.vsb.cz/kat420/vyuka/Bakalarske_FMMI/prezentace...1 Elektrické stroje – Úvod – Transformátory - Elektrické stroje

30

Pohled na 3f synchronní hydroalternátor(vodní dílo Lipno, 2x 60 MW)

Charakteristiky synchronních strojů

Momentovácharakteristika

synchronního stroje

Rozběh synchr. motoru:

a) asynchronní, potévtažení do synchronismu

b) cizím pomocným motorem

c) pomocí frekvenčního měniče, cyklokonvertoru