Villamos gépek tantárgy tételei

Átírás

1 Villmos gépek ttárgy tételei 8. tétel Ismertesse z szikro gép szerkezeti felépítését és működését! Értelmezze z üresjárási állpothoz trtozó villmos jellemzőket! Az szikro idukciós gép leggykrbb lklmzott villmos forgógép. Szerkezete egyszerű, működése üzembiztos, beszerzési ár ráylg lcsoy. Hszálhtó motorkét és geerátorkét, de áltláb motorkét lklmzzuk. A gép elevezésébe szereplő szikro szó zt jeleti, hogy áltláb em szikro fordultszámml jár. A gép zért idukciós, mert forgórészébe trszformátor szekuder tekercséhez hsoló feszültség idukálódik. Ez létesít bb ármot, tehát forgórészbe áltláb kívülről em vezetük be ármot. A gépet rövide csk szikro gépek is szokás evezi. Az szikro gépek szerkezete és működése Az szikro gépek lemezelt állórészéek horyib többfázisú, leggykrbb háromfázisú tekercselés v. H ezt tekercselést megfelelő fázisszámú hálóztr kpcsoljuk, kkor tekercsekbe megiduló ármok forgó mágeses mezőt létesíteek. Eek percekéti fordultszám, zz szikro fordultszám: 6f1 p f 1 hálózt frekveciáj, p tekercselés póluspár-szám. A forgó mágeses mező idukcióvoli metszik z állórész tekercselését és lemezelt forgórész horyib elhelyezett vezetékeket is. Az idukcióvol-metszés következtébe z álló- és forgórészbe feszültség idukálódik. A forgórész lehet klickás (más éve: rövidrezárt), vgy tekercselt (más éve: csúszógyűrűs). A klick tuljdoképpe rövidre zárt rúdtekercselés. Klick A tekercselt forgórész áltláb háromfázisú és tekercsvégeit csúszógyűrűkhöz vezetik. Ezekhez keféke keresztül változtthtó elleállásokt cstlkozttk Klickás gép Klickás gép Felhszált irodlom: Mgyri Istvá: Villmos gépek I. 1

2 Villmos gépek ttárgy tételei Az állórészbe idukált feszültség egyesúlyt trt hálózti feszültséggel. A hálózti feszültség és z idukált feszültség külöbsége létesíti z állórész lekeresek ármát. A forgórészbe idukált feszültség htásár forgórész vezetékeibe árm idul meg. A tekercselt forgórészű gépek forgórészébe természetese csk kkor, h ármkörüket csúszógyűrűk keféire kpcsolt reziszteciáko át zárjuk, vgy közvetleül rövidrezárjuk. Az állórész forgó mágeses mezejéek és forgórész vezetékeibe folyó ármokk kölcsöhtás yomtékot létesít. Ez gép hjtóyomték (M h ) A gép motorkét működik. A hjtó yomték - motor tegelyére htó terhelő yomték (M,) elleébe - forgórészt mágeses mező forgásiráyávl megegyező iráyb forgtj. Így érvéyesül ugyis Lec törvéye, mely szerit z idukált feszültség áltl létesített árm htásávl midig kdályozz fezültséget idukáló okot. Itt forgórészbe zért idukálódik feszültség, mert forgó mágeses mező metszi forgórész vezetékeit. Ez z idukáló ok. H forgórész mezővel zoos iráyb forog, kkor csökke mező és forgórész viszoylgos fordultszám s ezért lssul z idukcióvolmetszés. A forgórész fordultszám üzemszerűe em érheti el szikro fordultszámot, zz forgórész em foroght együtt forgó mágeses mezővel. H ugyis együtt forogák, kkor em vol idukcióvol-metszés, em idukálód feszültség, forgórészbe em foly árm és ezért em jöe létre hjtó yomték. Kis hjtó yomtékr még kkor is szükség v, h gép tegelyvége szbd, hisze forgórészre midig ht cspágy- és légsúrlódás- A motor forgórésze tehát szikroál kisebb fordultszámml () jár. Szokás ezt szikro fordultszámk is evezi. H motor tegelyére htó terhelő yomtékot megöveljük, kkor övekedie kell hjtó yomtékk is. Ngyobb yomtékot csk gyobb forgórész-árm létesíthet. Ngyobb ármot csk gyobb idukált feszültség képes létrehozi. Ngyobb feszültség csk úgy idukálódht, h forgó mező idukcióvoli gyobb sebességgel metszik forgórész vezetőit. A forgó mező viszoylgos fordultszámák tehát meg kell övekedie. Ez csk úgy következhet be, h forgórész lssul. A szikro fordultszám és gép üzemi fordultszám közti eltérésre jellemző szlip. A szlip megmuttj, hogy miltt forgó mágeses mező megtesz egy teljes fordultot, zltt forgórész meyivel ( teljes fordult háyd részével) tesz meg kevesebbet. A forgórész percekét - - fordulttl forog szikro fordultszámál kevesebbet. Eek viszoylgos fordultszámk mező egy fordultár eső része éppe szlip (.s). Tehát s A szlip százlékokb is kifejezhető. Ekkor s 1 H motor tegelyérc em ht terhelő yomték, kkor forgórész mjdem szikro fordultszámml forog, tehát szlip eleyészőe kicsi. A motort évleges yomtékkl terhelve szlipje,4..,7-re (zz 4-7%-r) övekszik. A szlip ismeretébe fordultszám: s (1-s) A tábláztb összefoglltuk f 1 5 Hz frekveci és s,4 szlip esetére külöböző póluspár-számú motorok szikro és szikro fordultszámit. Felhszált irodlom: Mgyri Istvá: Villmos gépek I.

