valtakozo aramu gepek

7/24/2019 Valtakozo aramu gepek

http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 1/29

Váltakozóáramú gépek

Összeállította: Langer Ingridadjunktus

Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Kar

Mechatronikai és Autótechnikai Intézet



OE BGK MEI 2010. 2

Aszinkron (indukciós) gép Az ipari berendezések villamos hajtásaiban túlnyomórészt

az aszinkron gépek terjedtek el. Általában háromfázisúhálózatról és csaknem kizárólag motorként üzemeltetik.

Felépítés

1. Állórész (sztátor)

-Lemezelt vastest: kb. 0,5 mm vastag körgyűrű alakúlemezekből áll, belső kerülete mentén hornyoktalálhatók

-Háromfázisú tekercselés: a tekercsvégek akapocstáblához vannak kivezetve, melyek Δ vagy Ykapcsolásban csatlakoznak a háromfázisú hálózathoz.



OE BGK MEI 2010. 3

Az aszinkron motorok felépítése

2. Forgórész (rotor)Lemezelt vastest: kb. 0,5 mm vastag körgyűrű alakú lemezekből áll. Kivitele lehet:Csúszógyűrűs (tekercselt forgórészű) Kalickás (rövidrezárt forgórészű)

A forgórész is háromfázisú tekercselésttartalmaz, melyet általában Y -ba kapcsolnak.

A tekercsvégek a tengelyen elhelyezettcsúszógyűrűlhöz csatlakoznak.

A forgórész hornyaiba vezetőkből készültrudazat kerül, melyeket a homlokoldalongyűrűk zárnak rövidre.



OE BGK MEI 2010. 4

Csúszógyűrűs (tekercselt forgórészű)aszinkron motor



OE BGK MEI 2010. 5

Kalickás (rövidrezárt forgórészű) aszinkronmotor



OE BGK MEI 2010. 6

A kalickás és a csúszógyűrűs aszinkronmotorok összehasonlítása

Kalickás

egyszerű szerkezet üzembiztos működés

olcsó megoldás

fordulatszáma csakbonyolultabb megoldásokkal

változtatható

Csúszógyűrűs

bonyolult felépítésdrága kivitel

nagy indítónyomaték

kíméletes indítás indítóellenállásokhasználatával

ipari alkalmazásoknál az aszinkron motorok kb. 90%-a kalickás.



OE BGK MEI 2010. 7

Működés

Az állórész térben egymással 120°-os szöget bezáró háromtekercsére a háromfázisú hálózat időben egymáshoz képest 120°-os

fáziseltérésű feszültségét kapcsoljuk Forgó mágneses mező alakul ki. Ennek fordulatszáma:

minp

f n

1600

ahol: f [Hz]: a tekercsekre kapcsolt feszültségfrekvenciája

p:a póluspárok száma

A forgó mágneses tér a forgórész tekercseiben (csúszógyűrűs motor) illetve rudazataiban (kalickás motor)feszültséget indukál, minek hatására a forgórészben a tekercseken- csúszógyűrűkön - keféken - indítóellenállásokon illetve a rudazatokon- rövidrezáró gyűrűkön keresztül áram indul meg. Ezen árammágneses tere a forgó mágneses térrel kölcsönhatásba lépve a forgórészre nyomatékot gyakorol, ezért aforgórész megindul a mágneses mező forgásának irányában. A forgórész sebességeelmarad a forgómágneses mező fordulatszámától, a szinkron fordulatszámtól ( n 0 ). (Ezért nevezik aszinkron motornak)



OE BGK MEI 2010. 8

Szlip A forgórész relatív lemaradása (csúszása) a szinkron fordulatszámhoz képest: szlip

00

01

n

n

n

nns

Ellenáramúféküzem Motor Generátoros üzem

s

nn0

1 01 n)s(n

p n0[1/min]

nn

[1/min]

sn

[%]

1 3000 2800-2880

4-6

2 1500 1410-1450

3-5

3 1000 920-970

3-8

4 750 710-730

2-5



OE BGK MEI 2010. 9

Teljesítménymérleg, hatásfok

22 MP

Felvett (hálózati) teljesítmény

Súrlódási és ventillációsveszteségek

cosIUP 111 3

Légrés-

teljesítmény

Hasznos (tengely)

teljesítmény

Állórész veszteségek

1

2

P

P

• Állórész tekercsveszteség:Pt1=3If1

2R 1, ahol R az állórésztekercs egy fázisának ohmosellenállása.

