. A szikro gépek. A működés elve A frekvecifeltétel lpjá: f = 0 (egyeármú gerjesztés) ω rot = 0 Csk = 0 fordultszámo működik, ekkor képes álldósult yomtékot kifejtei. Ez szikro állpot. Megjegyzések: Öálló iduli em képes.. H kiesik szikroizmusból, zárlti állpotb kerül. 3. Legésekre hjlmos. 4. Gerjesztőármot függetle ármforrás biztosítj meddőt képes szolgáltti. Főkét gy geerátorok fotosk.. Helyettesítő kpcsolás Szármzttás egyszerű, mert gép álldósult, szimmetrikus állpotb NILATERÁLIS = idukálás csk egy iráyb v: forgórész idukál z állórészbe. Idukál Forgórész Állórész Nem idukál Póluskerék Armtur
rmtur = gép zo része (tekercselése), melybe álldó és szimmetrikus állpotb feszültség idukálódik. E feszültség eve: pólusfeszültség. A mágeses tér modellje : kétmezős elmélet, mert két mező többé-kevésbé függetleül változtthtó. A pólusfeszültség z ismert módo: = π p f ξ N Φ (mx) ez ktív (feszültségforrás) Az rmtur-feszültség = π f ξ N Φ 4 34 Ψ ez idukált feszültség, de feszültségeséskét vesszük figyelembe A trszformátorhoz hsoló: AKTÍV: i PASSZÍV: Ψ I = f f Ψ π = π I I 4 34 L = π f L I 4 34 ( eff ) X X m I = zz: = jx I, hol X z rmtur rektci. Ehhez járulk szórások, mikkel feszültség-egyelet: k = p + jx I + jxs I + R I Az egyelethez trtozó Thevei-kpcsolás Itt is: FOGYASZTÓI POZITÍV IRÁNYRENDSZER v érvéybe. Megjegyzések:
. Vsveszteség elhygolv: álldósult szimmetrikus állpotb CSAK z állórészbe keletkezik vsveszteség. Ngy gépekél η 00% P vs 0. Növekedési törvéyek mitt P r R 0 szokásos elhygolás 3. A gépbe egyetle mező v, ez hozz létre z idukált feszültséget. 4. X + X s = X d = SZINKRON REAKTANCIA Hegeres Mide iráyb zoos Kiálló pólusú Az eltérő iráyokb eltérő mágeses elleállás Ezzel: hegeres forgórészű szikro gép egyszerűsített helyettesítő kpcsolás: Thevei kpcsolásból Norto kpcsolás kphtó z ismert átlkítássl: 3
A helyettesítő kpcsolás szemléletese muttj, hogy ( trszformátorok és z szikro gépek esetétől eltérőe) szikro gépek eseté em gerjesztések egyesúly törvéye vezérli működést..3 Fázorábr p = k jxs I jx I = k s Φ I Φ p p Φ eredő i.4 Szikroozás A szikro gépek áltláb párhuzmos vk kpcsolv hálózttl. A párhuzmos kpcsolás, melyet szikroozásk szokás evezi, elvégzése előtt meg kell győződi z lábbi feltételek teljesüléséről. Feltételek: zoos fázissorred frekveci 4
feszültség-mplitudó megfelelő fázisfeszültségek között fázisszög zérus..5 Terhelésfelvétel SZINKRONOZÁS TÁN A gerjesztőárm övelése Megállpíthtó, hogy h gerjesztőármot z üresjárási érték fölé öveléjük, kkor szikro gép meddő teljesítméyt képes szolgáltti hálóztk. Ez szikro gépek szokásos gerjesztési állpot, mivel fogysztók többsége meddő teljesítméyt igéyel. A gerjesztőárm csökketésével szikro gép is meddő teljesítméyt vesz fel. A gerjesztőárm változásák ics htás szikro gép htásos teljesítméyére. A hjtó vgy fékezőyomték övelése Megállpíthtó, hogy hjtó vgy fékezőyomték övelésével változik szikro gép áltl szolgálttott vgy felvett villmos teljesítméy. A yomték változás áltláb csk kis mértékbe befolyásolj szikro gép meddő teljesítméyét. Ezt htást gykr elhygoljuk. A feti két eset vizsgált lpjá rr következtetésre jutuk, hogy meddő teljesítméyt gerjesztőármml, 5
