asihroni strojevi i pogoni- d.zarko
Post on 14-May-2017
255 Views
Preview:
TRANSCRIPT
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA
ELEKTROMEHANIČKE I ELEKTRIČNE PRETVORBE ENERGIJE
ASINKRONI STROJEVI I POGONI
Prof.dr.sc. Damir Žarko
ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU 30.11.2011Ak. god. 2011/2012 Zagreb,
Strojevi izmjenične struje
Strojevi izmjenične struje se dijele na:Strojevi izmjenične struje se dijele na:Sinkrone, Asinkrone iIzmjenične kolektorske (komutatorske).
Nikola Tesla je 1888 god patentirao i javnosti prikazao svojNikola Tesla je 1888. god. patentirao i javnosti prikazao svojnovo izumljeni motor (patentno ime, “Electro‐Magnetic Motor”)u kojemu prvi puta objašnjava stvaranje i primjenu okretnogmagnetskog polja.
Si k i i i k i l kt ič i t j i d i i k tSinkroni i asinkroni električni strojevi rade na principu okretnogmagnetskog polja.
230.11.2011
Teslin dvofazni generator i motor, sustav za okretno magnetsko polje(1)
Dvofazni izmjenični napon Tesla dobiva iz armature istosmjernog generatorakoristeći 4 klizna koluta i četkice, a dvofazno okretno polje u provrtu torusnej k j d f đ b k 90jezgre na koju su namotana dva fazna namota međusobno zakrenuta za 90stupnjeva.
GeneratorMotor
330.11.2011
Teslin dvofazni generator i motor, sustav za okretno magnetsko polje (2)
Dvofazni izmjenični napon Tesla dobiva iz armature istosmjernog generatorakoristeći 4 klizna koluta i četkice, a dvofazno okretno polje u provrtu torusnejezgre na koju su namotana dva fazna namota međusobno zakrenuta za 90jezgre na koju su namotana dva fazna namota međusobno zakrenuta za 90stupnjeva.
430.11.2011
Dvofazni generator i dvofazni motor prema Teslinom patentu br. 381968
Generator
Dvofazni napon uzima se sa statora, a ne s kliznih koluta.
MotorGenerator
530.11.2011
Dvofazni sustav generatora i motora prema Tesli
Motor Generator
630.11.2011
Okretno magnetsko polje
Da bi se stvorilo bilo kakvo okretno magnetsko polje moraju postojati na statorubarem dva namota pomaknuta međusobno prostorno za neki kut a struje koje ubarem dva namota, pomaknuta međusobno prostorno za neki kut, a struje koje unjima teku moraju međusobno biti fazno pomaknute za neki kut.
Ako su prostorni pomaci između potpuno simetričnih faznih namota jednakivremenskim pomacima između potpuno simetričnih faznih struja koje kroz njihteku, stvarat će se simetrično (kružno) okretno magnetsko polje.
Ako postoje prostorni pomaci između namota i vremenski pomaci između strujaAko postoje prostorni pomaci između namota i vremenski pomaci između struja,stvarat će se okretna protjecanja koja nisu simetrična (kružna) nego su nesimetrična(eliptična).
Da li će motor raditi kao sinkroni ili asinkroni zavisi o tome kako mu je izveden rotor.Statori sinkronog i asinkronog motora se ne razlikuje. U njemu struje trebaju stvoritiokretno magnetsko polje.g p j
Tesla se na početku bavio dvofaznim asinkronim i sinkronim motorom jer mu je tobilo najjednostavnije za mogućnosti izrade u njegovom laboratoriju.
730.11.2011
Osnovne podjele asinkronih strojeva
Prema obliku gibanja:Rotirajući (engl. rotating machines),
Linearni (engl. linear machines).
Prema izvedbi rotora:Asinkroni stroje i s ka e nim rotorom ( engl sq irrel cage rotor ind ction motors)Asinkroni strojevi s kaveznim rotorom ( engl. squirrel‐cage rotor induction motors) ,
Asinkrone strojevi s kliznokolutnim (namotanim) rotorom ( engl. wound rotor induction motors or slipring induction motors),
Asinkroni strojevi s masivnim rotorom (engl. massive rotor induction motors).Asinkroni strojevi s masivnim rotorom (engl. massive rotor induction motors).
