Budpeti Műzki Főikol Kndó Kálmán Villmomérnöki Főikoli Kr Automtik ntézet Félévi követelmények é útmuttó VLLAMOS GÉPEK tárgyból Villmomérnök zk, Villmoenergetik zkirány, Távokttái tgozt 5. félév Özeállított: Dr. Ngy Lóránt Lektorált: Pálfi Zoltán 65/3 Budpet, 3
Távokttái tgozt VLLAMOSENEGETKA SZAKÁNY 5. félév ( ór elődá) A hllgtók konzultáción vló rézvételére, hlztáik, pótláik rendezéére távokttábn réztvevő hllgtókr vontkozó Tnulmányi é vizgzbályzt" előírái mérvdók. Kérjük, hogy konzultációkr Villmo gépek jegyzetet zívekedjenek mgukkl hozni! Kijelölt jegyzetek: Tk: BMF KKVFK - 76 Frk A. Gemeter J. - Dr. Ngy L. (zerkeztő): Villmo gépek Budpeti Műzki Főikol, Budpet, Mk: BMF KKVFK - 39 Gemeter J. (zerkeztő) - Frk A. - Dr. Ngy L.: Villmo gépek vizgálti módzerei Budpeti Műzki Főikol, Budpet, Követelmények é vizg: Az útmuttó heti bontábn, tnkönyvben (Tk) é méréi útmuttóbn (Mk) kijelölt oldlzámok lpján trtlmzz jvolt felkézüléi menetrendet. A félévvégi vizg írábeli é zóbeli rézből áll. Az írábeli réz 6 perce, é rövid kérdére kell válzolni két-három mondtbn, mgyrázott egyenletekkel, illetve ábrákkl. Minden kérdé ponttól 5 pontig értékelt. Az írábeli vizg kérdéeit z útmuttóbn hivtkozott példák, ellenőrző kérdéek é feldtok lpján állítjuk öze. Az írábeli vizgán elért leglább 5%-o eredmény zóbeli vizgár bocátá feltétele. A vizg eredménye zóbeli vizg kpott érdemjegy. A zóbeli vizgán jelöltek z útmuttóbn megdott vizgkérdéekből kettőt húznk, vgy kpnk, melyre perc felkézüléi idő után kell válzolniuk. Budpet, 3-7- 5 pont, vgy keveebb: (elégtelen) 6 4 pont: (elégége) 5 33 pont: 3 (közepe) 34 4 pont: 4 (jó) >4 pont: 5 (jele) Dr. Ngy Lóránt főikoli docen, témfelelő en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
. hét A villmo gépek tárgyláához zükége bevezető imeretek (fejlődéi időrend; villmo gépek, mint energiátlkítók coportoítá) Tk 5 9 oldlkon tlálhtók.. Az indukált fezültég keletkezée villmo gépekben (Tk 9 4) A fezültégindukálá vlmennyi villmo gép működéének lpj. Az indukciótörvény megfoglmzá Frdy nevéhez fűződik (83). Ezerint minden eetben indukált fezültég keletkezik, h egy N menetű tekerccel kpcolódó fluxu megváltozik: dψ dφ ui N. dt dt Az indukált fezültég ngyág fluxuváltozá ebeégével é z N menetzámml rányo. Az indukált fezültég irányát Lenz törvény lpján htározhtjuk meg. A Lenz törvény kimondj: z indukált fezültég áltl létrehozott árm olyn irányú, hogy z indukált fezültéget létrehozó változát gátolj. Az indukált fezültég több különböző módon keletkezhet: Egy nyuglombn lévő tekercben indukált fezültég keletkezik, h vezetőkerettel, vgy tekerccel kpcolódó fluxu z idő függvényében változik. A zinuzon változó fluxuhoz képet 9 iető fezültég effektív értéke: π i f N Φ m 4, 44 f N Φ m. Ezt nyuglmi indukcióvl keletkező fezültéget trnzformátoro fezültégnek zoká nevezni. A tekercet egy homogén mágnee térben forgtv, mozgái indukcióvl. Ebben z eetben z indukált fezültég z n forgtái fordultzámml, pólupárok p zámávl é hornyokbn eloztott tekercelé mitt egy egynél kiebb értékű ξ tekerceléi tényezővel rányo: i 4,44 p n N Φ m ξ 4, 44 f N Φ m ξ. A keletkező fezültég frekvenciáj: f p n. Forgógépek eetén fonto különbéget tenni még geometrii é villmo zög között: α v p α g. Egy L induktivitáú tekercben z ármot változttv önindukcióvl: d i( t) ui L. dt. A villmo gépek vezteégei (ürejárái- é terheléi vezteégek) Az ürejárái vezteégek vvezteégek (Tk 3 34): ) hizterézivezteég (m vmg tömege): P h ch f Bmx m ; b) z örvényármvezteég ( lemezvtgág): Pö cö f Bmx m. A terheléi vezteégek gykorltilg P t tekercvezteégek (Tk 43 45): en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 3