htásos teljesítméyt tegelye bevitt yomtékkl tudjuk változtti. A két bevtkozás egymástól többé-kevésbé függetle htású..6 A yomték és teljesítméy A yomték és villmos teljesítméy számítás z lábbi feltételeke lpszik: Feltétel: Σ P eszt = 0 R = 0 Xd = X + Xs, zz P mech = P légrés = P hálózt = 3 k I cosϕ A vektorábr felhszálásávl z lábbi összefüggéseket kpjuk: p si β = X d I cos (π - ϕ) X d I cosϕ = p si β I cosϕ = p si β X d A teljesítméy: P P I mech = h = 3 k cosϕ = 3 k si β X d β terhelési szög Megállpodás szerit: β > 0 motoros üzemállpotk felel meg. β < 0 geerátoros üzemállpotk felel meg. p A yomték képlete: M P P p mech mech 3 k = = = ω ω X Ω 0 p d p si β hol Ω 0 forgórész (mechiki) fordultszám..7 A szikro gép stbilitás A mukpot stbilis, h kis kitérítést követőe gép vissztér eredeti állpotáb. A mukpot lbilis, h kis kitérítést követőe gép em tér vissz eredeti állpotáb. Megkülöböztetük sttikus és dimikus stbilitást. A sttikus stbilitás lssú változások eseté követelméy. A dimikus stbilitást gyors változások eseté vizsgáljuk. 6
A jobb oldli ábr S sel jelölt potj álldó yomték feltételezése eseté sttikus stbil, mivel kis yomtékváltozást követőe gép vissztér z eredeti mukpotb. Köyű beláti, hogy z L lel jelölt mukpot sttikus lbilis. A bl oldli ábráról leolvshtó, hogy sttikus stbilitás (elvi) htár β= ±90 S L Bizoyítás élkül közöljük, hogy dimikus stbilitás htár midig gyobb, mit sttikus stbilitás htár, mivel gyors változásokt szikro gép "jobb bírj". A dimikus stblitás számszerű értéke függ mukpottól is. 7
. Az szikro gépek. Az idukciós szbályzó Állórész jellegzetességei: áltláb háromfázisú (ezt vizsgáljuk) de: lehet egyfázisú is. Forgórész jellegzetességei: yuglomb v, de: elforgthtó csúszógyűrűkhöz cstlkozó kpcsi yitottk ) A forgórésze idukált feszültség mplitúdój i ξ N = = = ξ N i A feszültségkéyszer mitt itt is érvéyes gerjesztések egyesúlyák törvéye. F + F = F F m 0 Az álló és forgórész fázisszám, m s és m r eltérő is lehet. Az lphrmoikusr votkozó gerjesztés egyelet: m m m ξ N I+ ξ N I = ξ N I I mξ N + m N I I = m ξ m ξ N m ξ N I = Az impedciák átszámítás: ' Z = hol Z Z Z, = I = m m ( ξn) ( ξ N ) 8
b) A forgórésze idukált feszültség fázishelyzete Egyfázisú idukciós szbályzó eseté forgórész-feszültség vektorák fáziseltérése z állórészfeszültség vektorához viszoyítv forgórész elfordulási szögével ráyos. Háromfázisú idukciós szbályzó eseté forgórész-feszültség vektor egybeesik z állórészfeszültség vektorávl, em függ forgórész szöghelyzetétől. A forgórész-feszültség gyság függ forgórész szöghelyzetétől. c) A forgórésze idukált feszültség fázisszám Forgórész fázisszám tetszőleges, ezért forgórész lehet klickás és tekercselt (csúszógyűrűs) kivitelű is. d) A forgórésze idukált feszültség frekveciáj = állórészmező fordultszám = forgórész fordultszám = = forgórészmező fordultszám forgórészhez képest f f = = s =szlip p = = = s f = s f, szlipfrekveci p 9