Prema broju faza i priključku na izvor napona:Trofazni, dvofazni i jednofazni (za male snage).
Prema veličini nazivnog napona:Visokonaponski (iznad 1000V do 15000 V) i niskonaponski (do 1000V).
Prema pretvorbi energije:Asinkroni motori,
Asinkroni generatori.
830.11.2011
g
Suvremene izvedbe asinkronih strojeva i pogona
Današnji asinkroni strojevi se po konstrukciji i tehnologijibitno razlikuju od strojeva iz vremena Nikole Tesle, Ferarisa iDobrovoljskog. Princip rada je ostao isti.
Neke suvremene industrijske izvedbe kompletnog asinkronogstroja ili njegovih dijelova su prikazani na sljedećimstroja ili njegovih dijelova su prikazani na sljedećimslajdovima.
930.11.2011
Suvremeni asinkroni kavezni motor s aluminijskim kavezom na rotoru
GLAVE NAMOTAPRIKLJUČNA KUTIJA
VENTILATOR
KRATKOSPOJNI PRSTEN
ROTORSKIOSOVINA (magnetski ili nemagnetski čelik)
KUĆIŠTELEŽAJ
ROTORSKI PAKET
1030.11.2011
AJSTATORSKI PAKET
Rotorski lim asinkronog kaveznog motora
a) aluminijski dvokavezni rotor b) bakreni kavez)
a) b)
1130.11.2011
Statorski paket (jezgra) trofaznog asinkronog motora pripremljen za ulaganje namota
1230.11.2011
Stator novog asinkronog motora za visoki napon (6 ‐10 kV, 50 Hz)
1330.11.2011
Pogled na glave namota i izvode do priključne kutije
Ulaganje namota u statorski paket trofaznog asinkronog motora (400 V, 50 Hz)
1430.11.2011
Kavezni rotor trofaznog asinkronog motora u fazi završne izrade(motor za električnu vuču)
1530.11.2011
Kavezni rotor trofaznog asinkronog motora opće namjene nakon završne obrade
1630.11.2011
Rotor trofaznog asinkronog motora s kliznim kolutima
Klizni kolutiKlizni koluti
1730.11.2011
Neke tipične primjene asinkronih strojeva
1830.11.2011
Strojarnica u TE‐TO Osijek
Jednu fotografiju motora iz termoelektrane
ki l kNapojna kotlovska pumpa
Pogonski elektromotor
1930.11.2011
Motori naftovodnih pumpi u terminalu Omišalj, 6000 V, 50 Hz(Protueksplozijska zaštita oklapanjem)
Naftovodni terminal Omišalj
2030.11.2011
Naftovodni terminal Omišalj
Kavezni motori naftovodnih pumpi na terminalu Omišalj, 3300 kW, 6000 V, 50 Hz, 2p=4
2130.11.2011
Terminal Omišalj
Asinkroni motori povećane sigurnosti, Terminal Sisak1900 kW, 6000 V, 50 Hz, 2p=2
Terminal Sisak
2230.11.2011
Terminal Sisak
Elektromotorni pogon naftovodne pumpe sa zaletnom spojnicom
Hidraulična spojka
Visokonaponski motorPumpa
p j
2330.11.2011
Motori naftovodnih pumpi 3300 kW, 6000 V, 50 Hz, Melnice
2430.11.2011
Elektromotorni pogon – asinkroni motor + pumpa aMDEA otopine, procesno postrojenje za obradu plina CPS Molve
2530.11.2011
Frekvencijski regulirani motor, Exde II AT3
Elektromotorni pogon procesne pumpe, motor 1800 kW, 2p=2, frekvencijski reguliran
MotorPumpa MotorPumpaTurbinaSpojka
2630.11.2011
Asinkroni motor 350 kW, 2p=2, 400V, za pogon vijčanog kompresora na plinskoj bušotini
2730.11.2011
Dvobrzinski asinkroni generator
Multiplikator
bi
generator
Turbina
2830.11.2011
Dvostrano napajani asinkroni generator (DFIG) vjetroagregata promjenljive brzine vrtnje
Mreža
Asinkroni generator
Multiplikator
Elektronički energetski pretvarač
Turbinap
2930.11.2011
Osnovna teorija ‐ okretno magnetsko polje
Okretno magnetsko polje stvoreno u statorskim namotima protjecanimaizmjeničnim fazno pomaknutim strujama vrti se sinkronom brzinom vrtnje:
=60
, o/minss
fn
p
gdje je f frekvencija struja a p broj pari polova motoragdje je fs frekvencija struja, a p broj pari polova motora.