3 Villmos gépek ttárgy tételei Az szikro motor forgórészéek árm is hoz létre mágeses mezőt. Ez z állórész mezejét csökketi, de em jeletőse, mert h csökke z állórész mezeje, kkor csökke z állórészbe idukált feszültség, övekszik hálózti feszültség és z idukált feszültség külöbsége, s ez gyobb ármot idít meg z állórész tekercseiésébe, mely mezőt közel eredeti értékére állítj vissz. Tehát, h övekszik motor terhelése, zz forgórészéek árm, kkor övekszik z állórész árm is. A motor terheléséek övekedése tehát fordultszóm csökkeésével és hálózti ármfelvétel övekedésével jár. Az szikro idukciós gép hszálhtó geerátorkét is. Geerátoros működésére későbbiekbe vissztérük. A fogórész frekveciáj, idukált feszültsége és rektciáj p Az állórészbe folyó árm f 1 frekveciáj f 1 6. fordultszámml forog mágeses mező z állórészhez viszoyítv. Hsoló összefüggéssel számíthtó ki forgórészbe folyó árm f frekveciáj is, csk o helyébe mágeses mezőek forgórészhez viszoyított o - fordultszámát kell íri. Tehát p( ) f 6 p Bővítsük z egyelet jobb oldlá tévő törtet -ll, kkor f 6 Fz utóbbi összefüggésbe jobb oldlo álló első tört z f 1 frekveci, második gép s szlipje, tehát f sf 1 A forgórész ármák frekveciáj z állórész frekveci szlipszerese. 6f A forgórész f frekveciájú árm forgórész körül fordultszámml forgó mágeses p mezőt létesít. A fetiek szerit: 6f 6sf1 6f1 p p p Ezzel fordultszámml forog tehát forgórész mezeje forgórész körül. A forgórész mezejéek z állórészhez viszoyított fordultszámát úgy kpjuk meg, h ehhez fordultszámhoz még hozzádjuk forgórész fordultszámát: ( o -)- + E szerit z álló és forgórész mezeje együtt forog és így lehetővé válik összekpcsolódásuk. A forgórész frekveciáját és forgórész mágeses mezejéek fordultszámát zoos póluspár-számr htároztuk meg. E szerit gép működéséek feltétele, hogy z álló- és forgórész tekercseléséek póluspár szám zoos legye. A klick midig z állórésszel zoos póluspár számú tekercseléskét viselkedik. A levezetésekbe sehol sem szerepel fázisszám, tehát z álló- és forgórész tekercselése lehet külöböző fázisszámú (csk egyfázisú em, mert z em hoz létre forgó mezőt). A következőkbe vizsgáljuk meg, hogy álló állpotb és külöböző fordultszámoko mekkor szlip és forgórész-frekveci! Felhszált irodlom: Mgyri Istvá: Villmos gépek I. 3