) Az egyenármú ellenállál zámíthtó tekercvezteég: P t ; b) A zkínhtából dódó, z árm négyzetével rányon változó járuléko vezteégek. 3. A trnzformátorok működéi elve, helyetteítő kpcolái vázlt (Tk 6 ) A működéi elvvel kpcoltbn következőket tárgyljuk: A trnzformátor elvi felépítéét; N Az áttétel foglmát: ; N A primer tekercelé feldtit ( mágnee tér létrehozá mágneezőárm; vvezteégi árm); A gerjezté-egyenúly kilkuláát; A helyetteítő vázlt zármzttáávl kpcoltbn tárgylt témkörök: A primer- é zekunder tekercelé ellenálláit (, ); A hzno- é zórái fluxuok foglmát é nekik megfeleltetett rektnciákt (X m, X, X ); A vvezteégeket reprezentáló v ellenállát; A nem ideáli működét okozó ármköri elemeket kiemeljük, é négypólu felrjzolá érdekében előkézítjük redukciót. Figyelem: A helyetteítő vázltbn minden mennyiég fázimennyiég! Ellenőrző kérdéek é feldtok. Milyen jellemzők között állpít meg kpcoltot mágneezéi görbe?. Mikor keletkezik hizterézihurok? Mi különbég lágymágnee nygok é z állndó mágneek hizterézihurk között? 3. Mikor keletkezik hizterézivezteég, é mitől függ? 4. Miért é hogyn keletkeznek örvényármok? 5. Milyen tényezőktől függ z örvényárm-vezteég? 6. Hogyn cökkenthető z örvényárm-vezteég? 7. Milyen tényezőkből tevődik öze vvezteég? 8. mertee Frdy indukciótörvényét! 9. Milyen törvény lpján állpíthtó meg z indukált fezültég irány?. Mikor bezélhetünk nyuglmi, ill. mozgái indukcióról?. Mi kölcönö indukció, ill. önindukció?. Mitől függ homogén mágnee térben mozgtott vezetőben indukálódó fezültég értéke? 3. Mitől függ homogén mágnee térben forgtott vezetőkeretekben indukálódó fezültég értéke? 4. Mitől függ egy tekercben nyuglmi indukcióvl keltett trnzformátoro fezültég értéke, h tekerc fluxu f frekvenciávl zinuzon váltkozik? 5. Hogyn jön létre z önindukció fezültég? 6. öviden imertee trnzformátor működéi elvét! 7. Milyen törvény lpján tudj meghtározni trnzformátor mágneezőármát é hogyn? 8. Milyen ármköri elemmel vezük figyelembe trnzformátor vvezteégeit? 4 en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
. hét A redukció lépéei: 4. A redukció lpözefüggéei (Tk 9 ) ) A primer é zekunder tekerc fezültégzonoágánk ( párhuzmon köthetőég) biztoítá érdekében fezültégek redukálá: ; b) A gerjezté-változtlnágból z árm-redukció: i i N N N ; N c) Az impednci-redukció lpj, hogy redukció nem változtthtj meg htáoé meddő teljeítményeket: é X X. 5. A trnzformátorok vektorábrái (Tk ) A trnzformátorok vektorábráit telje helyetteítő vázlt vektoriáli fezültég- é ármegyenletei lpján rjzoljuk fel. A vló, függőlege tengelybe z indukált fezültég vektorát vezük fel. Ekkor zokáon felvett vontkozttái irányokkl z árm vektor terhelé jellegétől függően vgy., vgy V. negyedbe eik. A. negyedbe, h terhelé ohmo-induktív (ez leggykoribb), V.