Tehát forgórész-feszültség frekveciáját szlip, mgyr evé csúszás htározz meg. Ezért forgórészmeyiségek frekveciáját szlipfrekveciák is szokás evezi. Péld: s f, Hz, ford/perc p = 50 Hz 0 0 0 3000. Az szikro gép működése Egyszerű, robusztus kivitel. A forgórész üzemszerűe rövidrezárt mid klickás, mid pedig csúszógyűrűs kivitel eseté. A működés feltételele: M vill = M terh Ez szikro fordultszámo em teljesülhet, hisze ekkor ics "erővolmetszés", csk szikrotól eltérő fordultszámoko. Ezért evezzük ezeket gépeket szikro gépekek. Péld: legye p = f = = 50/s =3000/perc p < eseté = (-s)=940/perc s = % = s = 60/perc f = p = 60/perc = Hz.3 A helyettesítő kpcsolás Céluk, hogy helyettesítés kpcsolás yugvó ármkör legye, tehát vlmilye módo "ki kell iktti forgást". A forgórésze idukált feszültség már ismert módo számíthtó: i = 444, fξ N Φ m = s 444, f ξ N Φ 444 3m i álló helyzetbe 0
s (s) = s i (f ) R =áll X s = π f L s = s X s (f ) Jelölés: i (f ) = i X s (f ) = X s sx ' s (f ) A feszültségegyelet szokásos lkb: ' ' ' ' ' ' ()= s s + R I + jsx I = i s 0 Rövidzár A forgórész-mező z állórészmezővel MINDEN FORDLATSZÁMON EGYÜTT FOROG forgórészármok z állórészről ézve MINDIG 50 Hz frekveciájúk látszk. Más szóvl z szikro gép elvégzi z f f f= frekveci-trszformációt. s Az bszolút értékekre ézve: R + s I j X I + s = 0 = ' ' ' ' i ' i i Most már összeköthető primer és szekuder oldl helyettesítő kpcsolásb: hol ' R = R + R s R m ' s = R + s ' ' ' ' R m mechiki elleállás, tegelye ledott teljesítméyt képviseli. R forgórész tekercsveszteséget képviseli..4 Az eergimérleg f 0 mitt P vs 0, vgyis ormál üzemi viszoyok között forgórész vsveszteséget elhygoljuk. Vigyázzuk: ez em midig tehető meg!
A légrése átdott teljesítméy (légrésteljesítméy): ' P = 3( R s ) I l P P m m ' = ( s) P = ( s) P l l P t = 0 eseté ics P l ics M A tegelye levehető yomték: M P s P P p P m ( ) l l l 3 = = = = = Ω ( s) Ω ω p ω Ω 0 0 R ' s I ' Az egyszerűsített helyettesítő vázlt trszformátorokéhoz hsoló: = = i.5 A kördigrm Az szikro gép állórész-árm végpotj egy, komplex síko felrjzolt körö helyezkedik el. Az állórész-feszültség vektor pozitív vlós tegely iráyáb mutt, és álldó értékű.
Megjegyzések:. A kördigrmo jól megkülöböztethetők z szikro gép üzemmódji: 0 < s < motor s < 0 s > geerátor fék. Az árm midig késik feszültséghez képest, mivel gép mágesező ármát trszformátorokhoz hsoló midig hálózt fedezi. 3. Teljesítméyek kördigrmb:.6 A yomtéki görbe A yomtéki görbe például kördigrm lpjá is megszerkeszthető. A szerkesztés vázltos lépései láthtók z lábbi ábrá. 3
A gép áltl kifejtett leggyobb yomtékot billeő yomtékk evezzük. Ideális esetbe billeő yomték motoros és geerátoros üzembe zoos. A midig keletkező veszteségek mitt geerátoros billeő yomték gyobb, mit motoros. Az lábbi bl oldli ábrá újr felrjzoltuk mechiki jelleggörbét, k megszokott lkjáb, de kissé torzítv, gyobb meredekséggel. Az ábr jól muttj, hogy z üzemi trtomáyb z szikro gép fordultszámtrtó: üresjárástól (szikro fordultszámtól) évleges terhelésig gép fordultszám csupá éháy százlékkl csökke. A jobb oldli ábr sttikus stbilis és lbilis trtomáyokt muttj. A stbilitásvizsgált teljese hsoló szikro gépekél bemuttottl. Az ábráról leolvshtó, hogy z szikro gép sttikus stbilis, h szlip em gyobb billeőyomtékhoz trtozó billeőszlipél, és sttikus lbilis, h szlip gyobb, mit billeőszlip. 4