• Vasveszteség Pvas

lP

Mechanikai

teljesítmény

lm P)s(P 1

Forgórésztekercsveszteség

)P(

PsR IP

vas

lf t

0

3

2

2

2

22



OE BGK MEI 2010. 10

Az aszinkron gép nyomatéka

)(3)1( 2

2

20002

0

l mechl t

l

P s R I s M s M M P P P

M P

2

2

2

2

22

L X R

U I

202 UsU

2020222 L L X s L s L X

02 s

02

20

22

2

2

2

20

23

s M X s R

RU s

L 0

2

20

22

2

2

2

203

L

X s R

RU s M

szinkron szögsebesség

forgórész kapcsain mérhetőfeszültség álló helyzetbenforgórész kapcsainmérhető feszültség forgrészben indukálódófeszültség szögsebessége

forgórésztekercs egyfázisának ellenállása

forgórésztekercs egyfázisának reaktanciája

forgórésztekercs egyfázisának reaktanciája álló

helyzetben

A motor nyomatéka a feszültség négyzetével

arányos



OE BGK MEI 2010. 11

Az aszinkron motor helyettesítő kapcsolása

R 1 :az állórész tekercselés egy

fázisának ellenállásaXs1: az állórész tekercselés egy

fázisának szórási reaktanciájaXm: mágnesező reaktanciaX's2: a forgórész egy fázisának szórási

reaktanciája az állórésztekercselés menetszámáraátszámítva

R'2: a forgórész egy fázisánakellenállása az állórész tekercselésmenetszámára átszámítva

R v: vasveszteségi ellenálásR't: a terhelésnek megfelelő ellenállás



OE BGK MEI 2010. 12

Nyomaték -fordulatszám jelleggörbe



OE BGK MEI 2010. 13

Az aszinkron motorok üzemi kérdéseiIndítás

Probléma: Ii=(3...9)xIn ez a hálózatban nagy feszültség-esést okozhat

csökkenteni kell

1. Csúszógyűrűs aszinkron motorokindítása

A forgórészkörbe csúszógyűrűkön keresztül beiktatott csillagbakapcsolt indítóellenállásokkal történik. Az indítóellenállásokkalelérhető, hogy az indítási áramlökés lecsökkenése mellettmegnő az indítónyomaték.

Az inditás folyamata alatt az indítóellenállásokat fokozatosan rövidre zárják.

m

0 n0

M



OE BGK MEI 2010. 14

Indítás2. Kalickás aszinkron motorok indítása

• Közvetlen indítás: Kis teljesítményű gépek és/vagy nagy teljesítményű hálózatokesetén lehetséges

• Indítási áram csökkentése a kapocsfeszültség csökkentésével:

I. A motor és a hálózat közé ellenállások vagy fojtótekercsekbeiktatása :

Az indítási nyomaték is csökken!



OE BGK MEI 2010. 15

IndításII. Takarékkapcsolású transzformátor alkalmazása (nagyfeszültségű

motoroknál alkalmazzák)

Indításkor először 2K és 1K kapcsolót zárjuk, majd az üzemi fordulatszám közelében 2K nyit és3K zár.

A hálózati áramlökés és az indítnyomaték egyaránt 1/a2-szeresre csökken



OE BGK MEI 2010. 16

IndításIII. Y- Δ indítás (kisfeszültségű motorok, 3 kW felett)

2K zár, 3K nyit: Y kapcsolás

3K zár, 2K nyit: Δ kapcsolás

3

3

U U3

Z

U Z

U3

I I3II

f

fY

f

f

fY

f

Y

3

3

U

U

U

U

M

M2

2

2

fY

2

f

Y

Indításkor az állórész tekercseitcsillagba kapcsolják, majd azüzemi fordulatszám közelébedeltába. A csillagba kapcsolttekercsek áramfelvétele 1/3-a

deltába kapcsolténak, de ezzelegyidejűleg az indítónyomaték isa harmadára csökken.



