Dr. sc. Dubravko Vueti:

BRODSKI ELEKTRINI URE AJIOSNOVE ELEKTROMAGNETIZMAFORMIRANJE MAGNETSKOG POLJA U ELEKTRINIM STROJEVIMA. Oko vodia kojim tee struja stvara se magnetsko polje. Smjer polja odre uje se pravilom desnog vijka. Ako se vodi namota na kalem i kroz H = NI N I + njega pusti struja, nastaje snaan elektromagnet. Kako silnice magnetskog l I polja neusporedivo lake prolaze kroz eljezo nego kroz zrak elektrini U strojevi imaju magnetsku jezgru sainjenu od elinih limova koji magnetsko polje stvoreno u uzbudnim namotima (elektromagnetima) sprovode do mjesta gdje e biti S iskoriteno za stvaranje elektromagnetske sile ili induciranje napona u drugim vodiima. FARADAYEV ZAKON (POJAVA INDUCIRANOG NAPONA U VODIU) Ako se vodljiva petlja (namot) nalazi u promjenljivom magnetskom polju u njoj e se prema Faradayevom zakonu inducirati napon. Ako se strujni krug zatvori inducirani napon e potjerati struju koja stvara magnetsko polje koje se opire promjeni magnetskog toka koja je uzrokovala pojavu induciranog napona.

e = N

d dt

INDUCIRANJE NAPONA U ROTACIONIM STROJEVIMA Na vodiu koji se kree u magnetskom polju tako da sijee njegove silnice (ili obratno silnice se B + kreu i sijeku vodi) javlja se inducirani napon. Ako se strujni krug zatvori inducirani napon e potjerati struju koja stvara elektromagnetsku silu koja nastoji zaustaviti vodi. v-

e = Blv

ELEKTROMAGNETSKA SILA Na vodi koji se nalazi u magnetskom polju ako kroz njega tee struja djeluje sila. Sila je okomita na smjer struje (vodi) i na smjer magnetskog polja, a kako je u biti rije o vektorskom produktu B njen se smjer odre uje pravilom desne ruke: Ako se palac desne ruke usmjeri u smjeru struje, a kaiprst u smjeru magnetskog polja (indukcije) savinuti kaiprst pokazuje smjer sile. FI

F = BIl

TRANSFORMATORIPRINCIP RADA TRANSFORMATORAI1SEKUNDAR PRIMAR

I2

U1

U2

Aktivni dijelovi transformatora su magnetska (eljezna) jezgra, primarni i sekundarni namot. Kada se primarni namot prikljui na izvor izmjenine struje kroz njega potee odgovarajua izmjenina struja koja stvori magnetsko polje u magnetskoj jezgri. Sekundarni namot obuhvaa magnetsku jezgru kroz koju prolaze silnice promjenljivog magnetskog polja odnosno promjenljivi magnetski tok pa se u njemu inducira izmjenini napon. Ako se na krajeve sekundarnog namota prikljui elektrino troilo inducirani napon potjera struju koja stvara magnetsko polje to se opire promjeni magnetskog toka u jezgri.

ELJEZNA JEZGRA

OSNOVNE JEDNADBE TRANSFORMATORA N1 U1 N1 Omjer induciranih napona primara i sekundara (elektromotornih sila) jednak je omjeru E1 broja zavoja. Omjer napona na stezaljkama primara i sekundara samo je priblino E = N U2 N2 2 2 jednak omjeru broja zavoja i ovisi o veliini i karakteru (induktivno, kapacitivno ili djelatno) optereenja (struje sekundara). Omjer struja primara i sekundara obrnuto je proporcionalan omjeru broja zavoja.

I1 N 2 = I 2 N1

NACRTAJ NADOMJESNU SHEMU TRANSFORMATORA I OBJASNI NJENE ELEMENTE! R1 - otpor primara U1 - napon primara X1s R1 X'2s R'2 I'2 U'2 - reducirani napon sekundara R'2 - reducirani otpor sekundara E - inducirani napon X1 - rasipna reaktancija primara I0 I1 - struja primara X'2 - reducirana rasipna reaktancija sek. Ig I I'2 - reducirana struja sekundara RFe - otpor za izraunavanje gubitaka Fe U1 U'2 I0 - struja praznog hoda X0 - otpor primara RFe X0 E I' - struja magnetiziranja Ig - struja gubitaka u eljezu

OVISNOST SEKUNDARNOG NAPONA TRANSFORMATORA O OPTEREENJU Napon sekundara transformatora pada s poveanjem sekundarne struje (optereenja). Pad U2 Kapacitivno opterecenje napona ovisi ne samo o veliini struje (snazi prikljuene potronje) ve i o njenom karakteru. Kod iste jakosti struje najvei je pad napona u sluaju optereenja induktivnog karaktera Djelatno opterecenje (elektromotori, fluorescentna rasvjeta...), a neto manji kod djelatnog optereenja (arulje, grijai...). Kod kapacitivnog optereenja koje se na brodu u pravilu ne moe pojaviti napon se Induktivno opterecenje s optereenjem ak i poveava.I2

TROKUT SNAGES [kVA] Q [kVAr]f P [kW]

Trokut snage je pravokutni trokut koji prikazuje odnose izme u djelatne snage P, jalove snage Q i prividne snage S. Iz njega proizlaze jednadbe: S2

= P2 + Q2

i

P = S cos .