-be, h ohmo-kpcitív jellegű. A zerkeztéeknél figyelembe kell venni, hogy z indukált fezültég vektor 9 -l iet z őt létrehozó fluxuhoz képet. A vvezteéggel rányo v árm htáo (z indukált fezültéggel zono irányú), z m mágneezőárm pedig 9 -l kéik z indukált fezültéghez képet. A két árm vektoriáli eredője z g gerjeztő, vgy máképpen ürejárái árm. A gerjeztő é redukált zekunder terhelőárm vektoriáli özege z primer ármvektor. A fezültégvektorokkl kpcoltbn meg kell jegyeznünk, hogy z ármok áltl oro impednciákon keletkező fezültégeéek kicik ( névlege fezültég 3 %-). 6. A trnzformátorok zerkezeti felépítée (Tk 7) A trnzformátor ktív nygi: ) A vmg (mely melegen, vgy hidegen hengerelt lemezből kézül); b) A tekercelé. Vmgtípuok: Egyfáziúknál:! lánczemtípu;! mgtípu;! köpenytípu. Háromfáziúknál:! háromozlopo mgtípu; i en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 5
! ötozlopo. Tekerctípuok: Hengere; Tárcá. A tekercek kpcolá (ngy betűvel jelöljük primer-, kicivel zekunder tekercet): Cillg (Y, y); Háromzög, vgy delt (D, d); A ck kifezültégű oldlon hznált, cillg jellegű zegzug (z). Figyelem! A trnzformátor kpoctáblán megdott dti mindig vonli mennyiégek. Mivel helyetteítő vázltbn minden dt fázimennyiég, gondolj végig é gykorolj kpoctábl dtok, ill. méréi eredmények átzámítáát fázimennyiégekre! Ellenőrző kérdéek é feldtok Péld:.9.. é.9. péld (Tk 76 8) Ellenőrző kérdéek é feldtok. Hogyn redukáljuk zekunder fezültéget primer oldlr?. Hogyn redukáljuk zekunder ármot primer oldlr? 3. Hogyn redukáljuk zekunderköri rektnciát primer oldlr? 4. Milyen rányúk trnzformátor impednciái primer ellenállához vizonyítv? 5. jzolj fel telje helyetteítő vázltot fezültég- é ármirányok bejelöléével! 6. Milyen mennyiégek helyetteítő vázltbn zereplő fezültégek, ill. ármok? 7. Írj fel trnzformátor fezültégegyenleteit helyetteítő vázlt lpján! 8. Írj fel trnzformátor comóponti egyenletét helyetteítő vázlt lpján! 9. jzolj fel egy tiztán ohmo terhelére dolgozó trnzformátor vektorábráját!. jzolj fel egy ohmo-induktív terhelére dolgozó trnzformátor vektorábráját!. jzolj fel egy ohmo-kpcitív terhelére dolgozó trnzformátor vektorábráját!. Milyen vmgtípuú egy hengerelt zlgmgo egyfáziú trnzformátor? 3. Milyen vmgot hználunk ngyfrekvenciá (> khz) lklmzáokbn? 3. hét 7. A trnzformátorok ürejárái- é rövidzárái üzemállpot (Tk 8 47, Mk 7 87) Az ürejárá é rövidzárá trnzformátor két zélőége, de minőítére jól felhználhtó üzemállpot. ) Ürejárái üzemállpot ( ): z ürejárái helyetteítő kpcolái vázlt; z ürejárái vektorábr; z ürejárái árm; Ürejárái jelleggörbék:! ürejárái vezteégi [P ( )]: ez jelleggörbe prbol, mert z ürejárái vezteéget vvezteégek okozzák;! ürejárái árm [ ( )]: ez jelleggörbe egy elfordított mágneezéi görbe, mert z ürejárái árm gykorltilg mágneezőárm; 6 en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
! teljeítménytényező [coϕ ( )] z ürejárái vezteégből, mért fezültégek é ármok imeretében zámíthtó: P coϕ. 3 b) övidzárái üzemállpot, drop é komponenei: A rövidzárái helyetteítő kpcolái vázlt; A rövidzárái vektorábr; zn n n A drop é komponenei: ε ; ε ; ε ; é ε ε ε. n n n övidzárái jelleggörbék:! rövidzárái vezteégi [P z ( z )]: ez jelleggörbe prbol, mert rövidzárái vezteéget tekercvezteégek okozzák;! rövidzárái fezültég [ z ( z )]: ez jelleggörbe gykorltilg egy egyene, mert trnzformátor rövidzárábn telítetlen;! teljeítménytényező [coϕ z ( z )]: rövidzárái vezteégből mért fezültégek é ármok imeretében zámíthtó. 