4 Villmos gépek ttárgy tételei Álló állpotb ( ) szlip: s 1. Ez köye beláthtó, hisze miltt z állórész forgó mezeje egy fordultot tesz meg, z ltt forgórész em tesz meg semmit, tehát egy fordulttl tesz meg kevesebbet. Kiszámíthtó szlip-képletből is: s 1 Álló állpotb forgórész frekveciáj megegyezik z állórész frekveciájávl, mert f sf 1 1f 1 f 1 Álló állpotb tehát z szikro gép trszformátorhoz hsoló viselkedik. A szikro fordultszámot gép csk úgy érheti el, h tegelyét egy másik géppel forgtjuk. Szikro fordulto ( o) szlip: s. Ez természetes, hisze ilyekor forgórész együtt forog forgó mezővel. Ez ki is számíthtó: s Szikro fordulto forgórész frekveciáj is zérus, mert f sf 1 f 1 Az állórész forgómezejével együttforgó forgórész tekercselésbe em idukálódik feszültség, árm se folyik, ezért forgórész frekveciáról sem beszélhetük. A motor álló állpotból idul és terhelés élkül megközelíti szikro fordultszámot. E szerit fordultszám és közel o között változik, szlipje 1 és közel között v. Forgssuk gépet frgó mező forgásiráyáb kétszeres szikro fordultszámml ( o ) Miltt z állórész forgó mezeje megtesz egy fordultot, zltt forgórész em kevesebbet tesz meg, hem éppe eggyel többet. Tehát s -1. A szlip képletből is ezt z eredméyt kpjuk: s 1 Tehát szikro fordultszám fölött szlip egtív, mert szikro fordulttól vló lemrdást jellemeztük pozitív szlippel, így sietés lesz egtív. Kétszeres szikro fordultszámo forgórész frekveciáj z állórészével megegyezik: f sf 1-1f 1 -f 1 A egtív előjelek itt ics jeletősége. H gépet mező elle forgtjuk szikro fordultszámml ( -o), kkor miltt z állórész forgó mezeje megtesz egy fordultot, zltt forgórész szité egy fordultot tesz meg, de visszfelé, tehát két fordulttl tesz meg kevesebbet: s. Számítássl ( ) s A forgórészt mező elle forgtv szlip egyél gyobb. A forgórész frekveci: f sf 1 f 1 Végtele fordultszámo ( ) szlip és frekveci is végtele, hisze s és f sf 1 - f 1 - Gykorltilg végtele fordultszámk jeletősége ics, de gép működéséek megismerésébe ez utóbbi két összefüggést fel fogjuk hszáli. Az állórész tekercselésébe idukált feszültség i1 4,44Φ m f 1 N 1 ξ 1 Ahol Φ m forgó mágeses mező fluxusák mximális értéke, f 1 hálózt frekveciáj, N 1 z állórész fázistekercséek meetszám és ξ 1 z állórész tekercselési téyezője. A forgórész tekercselésébe Felhszált irodlom: Mgyri Istvá: Villmos gépek I. 4

