11. előadás Összeállította: Dr. Hodossy László
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Szerkezeti felépítés Négy alapvető szerkezeti rész: acélöntvényből készült henger alakú állórész: fő- és segédpólusok lemezelt, henger alakú, külső felületén hornyokkal ellátott forgórész az armatúra kommutátor, amely az armatúra tekercselés váltakozó áramát mechanikus úton egyenirányítja kefék 3
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Működés Mágneses térben van elhelyezve egy vezetőkeret (armatúra), amelyben áram folyik a Lorentz-féle erőhatás miatt a forgórész elfordul 180º-os elfordulás után megfordul az áramirány s a folyamat kezdődik újra 4
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Működés Az állórészen lehet állandó mágnes vagy tekercs, amit egyenárammal gerjesztenek U g : gerjesztő feszültség I g : gerjesztő áram Ф=Fi: főfluxus U k : armatúra kapocsfeszültsége I a : armatúra áram U b : armatúra belső indukált feszültsége 5
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Armatúrareakció Az armatúraáram mágneses fluxust hoz létre, amely hozzáadódik a pólusok által létesített fluxushoz Az armatúraáram eltorzítja az indukció-eloszlást az armatúra kerülete mentén Armatúrareakció hatásai: a gép fluxusa csökken a semleges vonal eltolódik Az armatúrareakció hatásainak megszüntetése: légrés növelése (nagyobb gerjesztés szükséges) segédpólus alkalmazása az üresjárási semleges vonalban, armatúraárammal gerjesztve megfelelő kommutálási késleltetés (siettetés) kompenzálótekercs alkalmazása a pólussarukban az armatúraárammal gerjesztve 6
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Armatúrareakció 7
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás osztályozása A gerjesztés módja szerint négy csoport: 8
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Külső (párhuzamos is) A működést leíró összefüggések: φ = áll. U U = U M U k i b = U I b a b + I = k φ I a a = Mω R a = k φ ω U RaI a U k ω = b = + y = mx b k φ k φ k φ + k : a gépre jellemző állandó 9
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Külső (párhuzamos is) 10
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Soros I g = I Villamos helyettesítő kép a φ = f ( I a ) M = k φ I 2 a = k I a U k ω = k φ A teljesítménytartó: Ia Ra = k φ U k k k I M n áll. = P a Ra k k 11
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Soros A jelleggörbéi: Jellemzők: Nincs üresjárási fordulatszáma (terhelés nélkül indítani tilos) Nagy indítónyomaték (járművek, kéziszerszámok) Váltakozó-, illetve egyenáramú táplálásról is működik, ezért univerzális gép 12
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Vegyes A legfontosabb jellemzők: -Van soros és párhuzamos gerjesztése is, -Ritkán használják, -Nem fordulattartó 13
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Indítás U k U U k b = U b + I a Ra Ia = U b = k φ ω Ra Indításkor (ω=0) U b =0, ezért I (10...30) I Az indítási áramot mindenképpen csökkenteni kell! Pl. armatúrával sorba kötött ellenállásokkal i n 14
1. Szerkezeti felépítés 2. Működés 3. Működés 4. Armatúra reakció 5. Armatúra reakció 6. Egyenáramú gépek osztályozása 7. Külső 8. Külső. 9. Soros. 10. Soros 11. Vegyes 12. Indítás 13. Indítás Indítás Külső Soros Az ellenállások használata miatt ez veszteséges megoldás! Korszerű megoldás: teljesítményelektronikai kapcsolás alkalmazása 15
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Fékezés Villamos úton történő fékezés: 1. Visszatápláló (os) fékezés csak az üresjárási fordulat felett használható (os üzemmód) soros nál nem alkalmazható csak az üresjárási fordulatszám felett hatásos 16
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Fékezés 2. Ellenállásos (dinamikus) fékezés az armatúra táplálását megszűntetik az armatúrával sorbakapcsolt ellenállással fékezik a t nem lehet megállásig fékezni ω = U i I R = = M k φ k φ k R 2 φ 2 17
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Fékezés 3. Ellenáramú (irányváltásos) fékezés a armatúra kapocsfeszültségének a polaritását megcserélik leállásig fékezhető a, de megfordulhat a forgásirány az áram csökkentésére ellenállást kapcsolnak az armatúrakörbe nagy veszteségek (névleges mechanikai, névleges villamos teljesítmény) 18
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Fordulatszám 3 lehetőség van az egyenáramú ok fordulatszám befolyásolására: U ω = k Ia R k φ a 1. Ua (armatúra kapocsfeszültség) a: leggyakrabban alkalmazott és legjobb módszer veszteségmentes Külső soros 19