8. A trnzformátorok terhelé okozt fezültégváltozá (Tk 47 5) A terhelé okozt fezültégváltozát z egyzerűített helyetteítő vázlt é vektorábr lpján, z fezültégeé-vektornk függőlege tengelyben felvett bejövő fezültégre vetítéével zámítjuk ki: n. Ebben: εϕ n ε co( ϕz ϕ). n A kpott özefüggé zerint terhelé okozt fezültégváltozá rányo trnzformátor eredő dropjávl. 9. A trnzformátorok egyenlőtlen terhelée (Tk 5 56) Egyenlőtlen terhelé kkor lép fel, h zekunder oldlon eltérő impednciájú terhelét kpcolunk nullpont é z fázitekercek közé. Amennyiben primer oldl i kivezetett cillgpontú, primer körben hálózt felé vizfolyó árm zono irányú kiegyenlítetlen gerjeztét hoz létre trnzformátor ozlopin. A kiegyenlítetlen gerjezté káro htái: ún. járomfluxu lép fel, mi kilép vmgból, é külő elemeken (pl. trnzformátor-edényen) kereztül, többletvezteéget okozv záródik; z egye fáziokbn zono fáziú (zéru orrendű) fezültégek indukálódnk, mely zigetelt cillgpont eetén cillgpont-eltolódát okoz, vgy földelt cillgpont eetén fázi-zimmetriák lépnek fel. Cökkentéi, vgy megzüntetéi lehetőégek: járommenet lklmzá; en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 7
primer oldlon delt kpcolá lklmzá; zekunder oldlon zegzug tekercelé lklmzá. Ellenőrző kérdéek é feldtok. Milyen mtemtiki függvény írj le trnzformátor vezteégi jelleggörbéjét ürejárábn é miért?. Milyen függvény írj le trnzformátor ürejárái ármát é miért? 3. Milyen mtemtiki függvény írj le trnzformátor vezteégi jelleggörbéjét rövidzárábn é miért? 4. Definiálj trnzformátor dropját é drop komponeneit! Milyen özefüggé vn közöttük? 5. Mitől függ egy trnzformátor fezültégváltozá? 6. Mi okozz trnzformátorok egyenlőtlen terheléét? 7. Milyen következményei vnnk trnzformátorok egyenlőtlen terheléének? 8. Milyen módzereket imer trnzformátorok egyenlőtlen terheléének kiküzöböléére? 9. Mgyrázz meg, hogy miért lklm Dy kpcoláú trnzformátor egyenlőtlen terhelére!. Mire zolgál járommenet?. Mgyrázz meg, hogy miért lklm zegzug tekercelé z egyenlőtlen terhelé megzüntetéére! 4. hét. A trnzformátorok kpcolái coportji (Tk 57 59) A trnzformátorok dttáblán i feltüntetett zbványo jelölée minimum két betűt, é egy két betűt követő zámot trtlmz. Például jelölé zt mondj el felhználónk, hogy Dy 5 trnzformátor primer oldl delt kpcoláú; zekunder oldl cillg kpcoláú kivezetett cillgponttl é trnzformátor fáziforgtá 5 z órmuttó járáávl megegyező iránybn. A kpcolái coportzámot méréel, vgy tekercelé elkötéének imeretében zerkeztéel i meg tudjuk htározni (Mk 66 7). A leggykrbbn hznált kpcolái coportok: Yy mindkét tekercelé cillgkpcoláú, pár kva teljeítményhtárig hználják, nullvezeték mximum %-ig terhelhető; Yz 5 cillg/zegzug kpcoláú, fezültégvektorok közötti fázizög 5, kb. kva-ig hználják teljeen terhelhető nullvezetékkel; Dy 5 háromzög/cillg kpcolá, ngyteljeítményű eloztó trnzformátorok, teljeen terhelhető nullvezetékkel. Yd5 cillg/háromzög kpcolá, erőművek é lállomáok trnzformátori, mennyiben primer oldlon nem zükége nullvezeték. 8 en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