5 Villmos gépek ttárgy tételei i 4,44 Φ m f N ξ feszültség idukálódik. N forgórész egy fázisák meetszám, f forgórész frekveciáj és ξ forgórész tekercselési téyező. Álló állpotb f f 1, tehát forgórészbe álló állpotb i 4,44 Φ m f N ξ feszültség idukálódik. A gép áttétele álló állpotb: i1 4,44Φ mf1n1ξ1 N1ξ1. i 4,44Φ mf1n ξ N ξ Forgás közbe f sf l. A forgórészbe idukált feszültség forgás közbe i 4,44 Φ m sf 1 N ξ A forgás közbe idukált feszültség képletét z álló állpotb idukált feszültség képletével összehsolítv megállpíthtjuk, hogy i s i,. A forgórészbe forgás közbe z álló állpotb idukált feszültség szlipszerese idukálódik. H motor tegelyé ics terhelés, kkor közel szikro fordultszámml forog, szlipje közel, tehát forgórészbe gyo kis feszültség idukálódik. A tegelyt terhelve szlip és ezzel forgórész idukált feszültsége is övekszik. A gyobb feszültség gyobb forgórész ármot idít meg és ez dj gyobb yomtékot. Forgó állpotb z áttétel: i1 i1 i s i s Forgás közbe tehát z áttétel z álló állpotb érvéyes áttétel 1/s -szeresére változik. Álló állpotb forgórész tekeresclés szórási rektciáj: X s ωl πf L π f 1 L, hol L forgórész öidukciós téyezője és figyelembe vettük, hogy álló állpotb f f 1.. Forgó állpotb tehát szórási rektci forgó állpotb X s πsf 1 L sx s. Forgás közbe forgórész szórási rektciáj z álló állpotb érvéyes szórási rektci szlip-szeresére változik. Összefogllv megállpíthtjuk, hogy forgás közbe forgórész frekveciáj, idukált feszültsége és szórási rektciáj z álló állpotb érvéyes értékek szlip-szeresei. Az eergi útj z szikro motorb Az szikro motor kpcsi bevezetett P l villmos teljesítméyt mechiki teljesítméyé lkítj át miközbe természetese hővé lkuló veszteségek is keletkezek. A teljesítréyeket és veszteségeket szemléletese muttj z ábr. P l 3 1 I 1 cos ϕ 1, l z állórész egy fázistekercsére kpcsolt feszültség, I 1 fázisb folyó árm., cos ϕ köztük lévő fázisszög kosziusz. Az állórész tekercseibe hővé lkuló tekercsveszteségi: P t1 3 I 1 R 1, hol R 1 z állórész egy fázisák elleá1lás. A forgó mágeses mező - lemezelés elleére - vsveszteséget is létesít z állórészbe. Ezt P v1 -gyel jelöljük. Az állórészbe létrejövő járulékos veszteség P j1. Felhszált irodlom: Mgyri Istvá: Villmos gépek I. 5

6 Villmos gépek ttárgy tételei Az állórész összes vesztesége: P V1 P t1 +P v1 +P j1 Az állórészből forgórészbe légrése keresztül átmeő teljesítméyt légrésteljesítréyek (P l ) evezzük: P l P 1 P V1. A légrésteljesitméyt szikro fordultszámml forgó mágeses mező viszi át z állórészről forgórészre. A forgó mező hozz létre yomtékot is, tehát légrésteljesítméy W-b: P l Mω g, hol M gép yomték Nm-be, ω g pedig forgó mágeses mező szikro szögsebessége: π ω g 6 A forgórész tekercsvesztesége P t 3 I R. I forgórész fázisárm, R egy fázis elleállás. A forgórészbe éháy százlékos üzemi szliphez trtozó kis frekveci következtébe elhygolhtó vs- és járulékos veszteség jö létre. Tehát forgórész összes villmos vesztesége: P v P t A tegelye ledott mechiki teljesítméy: P mech P l - P V A mechiki teljesítméyt gép z szikro fordultszámo szolgálttj, tehát P mech Mω g π Ahol ω g forgórész szikro szögsebessége: ω g 6 Az o -s o összefüggés lpjá írhtó, hogy ω g ω g - sω g. Ezt P mec összefüggésébe helyettesítve: P mech M(ω g - sω g ) Mω g - Msω g Ebbő1: P mech P l sp l P l (1 s) Az szikro motor mechiki teljesítméye légrésteljesitméy (1-s)-szerese. Összehsolítv z összefüggéseket megállpíthtó, hogy P v sp l. Felhszált irodlom: Mgyri Istvá: Villmos gépek I. 6

7 Villmos gépek ttárgy tételei Az szikro motor forgórészé hővé lkuló villmos veszteség légrésteljesítméy szlipszerese. A motor P h hszos teljesítméye mechiki teljesítméyél éháy százlékkl kisebb P s surlódási veszteség mitt: P h P mech -P s H z szikro motort terheljük, zz mechiki teljesítméy dásár kéyszerítjük, kkor feltétleül létrejö forgórésze villmos veszteség, mely terhelés övekedésével szlippel ráyos ő. Ez megállpítás fordítv is igz: H megöveljük z szikro motor forgórészéek villmos veszteségét, ekkor szlipje is megövekszik. Ezt téyt motor fordultszámák változttásár lehet felhszáli. Felhszált irodlom: Mgyri Istvá: Villmos gépek I. 7