NAPON KRATKOG SPOJA Napon kratkog spoja uK je napon koji prikljuen na primarne stezaljke transformatora iz kratko spojene sekundarne stezaljke potjera kroz transformator nazivnu struju. Odre uje se pokusom kratkog spoja. BILANCA SNAGE I STUPANJ KORISNOSTI TRANSFORMATORA Od snage privedene transformatoru P1 dio se gubi na gubitke u bakru primara PCu1, dio na gubitke u P1 bakru sekundar PCu2 i dio na gubitke u eljezu PFe. Stupanj korisnosti se kao i kod svakog drugog ure aja definira kao omjer korisne (izlazne) snage i privedene (ulazne) snage: PCu1

PFe

=PCu2 P2

P2 P1 PCu1 PFe PCu 2 = P1 P1

GUBICI U BAKRU Gubici u bakru nastaju prolaskom struje kroz bakrene namote elektrinih strojeva. Kod transformatora se dijele na gubitke u namotu primara PCu1 i gubtke u namotu sekundara PCu2. Gubici u bakru rastu s kvadratom struje (optereenja).

2 PCu1 = (3)I1 R 1

PCu 2 = (3) I 2 R 2 2

GUBITCI ZBOG HISTEREZE Gubici u eljezu (magnetskoj jezgri) transformatora ne ovise o optereenju i odre uju se pokusom praznog hoda. Dijele se na gubitke zbog histereze i gubitke zbog vrtlonih struja. Gubici zbog histereze nastaju zbog razlike u koliini energije koju treba uloiti da bi se jezgra magnetizirala od koliine energije koja se dobije njenom demagnetizacijom. Razlika energije odnosno njen gubitak upravo je jednak povrini unutar krivulje histereze materijala od kojeg je jezgra napravljena (najee su to dinamo limovi). Kod frekvencije od 60Hz jezgra u svakoj sekundi pro e 60 ciklusa koji odgovaraju krivulji histereze (magnetiziranje-demagnetizacija-magnetiziranje u suprotnom smjeru-demagnetizacija. Gubici zbog histereze ovise o frekvenciji i magnetskoj indukciji (naponu). GUBITCI ZBOG VRTLONIH STRUJA Gubici zbog vrtlonih struja nastaju zbog elektrine vodljivosti magnetske jezgre. Promatra li se popreni presjek jezgre kao vodljiva ploha moe se zamisliti beskonano mnogo kratko spojenih vodljivih petlji koje obuhvaaju promjenljivi magnetski tok to prolazi jezgrom transformatora. U svakoj od njih se prema tome inducira napon koji, budui da su zatvorene, potjera struju.Takve se struje zbog svojeg oblika nazivaju vrtlonim strujama. Prolaskom kroz jezgru vrtlone struje stvaraju gubitke i zagrijavaju je. Gubici zbog vrtlonih struja se smanjuju tako da se jezgra radi u puna jezgra lamelirana izvedba lameliranoj izvedbi od tzv. dinamo-limova koji su me usobno elektriki izolirani i sprjeavaju nastajanje petlji koje obuhvaaju velike povrine i prema tome imaju veliki inducirani napon i vrtlonu struju. to su tanji limovi gubici zbog vrtlonih struja su manji. Gubici zbog vrtlonih struja ovise o magnetskoj indukciji (naponu) i frekvenciji, a ne ovise o optereenju (struji) transformatora. IZVEDBE JEZGRE JEDNOFAZNIH TRANSFORMATORA IZVEDBE JEZGRE TROFAZNIH TRANSFORMATORA