OE BGK MEI 2010. 17

IndításMélyhornyú és kétkalickás motorok

A közönséges kalickás motorok indításához használt áramcsökkentő módszerek azindítónyomatékot is lecsökkentik. 40-50 kW teljesítmény felett nem lehet összehangolni azáramcsökkentést a szükséges indítónyomaték biztosításával

speciális forgórészeket gyártanak: mélyhornyú kalickával vagy kettős kalickával

Működési elv:

• Mélyhornyú kalicka: A vezetők magas keskeny rudak. A rudak alsó részének reaktanciája

sokszorosa a felső rész reaktanciájának. Indításkor, amikor a forgórész áram frekvenciájanagy (f 2=sf 0), az áram a felső, kisebb reaktanciájú vezetékelembe szorul ( szkin hatás) Ahatás olyan, mintha a forgórész ellenállása megnőne Mi Ii

• Kétkalickás motor : A légréshez közelebbi kalicka nagy, az alsó kis ellenállású. Induláskor azáram kiszorul a nagy ellenállású, kis reaktanciájú külső kalickába, üzem közben pedig a kisellenállású belső kalicka vezetőiben folyik.



OE BGK MEI 2010. 18

Fordulatszám változtatás

p

f n

)s(nn

0

0 1

)s(pf n 1

A fordulatszám megváltoztatható:

• a szlip

• a pólusszám

• a frekvencia változtatásával

1. Szlip változtatása (csúszógyűrűs aszinkron motorok)

A légrésteljesítmény a terhelőnyomatéktól függ. Ha Mt nem változik, Pl sem változik.

.álls

PP tl 2

2tP változik s is változik

változtatása: forgórész körbe iktatott ellenállásokkal2tP

s

R

s

R R '''2

1

2



OE BGK MEI 2010. 19


2. Pólusszám változtatás (kalickás motorok) Veszteségmentes megoldás.

Dahlander- féle tekercselés : az egyes fázistekercsek két félből állnak, amelyeketsorban vagy párhuzamosan lehet kapcsolni



OE BGK MEI 2010. 20


3. Állórész frekvencia változtatása A legkorszerűbb megoldás. Félvezető elemekből épített frekvenciaváltókkalveszteségmentes , folyamatos fordulatszám változtatás érhető el. 3000 1/min-nélnagyobb fordulatszám is elérhető



OE BGK MEI 2010. 21

Fékezés1. Haszonfékezés

A teher a szinkron fordulatszám fölé gyorsítja a forgórészt (pl. lejtmenet, tehersüllyesztés)a motor indukciós generátorként a tengelyen felvett mechanikai energiát villamos

energiává alakítva visszatáplálja a hálózatnak.

A billenőnyomatékot még átmenetileg sem szabadtúllépni, mert ha teher nyomatéka nagyobb a fékezőnyomatéknál a terhet többé nem lehet lefékezni.



OE BGK MEI 2010. 22

Fékezés

2. Ellenáramú fékezés

A forgófluxus (a motor nyomatéka) ellentétes a forgásiránnyal:

• Két fázis megcserélésével megfordítjuk a forgófluxus irányát: lassító fékezés

• A munkagép forgásiránya megváltozik, a fluxus forgásiránya változatlanmarad: tehersüllyesztés

3. Dinamikus fékezés (fékezés egyenáramú gerjesztéssel)

Az állórészt lekapcsoljuk a hálózatról és egyenárammal gerjesztjük, a motor csúszógyűrűihez pedig fékezőellenállásokat kapcsolunk



OE BGK MEI 2010. 23

Egyfázisú aszinkron motorKis teljesítményű hajtásokhoz használják, ahol nem áll rendelkezésre háromfázisú hálózat.

(pl. kis kompresszorok, szivattyúk).Felépítés: Állórész: egyfázisú tekercselést tartalmaz

Forgórész: kalickás, (esetleg háromfázisú csúszógyűrűs)

A tekercsben folyó váltakozó áram szinuszosan változó, de álló mágneses teret hoz létre.Ez olyan, mint két egymással ellentétes irányú fél amplitúdójú forgófluxus eredője. Anyomatéki jelleggörbe a két forgófluxus által létrehozott jellegörbe eredőjének tekinthető:

• Az indítónyomaték 0, a motormagától nem indul. (Indításberántással , vagy segédfázissal )

• Ha valamelyik irányba elindítjuk, azeredő nyomaték már nem 0, a motora névleges fordulatszámra felfut

• A forgórésszel együtt futó fluxushajtó-, az ellentétesfékezőnyomatékot hoz létre.