Okretno magnetsko polje inducira u vodičima rotora napone koji kroz namotOkretno magnetsko polje inducira u vodičima rotora napone koji kroz namotrotora protjeraju struje. Interakcijom struja rotora i okretnog mag. polja stvara sesila na vodiče rotora koja zakreće rotor u smjeru vrtnje okretnog polja.
Ako je moment svih sila na vodiče rotora veći od momenta otpora vrtnji, rotor ćese vrtjeti brzinom koja je uvijek različita od brzine vrtnje okretnog polja, te sezbog toga motor zove asinkroni*.g g
*asinkrono – koje nije sinkrono, nije istovremenosinkrono – koje je s nečim ili nekim sinkrono, istovremeno
3030.11.2011
Pojam klizanja asinkronog stroja (1)
Okretno polje se vrti u odnosu na stator sinkronom brzinom
ns= 60f/p, o/minns 60f/p, o/minRotor se vrti brzinom vrtnje n, o/min
Razlika brzine vrtnje rotora (mehaničke brzine) i brzine vrtnje okretnog polja
naziva se klizanje i računa se prema izrazu:
−= sn n
s =s
sn
3130.11.2011
Pojam klizanja asinkronog stroja (2)
Brzina vrtnje rotora je nakon definicije klizanja s:
= − = −60
(1 ) (1 )fsn n s s
Brzina vrtnje rotora može teoretski biti bilo koja vrijednost, pa odnosi izmeđunje i klizanja s izgledaju kao na slici
= − = −(1 ) (1 )n n s ss p
nje i klizanja s izgledaju kao na slici.
rotor se vrti sinkronom brzinom s = 0dok rotor stoji (zakočen) s = 1dok rotor stoji (zakočen) s = 1
brzina vrtnje rotora manja od sinkrone s > 0rotor se vrti brže od okretnog polja s < 0
3230.11.2011
rotor se vrti u suprotnom smjeru (n<0) od okretnog polja s > 1
Pojam klizanja asinkronog stroja (3)
s
s
n ns [%] 100 %n−
=Klizanje u tehnički prihvatljivim iznosima mora biti sasvim mala veličina (zbogutjecaja na gubitke energije) te se zbog toga iskazuje u postocima.
snKlizanje se obično kreće između 0.1 i 5 %. Veća vrijednost odnosi se na motoremanjih snaga (do oko 1 kW).
Primjer iz kataloga:Motor snage 180 W, 400 V, 50 HZ, 2p = 2 ima brzinu vrtnje pri nazivnomopterećenju 2905 o/minopterećenju 2905 o/min.Klizanje je
= = ⋅ =3000‐2900‐
100 3,33%n nss
Motor snage 1 MW 10 kV 50 Hz 2p = 4 nazivna brzina vrtnje n = 1491 o/min
100 3,33%3000
sns
= = ⋅ = 1500‐1491‐
100 0,6%n nss
Motor snage 1 MW, 10 kV, 50 Hz, 2p = 4 , nazivna brzina vrtnje n = 1491 o/min
3330.11.2011
1500ns
Rotorski napon
Dok rotor miruje (s=1) u njemu okretno polje inducira napon Er0.
Nakon što se rotor počne vrtjeti, mijenja se relativna brzina okretnog poljap j j j g p jstatora prema rotoru, a napon Er se mijenja prema izrazu:
P i l ti j b i i 0 tj 0 t t j il iEr = Er0 s
Pri relativnoj brzini 0, tj. za s=0, nema napona u rotoru, nema struje, sile nimomenta pa motor ne može raditi pri tom klizanju. Samo pri različitimbrzinama vrtnje okretnog polja i rotora postoji inducirani napon, struje urotoru i elektromagnetski moment. Zbog toga je naziv asinkroni motor.