. A trnzformátorok párhuzmo üzeme (TK 56 6) A párhuzmo üzem feltételei: ) Azono áttétel; b) Azono kpcolái órzám; c) Lehetőleg zono drop. Amennyiben ez z utoló feltétel nem teljeül, mindig kiebb dropú trnzformátor vizi ngyobb terhelét. Mindenképen el kell kerülni, hogy trnzformátorok névlege teljeítményének rány ngyobb legyen, mint 3:.. A trnzformátorok vezteégei é htáfok (TK 6 64) A trnzformátorbn, üzemeltetée orán két jellemző vezteég keletkezik: terhelétől függetlennek tekinthető vvezteég é terheléel változó tekerceléi vezteég, mely jó közelítéel terhelőárm négyzetével rányo. A htáfok egyfáziú trnzformátor eetén z P coϕ coϕ η P coϕ V coϕ P P v t S V S co ϕ özefüggéből zámíthtó. A változó vezteégek mitt htáfok i terhelétől függő, é zélő értékkel rendelkezik. A változó htáfok mitt trnzformátoroknál különböző htáfok fjtákról bezélhetünk: névlege htáfok; üzemi htáfok; éve htáfok; mximáli htáfok: zélőérték-zámítál beláthtó, hogy trnzformátor htáfok ott mximáli, hol v- é tekercvezteégek megegyeznek egymál P P. v t Ellenőrző kérdéek é feldtok. Írj fel é mgyrázz meg egy trnzformátor zbványo jelöléét!. Melyek trnzformátorok párhuzmo üzemének feltételei? 3. Mi történik, h két, nem zono dropú trnzformátort kpcolunk párhuzmon? 4. Definiálj trnzformátor htáfokát! 5. Hogy függ trnzformátor htáfok teljeítménytényezőtől? 6. Hol mximáli egy trnzformátor htáfok? en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 9
5. hét 3. A forgó mágnee tér létrehozá. Váltkozóármú tekerceléek lpfoglmi, tekerceléi tényező (Tk 94 99) A váltkozóármú tekerceléek feldt, hogy z zinkron- é zinkron gépekben forgómezőt létrehozzák. A forgómező p póluzámú zinuzo indukcióhullám, mi változtln mplitúdóvl é n 6 zinkron fordultzámml forog körbe kerület mentén. f p A forgómezőt zimmetri-feltételeket kielégítő, hornyokb eloztott, egy, vgy több rétegű, többfáziú tekerceléekkel hozhtunk létre. Forgómező kilkuláához z zükége, hogy z egye fázitekercek villmo zögben mért térbeli eltoláánk ugynkkoránk kell lennie, mint tekercekre kpcolt fezültégek időbeli eltoláánk. A hornyokb eloztott tekercelé mitt zonbn tekercben indukált fezültég cökken, mit ξ < tekerceléi tényezővel vezünk figyelembe. A cökkené több okból zármzht: A ξ e < elozlái, vgy ávtényező zt vezi figyelembe, hogy forgómező nem zono időpillntbn éri el zokt hornyokt, melyben egy fázi orbkötött tekercelemei elhelyezkednek. Ezért fázieltéré vn orbkötött fezültégek között, mi vektoriáli özegzé mitt cökkenti z eredő fezültéget; A ξ h < lépérövidítéi, vgy húrtényező zt vezi figyelembe, hogy tekercelem két oldlánk távolág lépérövidíté eetén kiebb, mint τ p villmo átmérő. Emitt z átfogott fluxuváltozá, é így z indukált fezültég i cökken. Az eredő tekerceléi tényező mindig z egye tekerceléi tényezők zorzt: ξ ξe ξ h Azt, hogy tekerceléi tényező mitt z indukált fezültég ( trnzformátorhoz képet) cökken, tekerceléi tényező zorzáávl vezük figyelembe: i 4, 44 f N Φ m ξ 4. A zinkron gépek zerkezeti felépítée é működéi elve (Tk 93 99, 3) A zinkron gépek állórézén ugynolyn hornyokb eloztott háromfáziú tekercelét tlálunk, mint z zinkron gépekén. Ez z rmtúrtekercelé hozz létre forgómezőt, ill. ebben indukálódik z ún. pólufezültég: p 4, 44 f N Φ m ξ A forgórézen, tömör póluokon helyezkedik el gerjeztő tekercelé, melyet egyenármml gerjeztünk. A gerjeztőárm bevezetée gerjeztő tekercbe két cúzógyűrűn kereztül történik. A gép üzemtni vielkedé, nyomték zempontjából forgóréz kilkítáától függően kétféle lehet: Hengere forgóréz kilkítánál (hengere gép) gerjeztő tekerceket forgóréz henger hornyib helyezik. Ebben z eetben mágnee zempontból forgóréz minden iránybn zono módon vielkedik: X d X q. Kiálló póluú gép eetén gerjeztő tekercet forgóréz kiálló főpóluin helyezik en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