OE BGK MEI 2010. 24

Segédfázisú motorok

A főfázis tekercselés az állórész 2/3-át, a segédfázis az 1/3-át foglalja el. A két tekercs egymással90°-os szöget zár be. Forgó fluxus akkor keletkezik, ha a segédfázisben folyó áram fázisban is 90°-os

fázis eltérésben van a főfázis áramához képest.

ezt a segédfázishoz kapcsolt kondenzátor biztosítja

indítókondenzátoros : a kondenzátor a billenőnyomaték elérése után automatikusan lekapcsolódik

üzemi kondenzátoros: a kondenzátor nem kapcsolódik le

kétkondenzátoros: külön indító- és üzemi kondenzátor párhuzamosan kötve (az indítókondenzátorlekapcsolódik)

A lekapcsolást áramrelé időrelé vagy a fordulatszám alapján centrifugál-kapcsoló végzi.



OE BGK MEI 2010. 25

Szinkrongépek A váltakozóáramú villamosenergia-termelés legfontosabb gépe.

Generátorként és motorként egyaránt működtethető.Háromfázisú kivitelben készülnek.

Csak a szinkron fordulatszámon képesek tartósan üzemelni

Forgórészét egyenáram gerjeszti. (A tekercsek gerjesztése csúszógyűrűkön éskeféken keresztül történik.)

minp

f n

1600

Felépítés: Állórész: lemezelt, háromfázisú tekercselést tartalmaz

Forgórész: póluskerék

Hengeres pólusú:(kevés pólusszámmal nagy forgási sebesség)

A gerjesztőtekercsek atömör vagy lemezeltforgórész hornyaibanhelyezkednek el.

Kiálló pólusú:

(nagyobb pólusszám

kisebb forgási sebesség)

a gerjesztőtekercseket aforgórész koszorújáhozerősített pólusok hordják



OE BGK MEI 2010. 26

A szinkrongépek működése

Motor

Az állórészre kapcsolt 3 fázisú feszültség n0 fordulatszámmal forgó mágneses teret hoz létre. A forgó fluxus a gerjesztett póluskereket n0 fordulatszámon tartja, amin a motor nyomatékkifejtésére is képes. Az indítónyomaték 0, azaz álló póluskereket a forgófluxus elindítani nemtud.

Generátor Az egyenárammal gerjesztett forgórészt állandó fordulatszámmal forgatják. (gőz-, víz-,gázturbina, diesel motor) az állórésztekercsekben szinuszos háromfázisúfeszültség indukálódik

http://vimeo.com/groups/37089/videos/10291411





OE BGK MEI 2010. 27

A szinkrongép áramköri modellje

X j

UUI

XR ;XXX

pk a

sa

Uk Up

jX

Ia

Uk Up

jXa

Ui

UR UsUa

jXs

Ia

R

api UUU

Ui :indukált feszültségUa: armatura feszültségUp: pólusfeszültségUk : kapocsfeszültségXa: armatura reaktancia

Xs: armatura szórási reaktanciaX: szinkron reaktancia



OE BGK MEI 2010. 28

Szinkrongép nyomatéka

sinX

UUM

d

pk

0

3M: nyomaték

: terhelési szög (Up

és Uk közötti szög)



OE BGK MEI 2010. 29

A szinkron motor indítása

A legelterjedtebb indítási mód az aszinkron felfutás : A pólussarukban beépített csillapítórudak a rövidrezáró gyűrűkkel a kalickásaszinkron motoréhoz hasonló kalickát alkotnak. Indításkor a forgórészegyenáramú tekercselését rövidre zárják, a motor aszinkron motorként elindul ésa szinkron fordulatszámhoz közeli fordulatszámra felgyorsul. A forgórészgerjesztőáram bekapcsolása után a motor "beugrik" a szinkron fordulatszámra

beugrás aszinkronizmusba

valtakozo aramu gepek

Documents