3430.11.2011
Frekvencija rotorskih struja
−( )sp n nf f
Inducirani napon i struja rotora imaju frekvenciju
= =( )60s
r sp n n
f s f
O f k ij i f k ij kli j T ki ž i i bilOvu frekvenciju nazivamo frekvencija klizanja. Teoretski ona može imati bilo koju vrijednost.
fsfr
1
n0 ns
3530.11.2011
n0 ns
Elektromehanička pretvorba energije posredstvom okretnih magnetskih polja
Za elektromehaničku pretvorbu energije posredstvom magnetskih poljaneophodno je da se statorsko i rotorsko magnetsko polje vrte istom brzinom,odnosno da im relativna brzina bude jednaka nuli. Ukupna brzina vrtnjerotorskog polja u odnosu na jednu fiksnu točku statora je zbroj brzineokretnog polja rotora u odnosu na rotor n0r i brzine rotora n u odnosu nag p j 0rjednu fiksnu točku statora
n + n0r = nsd i k j j i j b d j ili j iKod sinkronog stroja na rotoru je istosmjerna uzbudna struja ili su trajni
magneti; nema okretnog polja rotorskih struja u odnosu na rotor koji se zbogtoga mora vrtjeti sinkronom brzinom vrtnje statorskog polja.
Kod asinkronog stroja pretvorba je uvijek moguća osim pri vrtnji rotorasinkronom brzinom statorskog polja kada je klizanje jednako nulisinkronom brzinom statorskog polja kada je klizanje jednako nuli.
Asinkroni stroj je pri tome prirodno puno prihvatljiviji za primjenu odsinkronog jer su na raspolaganju velike mogućnosti promjena rotorske brzine
3630.11.2011
vrtnje i frekvencije.
Odnosi brzina vrtnje u asinkronom stroju
ns ‐ brzina vrtnje statorskog okretnog polja u odnosu na stator n ‐ brzina vrtnje rotora u odnosu na statorjn0r ‐ brzina vrtnje rotorskog okretnog polja u odnosu na rotor
+n + n0r = ns
3730.11.2011
Osnovne jednadžbe asinkronog motora
Naponska jednadžba statora
ψψ
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥= +⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥
0 0
0 0as s as as
bs s bs bs
u R id
u R i ψψ
⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦0 0
bs s bs bs
cs s cs cs
dtu R i
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤
Naponska jednadžba rotora
Osnovni dvopolni prikaz asinkronog motora
ψψ
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥= +⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥
0 0
0 0ar r ar ar
br r br br
u R id
u R idt
ψ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦0 0cr r cr cr
dtu R i
R – otpor namotaΨ l č i t k t
3830.11.2011
Ψ ‐ ulančeni tok namota
Osnovne jednadžbe asinkronog motora
Ulančeni tokovi statora
( ) ( ) ( )σψ α α α+ ⎡ ⎤⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥
as asas s asbs ascs as asar r asbr r ascr r arL L L L i L L L i( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )
σ
σ
ψ α α αψ α α α
⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥= + + ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥+⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎣ ⎦
bs bsas bsbs s bscs bs bsar r bsbr r bscr r br
cs csas csbs cscs s cs csar r csbr r cscr r cr
L L L L i L L L i
L L L L i L L L i
Ulančeni tokovi rotora
( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )
σ
σ
ψ α α αψ α α α
+⎡ ⎤⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥= + +⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥
ar aras r arbs r arcs r as arar r arbr arcr ar
br bras r brbs r brcs r bs brar brbr r brcr br
L L L i L L L L i
L L L i L L L L i( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) σψ α α α
⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥+⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎣ ⎦cr cras r crbs r crcs r cs crar crbr crcr r crL L L i L L L L i
Lasbs – međuinduktivitet (as – namot koji ulančuje tok, bs – namot koji pobuđuje tok)Lσ ‐ rasipni tok namota
3930.11.2011
σ p
top related