Studirajte zahvaljujući brojnim resursima koji su dostupni na Docsity-u
Zaradite bodove pomažući drugim studentima ili ih kupite uz Premium plan
Pripremite ispite
Studirajte zahvaljujući brojnim resursima koji su dostupni na Docsity-u
Nabavite poene za preuzimanje
Zaradite bodove pomažući drugim studentima ili ih kupite uz Premium plan
Sinhroni i asinhroni strojevi, transformatori
Tipologija: Esej
1 / 192
Ova stranica nije vidljiva u pregledu
Ne propustite važne delove!
2 1. Uvod
Naime, kod svih strojeva se dio energije W d troši u njima samima i pretvara u toplinu (toplinska energija), dakle uvijek postoji:
Uslijed toga je korisna energija W , koja se dobije iz strojeva, uvijek manja od dovedene W in upravo za iznos gubitka energije W d:
U prijelaznim režimima rada, pri promjeni elektromagnetskih i mehaničkih veličina, jedan dio energije W acc se akumulira u stroju i može se vratiti. Međutim, u stacionarnom stanju, kad se uvjeti rada ne mijenjaju, nema akumulirane energije:
Prijelazni režimi rada su jako složeni [5], i dalje se razmatraju uglavnom stacionarna stanja.
U stacionarnom radu je umjesto energije prikladnije promatrati snagu. Jednako kao za energiju vrijedi da je predana snaga P uvijek manja od primljene P in za iznos gubitaka P d :
Ekonomičnost stroja se izražava omjerom predane i primljene radne snage koji se naziva stupanj djelovanja ili korisnost stroja:
Zbog postojanja gubitaka u svakom stroju je stupanj djelovanja uvijek:
Rad svakog električnog stroja može se analizirati primjenom tri temeljna zakona elektrotehnike, a to su [1, 2, 3, 4]:
∫ H ⋅^ l =^ Θ
1.Uvod (^3)
F I ( l B )
Za pretvorbu je u električnom stroju potrebno relativno gibanje vodiča, kojim protječe električna struja, prema magnetskom polju. Stoga stroj uvijek ima jedan pomični dio (rotor) koji se vrti i dio koji miruje (stator) [1].
Stator čine željezna jezgra i namot, a smješten je u kućište radi mehaničkog učvršćenja. Rotor također čine željezna jezgra i namot, a smješten je na osovinu. Veza između kućišta statora i rotirajućih dijelova stroja ostvaruje se pomoću ležajeva i ležajnih štitova. Prostor između statora i rotora je zra č ni raspor.
Namoti električnog stroja se upotrebljavaju za:
Kao primjer su na slici 1.2. prikazani osnovni mehanički dijelovi jednog manjeg asinkronog motora [13].
ležajni štit
stator
klin osovine
ležaji
rotor
ležajni štit
ventilator ventilatorskakapa
Slika 1.2. Osnovni mehanički dijelovi asinkronog stroja
1.Uvod (^5)
Frekvencija napona napajanja f jednaka je frekvenciji napona mreže f L, ako je stroj priključen direktno na mrežu, ili općenito, frekvenciji napona i struja u statoru f s.
Kod asinkronih strojeva brzina vrtnje ovisi o opterećenju stroja i u stacionarnom pogonu je različita od sinkrone:
Brzina kolektorskih istosmjernih strojeva također ovisi o opterećenju, ali i o elektromagnetskim prilikama u stroju koje se kod te vrste strojeva jednostavno reguliraju. Time se može postići bilo koja brzina vrtnje u širokom rasponu.
Sinkroni strojevi se najčešće koriste kao generatori. Asinkroni strojevi se najčešće rabe za motorski rad, kao i kolektorski strojevi.
Na slikama 1.3.–1.5. su prikazani tipični vanjski izgledi osnovnih vrsta električnih strojeva [11,12].
a) niskonaponski motor, b) visokonaponski motor.