.7 Üzemi viszoyok.7. Idítás A. Problém I i M i z idítási árm gy; z idítóyomték kicsi. B. Közvetle idítás függ: hjtástól hálózt erősségétől C. Közvetett mód I. Csúszógyűrűs gépek eseté H forgórészbe elleállásokt ikttuk, kkor két legyet ütük egy cspásr : lecsökke z idítási árm, és megő z idítóyomték. A beikttdó elleállás értékéek számítását z lábbi összefüggések muttják: R s ' ' ' k R = áll= i M = M h b s = R R = s b + R s + R k sb Rk = R ( ) = R ( ) s s b b A billeőszlip áltláb s b 0,=0 % körüli, így közelítőleg Rk = 0, R = 4R 0, elleállást kell forgórészkörbe beiktti. Az elleállás beikttás módosítj yomtéki görbét: 5
Az idítóyomték ő és billeő yomték álldó. II. Klickás gépek eseté ) Csillg delt idítás I I y vy I fy fy Z Z = = = 3 = 3I 3( ) 3 f fd Z fd Z 3 I I y = I 3 = I 3 fy motor f HÁLÓZATBAN MOTORBAN M iy = M 3 i Tehát ez z idítási mód lklms z idítóárm csökketésére. Eek ár zob kis idítóyomték, mi sok gykorlti esetbe kedvezőtle következméy. b) Ármkiszorításos forgórész Az idítási viszoyok kedvezőbbé tételére felhszálhtó z ármkiszorítás jelesége. Az 50 Hz frekveciájú idítási árm gyméretű vezető külső, gyobb sugáro elhelyezkedő részébe szorul. Ezáltl forgórész elleállás övekszik, szórási rektciáj pedig csökke. Így z idítási árm csökke, z idítóyomték pedig elegedőe gy lesz. 6
c) Mélyhoryú forgórészű gép Az ármkiszorításos forgórészű géphez hsoló működik: idításkor forgórészárm gyobb fjlgos elleállású külső klickáb szorul ki. Üzemszerűe szlipfrekveciájú forgórészárm kis fjlgos elleállású belső klick rúdjib folyik..7. A fordultszám változttás Az szikro gép fordultszámák változttását z lábbi összefüggés lpjá tudjuk megvlósíti: f = ( s) = ( s) p Tehát z lábbi módszerek jöhetek szób:. Az f primer frekveci változttás félvezetős ármiráyítóvl;. Az s szlip, illetőleg szlipfrekveci változttás: kszkád kpcsolásokkl; 3. A p pólusszám változttás: pólusszámváltó gépekkel. 7
3. Egyeármú gépek 3. A feldt kitűzése Feldt: Készítsük oly szikro gépet, melyre mide üzemállpotb teljesül, hogy z rmturmező merőleges pólusmezőre: B B p Ekkor: Ehhez: z előírt yomtékot miimális rmtur-árm mellett érhetjük el. Fordítsuk ki gépet! Póluskerék Armtur állórésze kerül; forgórészre kerül. Ekkor: Állórész-mező: álldó Forgórészmező: úgyszité legye álldó z állórész felől ézve. De: Heteropoláris elredezés mitt rmturáb váltkozó feszültség idukálódik váltkozó árm áltl keltett mágeses teret meg kell állíti. Ezt feldtot végzi el kommutátor. A kommutátor elvi, egyszerűsített változt láthtó bl oldli ábrá. Az ábrá egyetle meetet, és hozzá cstlkozó két fél csúszógyűrűt, vlmit csúszógyűrűkkel éritkező rögzített keféket rjzoltuk fel. A középső ábr felső része muttj mágeses idukció térbeli eloszlását égyszöghullám, míg jobb oldli ábr felső része sziuszos mezőeloszlás eseté. A középső és jobb oldli ábr lsó részé z A B potok között levehető egyeiráyított idukált feszültség jellkj láthtó. A meetszám övelésével, és z egyes meetek sorb kpcsolásávl z idukált feszültség gyság övekszik, hullámosság pedig csökke. 8
