ASZINKRON GÉPEK (Indukciós gépek)

Átírás

1 SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM ASZINKRON GÉPEK (Indukció gépek) 03/04 - őzi zemezter

2 Azinkron gép

3 Azinkron gép

4 Azinkron gép

5 Azinkron gép Az indukció motorok állórézére - áramirányító hajtáoktól eltekintve - a hálózati fezültéget kényzerítjük. Az indukálá révén a forgórézre i fezültégkényzer hat, amely terheléfüggő. Mivel az álló- é forgóréz-tekerceléek általában zimmetriku felépítéűek, é normáli körülmények között a fezültégrendzer i az, az álló- é forgórézáramok i zimmetriku áramrendzereket alkotnak. Az indukció motor hajtja a világ iparát. Szélekörű alkalmazáának okai: egyzerűége, robuztuága (ma egyre fontoabb) é olcóága. Így az ipar mellett pl. a nagyvaúti vontatában i zélekörűen alkalmazzák.

6 Azinkron gép Cúzógyűrű Rövidre zárt kalická

7 Azinkron gép működée A forgómezőnek a forgóréz áramokkal - nyomatékot kell léteíteni. Az azinkron gép forgórézébe - galvanikuan - nem vezetünk áramot, ez a rövidzárá miatt nem i lehetége. Hogyan jön hát létre a nyomaték? Induljunk ki a forgóréz nyugvó állapotából. Az állóréz forgó mezeje a forgóréz vezetőiben indukáláal áramokat hoz létre. Az indukált forgóréz áramok é a forgómező kölcönhatáa nyomatékot léteít (Lenz-törvény). A forgóréz felgyorul, majd a gép é a terhelé nyomatékainak egyenúlyánál beáll az állandóult egyenúlyi állapot. Szinkron forgá nem lehetége, mert ekkor ninc a forgórézben indukált fezültég. A gép tehát cak azinkron üzemre képe, innen ered a máik neve.

8 Azinkron gép működée A forgórézben indukált áramok i létrehoznak egy forgó mezőt. A két mező (állóréz é forgóréz mező) a légrében eredő mezővé egyeül, de a nyomatékképzé zemlélete képét nyerjük ha azt két özetapadt pólurendzer hatáának tekintjük. Az ábrán a két pólurendzert állandó mágneekkel érzékeltettük. Állandó nyomaték cak azok együttfutáakor, azono fordulatzámok eetén lehetége. A terhelő nyomaték hatáára közöttük zögelfordulá keletkezik - az erővonalak megnyúlnak - de fordulatzám-eltéré nem lehetége, mert akkor cak zéru középértékű un. lüktető nyomaték keletkezik. E kép alapján az együttforgá feltétele az álló- é forgóréz póluzámok egyezée i.

9 Azinkron gép működée Ha a forgórézt egy egédgéppel az állóréz mezőétől eltérő n fordulatzámmal forgatjuk, akkor a forgóréz nyitott kapcain má frekvenciájú fezültégrendzert nyerünk, így a gép frekvenciaváltó. Forgauk a forgórézt a mezővel megegyező irányba, de kiebb fordulatzámmal, n < n (zinkron fordulat). A mező indukcióvonalai ekkor a forgórézvezetőket az n n n lemaradái, vagy cúzái, angolból átvett zóval zlip fordulatzám zerint metzik. A forgóréz vezetők ezzel a fordulatzámmal látják a mezőt elhaladni.

10 Azinkron gép működée - Szlip (cúzá) Az n n -re vonatkoztatott vizonylago értékét nevezzük zlipnek n n n n n Az állóréz- é forgóréz frekvenciák aránya f f n n p p n n Mivel az állóréz é forgóréz póluzámának egyenlőnek kell lennie! Szlipfrekvencia f f illetve n n

11 Azinkron gép működée Szlip (cúzá) A gép f f frekvenciaváltó. Példaként néhány zlip é n értékre - felírjuk a frekvenciát. Negatív n a mezővel ellentéte irányú forgatát jelent. n 0 f 50 Hz (f ) Álló helyzet n 0,5 n 0,5 f 5 Hz Félfordulat n 0,95 n 0,05 5% f,5 Hz Motoro üzem n n 0 f 0 Szinkron forgatá n,05 n - 0,05-5% f,5 Hz Generátoro üzem n n f 00 Hz Szinkron forgatá a mezővel ellentéteen