el, ezért mágnee vezetőképeég forgóréz helyzetétől függő: gerjeztőtekerc tengelyének irányábn (X d ) legngyobb, erre villmon merőlegeen (X q ) pedig legkiebb. Jó közelítéel: X d X q. Amíg gép zinkron gépként működik, két pólurendzer özetpdv, n f / p zinkron fordultzámml forog. Terheletlen gép eetén két rendzer mágnee tengelyei egybeenek, terhelt állpotbn zonbn δ terheléi zöggel elfordulnk egymához képet. Motoro üzemállpotbn z állóréz áltl létrehozott forgómező iet, generátor eetén pedig kéik pólurendzer mágnee tengelyéhez képet. 5. A zinkron gép fluxui é helyetteítő kpcolái vázlt (Tk 3 6) Szinkron gépeknél gép eredő fluxuát két gerjezté vektoro eredője hozz létre: Θ Θ Θ. e A zinkron gép helyetteítő kpcolái vázltát z rmtúrkörre rjzoljuk fel. A helyetteítő vázltbn pólúgerjeztének pólufezültéget, z rmtúrgerjezté fluxumódoító htáánk z X rmtúrrektnciát feleltetjük meg. Az rmtúrtekercelé zórái erővonlit z X zórái rektnciávl, tekercelé ellenálláát -el vezük figyelembe. Az egyzerűített helyetteítő kpcolái vázltbn z rmtúr ellenálláát elhnygoljuk, é rektnciákt z X zinkron rektnciáb vonjuk öze: X X X. 6. A zinkron gépek vektorábrái (Tk 6 ) A zinkron gépek lklmzáánk egyik legfontobb előnyét z dj, hogy zinkron gép z egyetlen gép mely képe (kpcitív) meddő teljeítményt dni hálóztb, é meddőteljeítmény vizonyokt gerjezté változttáávl egyzerűen kézben trthtjuk. Ezáltl lehetővé válik egy ngy villmo energirendzer htáo- é meddőteljeítmény vizonyink egyenúlybn trtá. Ez z z ok, miért zinkron gépeket előorbn erőművi generátorokként lklmzzák. A gép üzemmódji z egye íknegyedekben ( kpocfezültég függőlege, reáli tengelyben, z rmtúrárm vektor z dott negyedbe mutt):. negyed:. negyed:. negyed: V. negyed: túlgerjeztett, meddőteljeítményt ledó motor; túlgerjeztett, meddőteljeítményt ledó generátor; lulgergerjeztett, meddőteljeítményt felvevő generátor; lulgergerjeztett, meddőteljeítményt felvevő motor; A vektorábrák zerkeztéének további zbályi megegyeznek trnzformátoroknál, ill. z zinkron gépeknél tnultkkl. Az é p vektorok közötti zög δ terheléi zög. Ellenőrző kérdéek é feldtok. Definiálj forgómező kilkuláánk feltételeit!. Mitől függ forgómező zinkron fordultzám? 3. Mgyrázz el tekerceléi tényező foglmát! 4. Milyen tekerceléi tényezőket imer? 5. mertee röviden zinkron gép zerkezeti felépítéét! 6. Milyen lehet zinkron gép forgóréz kilkítá? 7. Definiálj terheléi zög foglmát! 8. Miért lklmzzuk zinkron gépet erőművi termelő generátorként? p en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
9. Mikor mondjuk, hogy egy zinkron gép túlgerjeztett, ill. lulgerjeztett?. Mi htározz meg zinkron gép eredő fluxuát?. jzolj fel zinkron gép helyetteítő kpcolái vázltát! Adj meg z egye elemek értékét reltív egyégben!. jzolj fel egy túlgerjeztett zinkron generátor fezültég- é árm-vektorábráját z egyzerűített helyetteítő vázlt lpján! 3. jzolj fel egy túlgerjeztett zinkron motor fezültég- é árm-vektorábráját z egyzerűített helyetteítő vázlt lpján! 6. hét 7. A zinkron gépek árm-munkdigrmj (Tk 4) Az egyzerűített helyetteítő kpcolái vázlt lpján felrjzolt vektorábrák, ill. "ármegyenletek" lpján könnyen beláthtó, hogy hengere zinkron gép rmtúrárm-vektoránk végpontj, vgyi z "árm-munkdigrm" kört ír le. Az árm-munkdigrm középpontj j kontn kpocárm-vektor, ugr pedig X p j póluárm vektor. Az árm-munkdigrm ugr p -től, vgyi gerjeztétől X függ. A kiálló póluú gépek árm-munkdigrmj körnél bonyolultbb cikloi görbe. 