3. Az idukált feszültség számítás Az ábr felső részé pólusmező térbeli eloszlás, z lsó részé pedig pólus méretei láthtók z rmtur felületé. i( vezetõ ) = Bk li v v= Dπ v: z rmtur kerületi sebessége z zsoros = z = B i k i l D π = 3 A p p z: z összes sorbkötött vezető szám : párhuzmos ágk szám A Dπ = τ l = p l p p i i z = = B A p k p Dπ li = Ap( p) p = = z Φ m k Φ = k Φ i Tehát z idukált feszültség egyeese ráyos z rmturfluxussl (lieáris esetbe gerjesztő ármml is), vlmit forgórész fordultszámávl. 9
3.3 A yomték számítás: A yomték számításához először kiszámítjuk z egyetle tekercsoldlr htó erőt közismert képlet segítségével: F = Bk li Iág Az erőkr sugár. Az összes vezetőre htó yomtékot úgy kpjuk meg, hogy z egyetle tekercsoldlr htó yomtékot megszorozzuk sorb kötött tekercsoldlk számávl: M z D F z D I = = Bk l = z D π l B I = i k = π z = = A p B I p ( ) k π z p = Φ I π M= k Φ I M Tehát yomték ráyos z rmturfluxussl (lieáris esetbe gerjesztő ármml is), vlmit z rmturármml. Az ráyossági téyezőt másképp felírv kpjuk meg z egyeármú gépek idukált feszültségét és yomtékát meghtározó összefüggéseket: i k M = Φ ω π i = k Φ ω M = k Φ I 3.4 A helyettesítő kpcsolás A gép működése viszoylg boyolult, helyettesítő kpcsolás zob gyo egyszerű: belső feszültségforrás z idukált feszültség, belső elleállás pedig z rmturáb keletkező veszteségeket képviselő elleállás. 0
A motoros és geerátoros üzemre votkozó feszültség egyeletek egyszerűek és hsolók: = R I k i + b G M A külöbség yi, hogy motoros üzemállpotb kpocsfeszültség gyobb, mit z idukált feszültség, míg geerátoros üzemállpotb fordított helyzet. 3.5 Tekercselések Az egyeármú gépek tekercselései midig zártk, horyokb vk elhelyezve, kétrétegesek és áltláb húrosk. 3.5. Alptípusok: A) Hurkos tekercselés A tekercselés jellemzői: horoylépésbe kifejezett tekercsszélesség, y h, horoyszám, Z, z egy rétegbe elhelyezett tekercsoldlk szám, u, z tekercsoldlkb kifejezett tekercsszélesség, y, tekercsoldlkb kifejezett kpcsolási lépés, y, kommutátorlépés, K, tekercsoldlkb kifejezett eredő tekercselési lépés, y, vlmit lépésrövidítési téyező, ε. Ezekkel: y Z = + ε p
y = u y K = B) Hullámos tekercselés y = y y= y y = = y k Az fetebb megismert tekercselési jellemzőkkel: p y = K - K y=, K= uz p uz y= = egész szám p Nyilvávló em mide (u, Z, p) értékhármsr teljesül. hogy y egész szám. 3.5. Párhuzmos ágk A tekercselés vizsgált megmuttj, hogy párhuzmos ágk szám mide esetbe leglább. gyis, mit z z ábrá is jól láthtó, egy egy kommutátorszelethez leglább két tekercsoldl cstlkozik. Hurkos tekercselés eseté párhuzmos ágk szám pólusszámml egyezik meg, míg hullámos tekercselés eseté párhuzmos ágk szám pólusszámtól függetleül midig kettő. Képletszerűe: Hurkos tekercselésre: = p Hullámos tekercselésre: =