Slika 1.4. Vanjski izgled jednog kolektorskog stroja
a)
b)
6 1. Uvod
Slika 1.5. Vanjski izgled sinkronog stroja a) turbogenerator, b) 4 hidrogeneratora u elektrani, c) dizelski generator.
a)
b)
c)
8 2. Sinkroni strojevi
Na slici 2.2. je prikazan poprečni presjek magnetskog kruga jednog 2-polnog sinkronog stroja s cilindričnim rotorom.
Magnetsko polje koje stvara uzbuda na rotoru vrti se uslijed mehaničke vrtnje rotora. U vodičima statorskog namota inducira se elektromotorna sila, i kad je stroj opterećen poteku struje. Struje u statorskom namotu stvore okretno protjecanje koje se vrti jednakom brzinom kao i rotor, dakle sinkrono s rotorom. Po tome je ova vrsta stroja i nazvana sinkroni stroj.
Sinkroni strojevi se mogu razvrstati na više načina, i to prema:
Jako mali sinkroni strojevi se najčešće koriste za posebne namjene zbog specifične izvedbe, načina rada i primjene. Takvi strojevi često nemaju uzbudni
Slika 2.2. Prikaz željezne jezgre 2-polnog sinkronog stroja s cilindričnim rotorom
jaram statora
utor statora
zubi statora
jaram rotora
pol
utor rotora za uzbudni namot
stator
rotor
namot nego rade na drugim osnovama (na primjer induktorski, reluktantni, histerezni strojevi) i navedene podjele se na njih ne odnose [1].
Prema vrsti pogonskog stroja razlikuju se:
Prema konstrukciji rotora se razlikuju se strojevi s:
Prema brzini vrtnje dijele se na:
Najčešće se koristi podjela prema vrsti pogonskog stroja, a pokazuje se da ona sadrži u sebi i podjelu prema drugim obilježjima. Za teorijska razmatranja je bitna konstrukcijska izvedba stroja.
Turbogeneratori su brzohodni strojevi, izvedeni s cilindričnim rotorom. Pogone se parnim ili plinskim turbinama koje imaju veliku brzinu vrtnje. Izvode se isključivo s horizontalnom osovinom.
Zbog velikih centrifugalnih sila, koje ovise o kvadratu brzine vrtnje, rotor ne smije biti velikog promjera d r. To se vidi iz izraza za centrifugalnu silu d F c na djelić mase d m rtc na obodu rotora koja iznosi:
r
2 rtc r
Obodna brzina rotora v r je jednaka:
r r
Velika brzina vrtnje, koju nameće turbina, uvjetuje malen broj polova i izvedbu s neistaknutim polovima (cilindrični rotor). Budući da generator mora imati barem dva pola, to za mrežu frekvencije 50 Hz iznosi maksimalna brzina 3000 o/min. Za parne turbine u Europi je najčešća brzina vrtnje upravo 3000
Sinkroni motori su se prije koristili samo za pogone s konstantnom brzinom vrtnje. Grade se za široki raspon snaga (od nekoliko mW do nekoliko stotina MW) i široki raspon brzina. Koriste se i u reverzibilnim hidroelektranama gdje rade kao generatori kad je potrebno proizvoditi električnu energiju, a u vrijeme kad postoji višak električne energije rade kao motori i pumpaju vodu u akumulacijsko jezero. U novije vrijeme se sinkroni motori sve više koriste u reguliranim pogonima.
Stator sinkronog stroja je napravljen u obliku šupljeg valjka koji se naziva statorski paket. Sastavljen je od prstenastih, međusobno izoliranih magnetskih limova debljine 0,35, 0,5 ili 0,63 mm koji su složeni paralelno tako da tvore tzv. paket limova. S unutarnje strane prstenova, u limovima su izrezani utori. To su otvori odgovarajućih oblika koji su simetrično raspoređeni po presjeku lima. Slaganjem limova oblikuju utore uzduž statorskog paketa, u provrtu statora.
Kružni vijenac između utora i vanjskog promjera statorskog paketa se naziva jaram statora. Dijelovi limova između utora su zubi (slike 2.1. i 2.2.).