jezgrasti tip

ogrnuti tip

jezgrasti tip

ogrnuti tip

2

ZATO SE NA BRODU GOTOVO ISKLJUIVO KORISTE SUHI TRANSFORMATORI? Uljni transformatori smiju se koristiti u prostoru strojarnice ali imaju niz nedostataka. Najznaajnija je opasnost od eksplozije i poara u sluaju kratkog spoja. Minearalna transformatorska ulja su higroskopna i zahtijevaju periodiku kontrolu i zamjenu. Sintetska ulja su kancerogena i prilikom odlaganja.moraju se tretirati kao opasne tvari. Odravanje je dakle kod uljnih transformatora sloenije i skuplje. Suhi transformatori su k tome jo i laki. KOJI MOGU BITI RAZLOZI PREGRIJAVANJA TRANSFORMATORA I ZATO JE ONO TETNO? Do pregrijavanja moe doi zbog: preoptereenja, slabog hla enja ili previsoke temperature okoline. Treba voditi rauna da je prostorija u kojoj se nalaze dobro ventilirana i da su transformatori isti - bez velikih naslaga prljavtine i boje. SPOJEVI 3-F TRANSFORMATORA. TO POKAZUJE SATNI BROJ TRANSFORMATORA? Primarni i sekundarni namoti trofaznih transformatora mogu se spajati u zvijezdu, trokut i cik-cak, kao i kombinacije navedenih spojeva. Satni broj transformatora pokazuje koliki je fazni pomak izme u sekundarnog i primarnog napona pojedine faze. Ako se satni broj pomnoi s 30 dobije se fazni pomak u stupnjevima. KAKO SE SPAJAJU JEDNOFAZNI TRANSFORMATORI ZA RASVJETU? OTVORENI TROKUT. Na brodovima se za snienje napona na 220V ili 110V A A A B potrebnih za napajanje rasvjete danas koriste dva C rjeenja: 1) dva trofazna transformatora od kojih jedan pokriva svu potronju a drugi je hladna rezerva za 440V 440V sluaj da se prvi pokvari i 2) tri jednofazna B C B C a a a transformatora koji su svi prikljueni iako su dva po b snazi dovoljna da pokriju su potronju. Ovi jednofazni 220V c 220V c b b c transformatori su elektriki spojeni u spoj Dd (trokuttrokut) i prema tome osigurava linijski napon izme u razliitog para faza. Vektori primarnih i sekundarnih napona su pomaknuti za 120 i tvore trokute. Ako se jedan od jednofaznih transformatora iskljui zbog kvara na mrei rasvjete e zbog faznog pomaka izme u sekundarnih napona preostala dva transformatora i dalje egzistirati tri pravilno vremenski pomaknute faze s nazivnim linijskim naponima. Takav reim rada se naziva otvoreni trokut.0V 0V 0V 44 0V 44 44 0V 0V 44 22 22 22 22

ZATO SE PRINCIP OTVORENOG TROKUTA NE MOE KORISTITI KOD TROFAZNIH TRANSFORMATORA. Trofazni transformator se tako er moe spojiti u spoj Dd (trokut-trokut) i naponski su odnosi u tom sluaju isti kao i kod tri jednofazna transformatora. Ako bi se iskljuila jedna faza trofaznog transformatora on bi nastavio snabdijevati svu potronju na sekundaru bas kao i dva jednofazna u otvorenom trokutu. Problem je u tome to su kod trofaznog transformatora sve tri faze povezane i magnetskom jezgrom pa svaka faza obuhvaa i magnetske tokove preostale dvije. U sluaju kratkog spoja na namotima jedne faze u tom sluaju ne pomae njeno iskljuivanje s mree jer preostale dvije faze daju njenim namotima puni magnetski tok koji napaja kratki spoj. Zbog toga su i struje zdravih faza izuzetno velike (kratki spoj) pa zatita trenutno iskljuuje cijeli transformator. SKICIRAJ SHEMATSKI PRIKAZ AUTOTRANSFORMATORA I OBJASNI ZATO IMA MANJU JEZGRU OD OBINOG DVONAMOTNOG TRANSFORMATORA! Autotransformator ili transformator u tednom spoju ima povezane primarne i sekundarne namote tako da se dio energije prenosi na sekundar direktno putem struje koja tee sa primara na sekundar, dok se kod klasinog U1 N1 N2 U2 dvonamotnog transformatora sva energije prenosi preko magnetske jezgre u obliku energije magnetskog polja. Presjek jezgre je naravno proporcionalan koliini energije koja se njome prenosi, pa je u sluaju autotransformatora presjek jezgre manji a time i masa ugra enih dinamo-limova. ZATO AUTOTRANSFORMATOR TREBA MANJE BAKRA OD OBINOG TRANSFORMATORA?. Manji presjek jezgre ima i manji opseg pa je duljina svakog zavoja namota manja, to u konanici daje mnogo manje utroenog bakra i mnogo jeftiniji transformator. PREDNOSTI I NEDOSTACI AUTOTRANSFORMATORA Kod autotransformatora nema galvanskog odvajanja (izolacije) izme u primara i sekundara jer su oni povezani. Zbog toga postoji opasnost da se zbog prekida u kabelu ili na namotu transformatora na sekundaru pojavi potencijal primarne faze. Zbog toga se autotransformatori ne smiju koristiti kod velikih prijenosnih omjera, a pogotovo ne za snienje napona na sigurnosni napon (