3.6 Az rmtur - visszhtás Az rmturáb folyó terhelő árm megváltozttj gép légrésébe kilkuló mezőeloszlást: z üresjárási pólusmezőhöz hozzádódik terhelő árm áltl keltett mágeses tér. A pólusok, kommutátor és kefék. Üresjárási mezőeloszlás. Az rmtur gerjesztése, F, illetve idukciój, B. Az eredő terhelési mezőeloszlás Láthtó, hogy mezőeloszlás erőse ihomogéé válik, vlmit mximális idukció jeletőse megő. Midkét körülméy kedvezőtleül befolyásolj kommutációt, ezért godoskodi kell z rmturrekció káros htási csökketéséről. Erre szolgálk segédpólusok, melyeket mide esetbe, illetve kompezáló tekercselés, melyet csk erőse igéybe vett gépekbe lklmzuk. 3.7 Felépítés Az egyeármú gépek z lábbi, z ábrá láthtó módo elhelyezett tekercselésekkel vk ellátv. A főpólustekercs főpólusoko, segédpólustekercs semleges zóáb elhelyezett segédpólusoko, z rmturtekercs forgórész horyib, míg (szükség eseté) kompezáló tekercs főpólussru horyib tlálhtó. 3
3.8 Kpcsolások (gerjesztési módok) Az egyeármú gépek gerjesztő tekercseit többféleképpe is kpcsolhtjuk. Külső gerjesztés eseté gerjesztő tekercset függetle ármforrás táplálj. Párhuzmos vgy söt gerjesztés eseté gerjesztő tekercs z rmtur tekerccsel párhuzmos, soros gerjesztés eseté z rmtur tekerccsel soros kpcsolv. Vegyes gerjesztés eseté gép söt és soros tekerccsel egyrát el v látv. A gyobb gerjesztést soros tekercs dj. A söttekercs gerjesztése soros tekercs gerjesztésével megegyezhet (kompud gerjesztés), de lehet zzl elletétes is (tikompud gerjesztés). 3.9 Egyeármú motorok jelleggörbéi Az egyeármú motorokt még mi is gyo széles körbe lklmzzák redkívül kedvező és egyszerű szbályozási tuljdoságik mitt. Az lábbi motoros jelleggörbéket szokás hszáli: ) (I ) sebességi jelleggörbe; b) M (I ) yomtéki jelleggörbe. c) (M) mechiki jelleggörbe; 4
A már megismert feszültség egyeletek lpjá z egyes jelleggörbék egyszerűe szármztthtók. ) Sebességi jelleggörbe = + R I = k Φ + I R k i u I R k b k Rb = = I = ( I) k Φ k Φ k Φ b) Nyomtéki jelleggörbe M = k Φ I Φ = áll m c) Mechiki jelleggörbe = R I k Φ k k R = M k Φ k k Φ I M M = k Φ A képlet jól muttj, hogy fordultszám kpocsfeszültség és z rmturelleállás lieáris, és fluxus iverz függvéye. 5
Trtlom. A SZINKRON GÉPEK.. A MŰKÖDÉS ELVE.. HELYETTESÍTŐ KAPCSOLÁS..3 FÁZORÁBRA 4..4 SZINKRONOZÁS 4..5 TERHELÉSFELVÉTEL 5..6 A NYOMATÉK ÉS A TELJESÍTMÉNY 6..7 A SZINKRON GÉP STABILITÁSA 6. AZ ASZINKRON GÉPEK 8.. AZ INDKCIÓS SZABÁLYZÓ 8.. AZ ASZINKRON GÉP MŰKÖDÉSE 0..3 A HELYETTESÍTŐ KAPCSOLÁS 0..4 AZ ENERGIAMÉRLEG..5 A KÖRDIAGRAM..6 A NYOMATÉKI GÖRBE 3..7 ÜZEMI VISZONYOK 5..7. Idítás 5..7. A fordultszám változttás 7.3 EGYENÁRAMÚ GÉPEK 8.3. A FELADAT KITŰZÉSE 8.3. AZ INDKÁLT FESZÜLTSÉG SZÁMÍTÁSA 9.3.3 A NYOMATÉK SZÁMÍTÁSA: 0.3.4 A HELYETTESÍTŐ KAPCSOLÁS 0.3.5 TEKERCSELÉSEK.3.5. Alptípusok:.3.5. Párhuzmos ágk.3.6 AZ ARMATRA - VISSZAHATÁS 3.3.7 FELÉPÍTÉS 3.3.8 KAPCSOLÁSOK (GERJESZTÉSI MÓDOK) 4.3.9 EGYENÁRAMÚ MOTOROK JELLEGGÖRBÉI 4 6