12 Azinkron gép működée

13 Azinkron gép működée

14 Azinkron gép működée

15 Azinkron gép működée - Példa Legyen a gépünk kétpóluú (p) - így ω ω /p ω é dolgozzunk az ω-kal arányo n fordulatzámokkal. Az állóréz mező fordulatzáma: n f 50 p 3000 / min Az indukálá feltétele, hogy a forgóréz - mechanikai - fordulatzáma ennél pl. kiebb n<n legyen: n n n n n n( ) 940 / min Ha feltezük, hogy a zlip %, akkor a forgóréz fordulatzáma a mezőhöz képet, vagyi a forgóréz fordulatzám lemaradáa: n n 60 / min A forgóréz vezetők ezzel a fordulatzámmal "látják" forogni a mezőt. Így a forgórézben indukált áramok frekvenciája: f ( f n f p 60 / min 0, 0 50 Hz )

16 Azinkron gép működée - Példa A háromfáziú forgóréz f frekvenciájú áramrendzere a forgórézhez képet: n Hz p f 60 / min fordulatzámú forgómezőt hoz létre. De a forgóréz i forog n fordulatzámmal, így a forgórézmező fordulatzáma az állórézhez képet n + n 940 / min+ 60 / min 3000 / min n Lemaradá eetén a forgóréz áramok fáziorrendje azono az állóréz áramokéval, így az általuk léteített forgóréz forgómező forgáiránya i egyező az állóréz mezőével. Vagyi a forgóréz mezeje együtt, zinkron forog az állóréz mezővel. Két özetapadt pólurendzer keletkezik, ami - mint láttuk - zükégzerű. Magyarázata ennek, hogy a forgóréz frekvencia nagyágát éppen annak lemaradáa zabja meg. A két mező tehát mindig együtt, egyező ebeéggel forog, de kölcönö helyzetük változik a zükége nyomatéknak, a terhelének megfelelően.

17 Azinkron gép helyetteítő kapcoláa Az állóréz tekercében indukált fezültég: A forgóréz tekercében indukált fezültég álló állapotban: A gép áttétele álló állapotban: a U U i 4, 44Φ 4, 44Φ max fnξ N ξ i max a U ia 4, 44Φ max fn ξ f N ξ N ξ Indexek: - ztátor - rotor A forgóréz tekercében indukált fezültég forgá közben: U i a 4, 44 Φ max f N ξ melynél figyelembe véve a zlipfrekvenciát ( f ) : f U i a 4, 44Φ max fn ξ vagyi U i U i a A forgórézben forgá közben az álló állapotban indukált fezültég zlipzeree indukálódik.

18 Azinkron gép helyetteítő kapcolá U Forgó állapotban az áttétel: a U A forgóréz tekercének zórái reaktanciája álló állapotban: i i U U i ia a a ω π πf L X L fl Forgó állapotban a zlipfrekvncia behelyetteítéével: π fl fl X π Forgá közben a forgóréz frekvenciája, indukált fezültége é zórái reaktanciája az álló állapotban érvénye értékek zlipzeree. A forgóréz fezültégegyenlete: é mivel ' i U i U U ' ' ' ' ' ' ' ' R ' ' i + I R + I jx 0 U i + I + I jx 0 mot már özeköthető a primer é a zekunder oldal a helyetteítő kapcolában!

19 Azinkron gép helyetteítő kapcolá Érdeme az R / reziztenciát két rézre bontani: R R ' ' m R R ' ' + R ' m R ' R ' R ' R ' ahol R a forgóréz tekercvezteége R m a mechanikai ellenállá a tengelye leadott teljeítmény

20 Azinkron gép vektorábrái jix U I R Az azinkron gép vektorábráinak zerkeztéére, ugyanazok a zabályok érvényeek, mint a tranzformátorra. A lényege különbég, hogy az azinkron gép a tengelyén mechanikai teljeítményt ad le, vagy vez fel, ami mindig hatáo. Ebből adódik, hogy pl. a forgórézen, mint terhelőellenálláon megjelenő U fezültég ellenfáziban van I árammal. ' R I ' ji ' ' X U i U I I I Φ I Φ