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Fordulatszám 2. Ra (főáramköri ellenállás) a: az üresjárási pont nem változik (külső nél) veszteséges, hőenergiát termel: P = I 2 R Külső soros 20
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Fordulatszám 3. Φ (fluxus) a: például a gerjesztőtekerccsel párhuzamosan kapcsolt változtatható ellenállással Φ 1 >Φ 2 A módszer hátrányai: A jelleggörbék metszéspontjában a fluxus ának nincs hatása a fordulatszámra A metszésponttól balra és jobbra a fluxus ának a hatása ellentétes 21
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Egyenáramú ok Az egyenáramú okat az egyenáramú energia előállítására használják Az egyenáramú gépek teljesítményviszonyai: 22
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Külső Állórész: külső gerjesztő hálózatra kapcsolva Forgórész: hajtógép állandó fordulatszámmal forgatja Üresjárási jelleggörbe 23
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Külső Üresjárási és terhelési jelleggörbe Külső jelleggörbe 24
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Párhuzamos (Jedlik Ányos: öngerjesztés elve) Az állórészt párhuzamosan kapcsolják a forgórésszel és állandó fordulatszámmal forgatják a forgórészt. Ez a fajta villamos energia befektetése nélkül csak mechanikai energia segítségével állít elő villamos energiát. R g : gerjesztőtekercs ellenállása R sz : szabályozó ellenállás a gerjesztő körben üresjárási jelleggörbe U tg α = 0 = Rg + R I g 25 sz
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Párhuzamos Külső jelleggörbe I m értékét meghaladva a gép legerjed A felgerjedésének feltételei: remanens (visszamaradt) fluxus kell R g +R sz megfelelően kicsi legyen (stabil munkapont) gerjesztő tekercs polaritása megfelelő legyen terhelő ellenállás megfelelően nagy legyen (ne lépjük túl az I m értékét) 26
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Vegyes A vegyes nak van sorba és párhuzamosan kötött gerjesztő tekercse is A két tekercs egymáshoz képesti viszonya alapján lehet: 1: kompaundált 2: túlkompaundált 3: alulkompaundált a gép 27
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Ward-Leonard hajtás Az egyenáramú gépek egy jellegzetes gépösszeállítása A munkagépet hajtó M egyenáramú fordulatszámát lehet folyamatosan változtatni vagy forgásirányt lehet váltani 28
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Szinkron gépek Szerkezeti felépítés A háromfázisú villamos energiatermelés legfontosabb gépe az erőművekben Legfontosabb jellemző: csak egy kitüntetett fordulatszámon, az ún. szinkron fordulaton képes tartósan üzemelni. A gép fordulatszáma és frekvenciája között merev kapcsolat van: f = p.n, p: póluspárok száma Lehet vagy Szerkezeti felépítés: 2 fő egység: állórész (armatúra) és forgórész Jellemzők: -3 fázisú tekercselés az állórészen (aramatúra) -lemezelt állórész (az örvényáram csökkentése miatt), -tömör, vastestű forgórész (hengeres vagy kiálló pólusú) egyfázisú tekercseléssel, a tekercsvégek csúszógyűrűkhöz csatlakoznak, ahova szénkeféken keresztül vezetjük a gerjesztőáramot (egyenáram) 29
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Működés Szinkron gépek Motor: állórész: a rákapcsolt 3 fázisú feszültség forgó mágneses teret hoz létre, amelynek fordulatszámát a frekvencia és a pólusok száma határozza meg (nincs indítónyomatéka) forgórész: egyenáramú gerjesztés abszolút fordulattartó Generátor: forgórész: egyenáramú gerjesztés forgórészt állandó fordulatszámmal forgatják (gőz-, víz-, gázturbina, diesel ) állórész: 3 fázisú indukált feszültség 30
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Szinkron gépek Áramköri modell U i : indukált feszültség U a : armatúra feszültség U p : pólusfeszültség U k: kapocsfeszültség I a : armatúra áram X a : armatúra reaktancia X s : armatúra szórási reaktancia X: szinkron reaktancia 31
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Nyomaték 3 U k U M = ω X 0 d Szinkron gépek p sinδ M: nyomaték (kapocsfeszültségtől függ) δ: terhelési szög (U p és U k közötti szög) Hengeres forgórészű gép nyomatéka a terhelési szög függvényében: 32
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Üzemállapotok Szinkron gépek alulgerjesztett túlgerjesztett 33
ok 8. Külső 9. Külső. 12. Vegyes Szinkron gépek Indítás (ként) A szinkronnak nincs indító nyomatéka A forgórészen elhelyezett néhány rövidrezárt menet segítségével aszinkron ként indul A szinkron fordulatszám közelében beugrik a szinkron fordulatszámra 34