8. A hengere é kiálló póluú zinkron gépek nyomték (Tk 9) Az egyzerűített helyetteítő kpcolái vázlt lpján levezethető hengere é kiálló póluú zinkron gép nyomték. Hengere gép eetén nyomték z m M π n X p inδ özefüggé zerint kpocfezültégtől, pólufezültégtől (nemlineári módon gerjeztétől), terheléi zög zinuzától, vlmint zinkron rektnciától függ. A nyomték zinuzo változáából dódón legngyobb, ún. billenő nyomtékot! δ ±9 -nál kpjuk (tbilitái htár). H terhelét tovább növeljük, kkor gép kieik zinkronizmuból é zárltb kerül. Kiálló póluú gépnél nyomték két rézből áll: m p X d X q M inδ in δ. π n X X d X q A nyomték elő réze már megimert, gerjeztétől függő hengere nyomték, máodik kpocfezültég négyzetétől-, vlmint hoz- é kereztirányú rektnciák különbégétől függő, in δ zerint változó, ún. reluktnci-nyomték. Ezt máodik, mágnee zimmetriát kihználó elven működő motorok z ún. reluktnci-motorok. A gép zinkronizmubn trtáát egítő nyomtékot zinkronozó nyomtéknk nevezzük é úgy kpjuk meg, hogy nyomtéki özefüggét terheléi zög zerint differenciáljuk. Hengere gép eetén: d M m p M δ δ X co. d π n en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
9. A zinkron gépek rmtúr-vizhtá. (Tk ) Mint már volt ról zó zinkron gép fluxuát pólugerjezté é z rmtúrgerjezté együtteen lkítj ki: Θ e Θ Θ p. Az rmtúrgerjezté htáát gép fluxuár, ill. gép indukált fezültégére rmtúr-vizhtánk nevezzük. A zinkron gép rmtúrgerjeztéét gerjeztéi görbe Fourier-nlíziével, gerjeztéi görbe lphrmónikuánk meghtározáávl kpjuk: N Θ m ξ, 35 π p N ξ p m 3 fáziú gép eetén. Mint zt már vektorábrák zerkeztéénél láttuk, z rmtúrgerjezté pólugerjeztéhez képet gép gerjeztéi állpotától, üzemmódjától, ill. terhelé jellegétől függően bármilyen helyzetet elfogllht. Két fonto zbály: tiztán ohmo jellegű ( co ϕ ) terhelénél z rmtúr-rekció kerezt- (q) irányú, tiztán meddő jellegű ( co ϕ ) terhelénél z rmtúr-rekció hoz- (d) irányú. Közbenő eetekben z előbbi két zélő helyzet között, vektorábr lpján kikövetkeztethető helyzetű. A helyzetet tovább bonyolítj, hogy z rmtúrgerjezté htáoág forgóréz helyzetétől függ (htáo rmtúrgerjezté). Ellenőrző kérdéek é feldtok. Milyen helygörbén mozog egy hengere zinkron gép árm-munkdigrmj?. Mitől függ z árm-munkdigrm ugr hengere zinkron gép eetén? 3. A hengere zinkron gép árm-vektordigrmjábn hol tlálhtó meg terheléi zög? 4. Mitől függ hengere zinkron gép nyomték? 5. Hol vn hengere zinkron gép tbilitái htár? 6. Mitől függ kiálló póluú zinkron gép nyomték? 7. Mitől függ reluktncimotorok nyomték? 8. jzolj fel hengere zinkron gép nyomtéki jelleggörbéjét! 9. jzolj fel kiálló póluú zinkron gép nyomtéki jelleggörbéjét!. Adj meg zinkronozó nyomték definícióját! Mitől függ hengere zinkron gép zinkronozó nyomték?. Mitől függ zinkron gép rmtúr-vizhtáánk ngyág?. Milyen irányú z rmtúr-vizhtá tiztán htáo-, ill. rektív terhelé eetén? 3. Milyen irányú z rmtúr-vizhtá rövidzárábn? 4. Mi lpján, é hogyn tudjuk meghtározni z rmtúr-vizhtá irányát áltláno terheléi eetben? 7. hét. A zinkron gépek ürejárái- é rövidzárái jelleggörbéi, vezteégek ürejárábn é rövidzárábn. A zinkron rektnci meghtározá (Tk 3 34, Mk 78 96) A zinkron gép ürejárái- é állndóult rövidrezárái jelleggörbéjét n zinkron fordultzámon, generátoro állpotbn mérjük. Ebből dódik. hogy gép úrlódái jellegű vezteégei (cpágyúrlódá, ventiláció vezteégek) állndó értékűek. Az ) ürejárái jelleggörbe kpocfezültég változáát muttj gerjeztőárm ( g en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 3