Slika 2.3. prikazuje tri karakteristična oblika statorskih utora kakvi se najčešće koriste za sinkrone strojeve. U utorima su nacrtani vodiči dvoslojnog namota i pripadna izolacija.
Slika 2.3. Najčešći oblici statorskih utora (s vodičima) sinkronih strojeva a) poluzatvoreni, b) poluotvoreni, c) otvoreni.
utorski oblog
vodi č statorskog namota utorski oblog
dioni vodi č statorskog namota izolacija vodi č a
izolacija svitka
a) b) c)
me đ uslojna izolacija
me đ uslojna izolacija podloga klina klin
12 2. Sinkroni strojevi
U utore se smješta armaturni, višefazni, obično dvoslojni namot [1,3]. Pretežno se koristi trofazni namot u zvijezda spoju. Namot svake faze čine serijski vezani svici koji se sastoje od jednog ili više zavoja. Na slici 2.4. je prikazana razvijena shema statorskog namota jednog trofaznog 4-polnog stroja s 36 utora na statoru. Faze namota su spojene u zvijezdu. Prikazan je dvoslojni namot u dvjema izvedbama, bez i s paralelnim granama. Polni korak, mjeren brojem utora, iznosi
Slika 2.4. Razvijena shema trofaznog dvoslojnog statorskog namota četveropolnog sinkronog stroja s 36 utora, spojenog u zvijezdu a) bez paralelnih grana, b) s dvije paralelne grane.
a)
b)
14 2. Sinkroni strojevi
Presjek jednog pola s uzbudnim jednoslojnim namotom je dan na slici 2.6.a), a na slici 2.6.b) s višeslojnim namotom. U oba prikazana slučaja su vodiči uzbudnog namota profilni.
učvrstiti na više načina, a najčešće se koristi učvršćenje lastinim repom, prikazano na slici 2.7.
a) b)
Slika 2.6. Presjek pola s uzbudnim namotom (s profilnim vodičima) a) jednoslojni namot, b) višeslojni namot.
vodi č uzbudnog namota izolacija vodi č a
izolacija prema polnoj papu č i, jezgri pola i jarmu rotora
izolacija me đ u vodi č ima
Slika 2.7. Pričvršćenje pola na rotor lastinim repom
Polna papuča oblikuje zračni raspor. U polnoj papuči se često izrađuju uzdužni utori u koje se stavljaju štapovi. Štapovi se s obje strane stroja kratko spoje prstenima. Time se dobije prigušni kavez (slika 2.8.) koji ima višestruku ulogu, o čemu će biti govora kasnije.
Jaram rotora mora biti magnetski i mehanički tako dimenzioniran da vodi potreban magnetski tok i da podnese centrifugalnu silu kojom je napregnut cijeli rotor pri vrtnji.
Kod velikih strojeva s istaknutim polovima je promjer rotora jako velik, pa je između jarma i osovine potrebno staviti glavinu (zvijezdu rotora), npr. pozicija 6 na sl. 2.9. Glavina rotora ne vodi magnetski tok, već služi samo za mehaničku vezu između jarma i osovine.
Osovina se vrti u ležajima, a može biti postavljena horizontalno ili vertikalno.
Vertikalne izvedbe se koriste uglavnom kod hidrogeneratora. Na slici 2.9. je prikazan uzdužni presjek jednog hidrogeneratora snage 9 MVA. Uočljivo je da je duljina paketa puno manja od promjera.
Dizelski i turbogeneratori su uvijek horizontalne izvedbe. Konstrukcija jednog dizelskog generatora manje snage je prikazana na slici 2.10., i to za slučaj kad su jaram rotora i jezgra pola izvedeni kao sastavni dio osovine.
Horizontalna izvedba se koristi i kod cijevnih generatora. To su generatori za
Slika 2.8. Četveropolni rotor s prigušnim namotom osovina na polovima
jaram rotora
uzbudni namot
polna papu č a
štap prigušnog kaveza
prsten prigušnog kaveza