21 Azinkron gép terheléi állapotai U jix I R Ideáli ürejárá I I Φ K In I Tekercelt é kalická forgórézű gépekre egyaránt érvénye. Tranzformátoro ürejárá Nyitott cúzógyűrűvel megvalóítható. Tekercelt forgórézű gépekre érvénye. Valóágo ürejárá Amikor a gép tengelye terheletlenül forog. U i I Φ Φ Rövidzárá Túl nagy terhelénél a gép megáll, -> R m 0. Rövidzárában van a gép ha áll. 3K I I z 9 n

22 Azinkron gép energiamérlege f 0 miatt P va, 0, vagyi normál üzemi vizonyok között a forgóréz vavezteéget okzor elhanyagoljuk. Vigyázzunk: ez nem mindig tehető meg! Ez ninc benne a helyetteítő kapcolában!

23 Azinkron gép nyomatéka A légréen átadott teljeítmény (légrételjeítmény): A nyomaték a tengelyen: ( ) l m l t l P P P P I R P 3 ' ' A nyomaték a tengelyen: P t 0 eetén ninc P l é ninc M! ( ) ( ) ' ' I R P p p P P P M l l l m Ω Ω Ω ω ω

24 Kördiagram (áram-munkadiagram) Az azinkron gép kördiagramja (árammunkadiagramja, áram Park-vektor diagramja) az állóréz áram-vektor végpontjának mértani helye a különböző terheléi állapotokban.

25 Kördiagram (áram-munkadiagram) A kör átmérőjét egyedül az X zórái reaktancia határozza meg, az ellenálláok a pontok helyét - így az, - pontok helyét írják elő. A kör nem "áramdiagram". Az áramdiagram a kör é a zlipkála együtt. A valóágo ürejárái pont é az 0 zinkron pont - amelyet cak hajtó egédgéppel érhető el - nagyon közel enek, így gyakran nem különböztetjük meg őket. motoro generátoro ellenáramú (fék)

26 Kördiagram (áram-munkadiagram) Az pontot, amely a forgóréz nyugvó, indulái helyzetének felel meg, "rövidzárái" pontnak hívják mert R m 0 így a helyetteítő kapcolá rövidre van zárva. A körátmérőt X, a pontok elozláát, helyét az R-ek zabják meg. A paraméter R /. Legtöbbzör R állandó, ilyenkor a paraméter /. Így a paraméterelozlá az 0 ponttól az -ig (é utána i) űrűödik. Az áram mindig kéik a fezültéghez képet, mivel a gép mágneező áramát a tranzformátorokhoz haonlóan mindig a hálózat fedezi.

27 Kördiagram (áram-munkadiagram) A felvett primer teljeítményt a P UI coϕ áll. I coϕ özefüggé értelmében I hatáo özetevője, azaz a körpontnak a vízzintetől mért függőlege távolága méri. A vízzinte tengely a felvett teljeítmény zéru vonala. A többi teljeítmény i haonlóan egyeneektől mérhető az ábrából láthatóan. A úrlódái vezteég erőteljeen függ a fordulatzámtól. A vavezteéget az ürejárái áram hatáo özetevője jellemzi. A tekercvezteégeket a metzékek zolgáltatják. A P l légrételjeítmény zéru vonala az 0 (I 0) é (R /0) pontokat köti öze. Ez egyúttal a nyomaték M 0 zéruvonala i. A mechanikai teljeítmény zéru vonala az 0 (I 0) é az (álló helyzet) pontokat özekötő egyene.

28 Kördiagram (áram-munkadiagram)

29 Azinkron gép nyomatéki jelleggörbe A gép által kifejtett legnagyobb nyomatékot billenő nyomatéknak nevezzük. Ideáli eetben a billenő nyomaték motoro é generátoro üzemben azono. A mindig keletkező vezteégek miatt a generátoro billenő nyomaték nagyobb, mint a motoro. Az ábra jól mutatja, hogy az üzemi tartományban az azinkron gép fordulatzámtartó: ürejárától (zinkron fordulatzámtól) a névlege terheléig a gép fordulatzáma cupán néhány zázalékkal cökken.

30 Azinkron gép tabilitáa A lenti ábra a tatikuan tabili é labili tartományokat mutatja. Az ábráról leolvaható, hogy az azinkron gép tatikuan tabili, ha a zlip nem nagyobb a billenő-nyomatékhoz tartozó billenőzlipnél, é tatikuan labili, ha a zlip nagyobb, mint a billenőzlip. billenőzlip Klo formula M M b + b R X ' b b