függvényében, jelleggörbe z imert jellegű mágneezéi görbe. Az ürejárábn üzemelő generátor rmtúrárm null, gépben keletkező vezteégeket hjtómotor fedezi. Ezek: vvezteég, vlmint úrlódái é ventiláció vezteég. A z ( g ) rövidzárái jelleggörbe z rmtúrárm változáát ábrázolj gerjeztőárm függvényében rövidrezárt rmtúr kpcok é állndó fordultzám mellett. A jelleggörbe ki fezültégből dódón mágnee kör telítetlenége mitt egyene. A rövidzárái vezteégét úrlódáon kívül rövidzárái ármml négyzeteen változó tekerc- é járuléko vezteégek dják. A gép zinkron rektnciáját z zono gerjeztőárm-értékeknél mért ürejárái fezültégértékeket rövidzárái ármokkl oztv kpjuk ( két jelleggörbét célzerű egy digrmbn felrjzolni).. Szinkron gépek terheléi jelleggörbéi (Tk 34 38, Mk 6 5) A zinkron gép terheléi jelleggörbéit önálló (ziget) üzemben, vgy egy végtelen hálóztr zinkronizálv mérhetjük. A kettő között z z lpvető különbég, hogy végtelen hálózt megzbj gép frekvenciáját (fordultzámát) é fezültégét. Önálló üzem eetén belő terheléi jelleggörbéket mérjük. Az ( g ) belő terheléi jelleggörbék zt muttják meg, hogy hogyn változik generátor kpocfezültége gerjezté függvényében állndó értékű frekvenci é co ϕ mellett, h z rmtúrármot állndó (pl.: névlege) értéken kívánjuk trtni. A gép kpocfezültégét gerjezté változttáávl, z rmtúrárm fázizögét kpcokr kötött terheléel változtthtjuk. A g ( ) zbályozái jelleggörbék rról tájékozttnk, hogy miképpen kell változttni generátor gerjeztéét hhoz, hogy kpocfezültége terhelő ármtól függetlenül állndó értékű legyen. Egy-egy jelleggörbéhez állndó teljeítménytényező é termézeteen állndó fordultzám trtozik. A gép "V"-görbéit hálóztr zinkronizálv mérjük. Az ( g ) "V"-görbék különböző állndó teljeítmények mellett ábrázolják hálóztr zinkronizált gép rmtúrármánk változáát gerjezté függvényében. A görbék nevüket jellegzete "V" lkjukról kpták. Ellenőrző kérdéek é feldtok. jzolj fel zinkron gép ürejárái jelleggörbéjét! jzolj fel z ürejárábn mérhető vezteégi jelleggörbét é indokolj jellegét!. jzolj fel zinkron gép rövidzárái jelleggörbéjét! jzolj fel z rövidzárábn mérhető vezteégi jelleggörbét é indokolj jellegét! 3. jzolj fel zinkron gép zinkron rektnciájánk változáát gerjeztőárm függvényében! 4. Hogyn zámítjuk ki zinkron rektnci vizonylgo értékét? 5. jzolj fel z önálló üzemben működő zinkron gép belő terheléi jelleggörbéit! 6. jzolj fel hálóztr zinkronizált zinkron gép zbályozái jelleggörbéit! 7. jzolj fel hálóztr zinkronizált zinkron gép "V"-görbéit! ndokolj görbék lkját! 4 en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
8. hét. Szinkron generátorok hálóztr kpcolá (Tk 39 4, Mk 96 6) A zinkron generátorok hálóztr kpcoláánk feltételei:. Fáziorrend zonoág: Optiki fáziorrend-muttóvl, fáziorrendtől függő forgáirányú géppel ellenőrizzük. H nem megfelelő, megceréljük fáziorrendet, vgy meghjtó gép forgáirányát;. Frekvencizonoág: Frekvencimérővel, vgy lámpkpcolál ellenőrizzük. H nem megfelelő, kívánt iránybn változttjuk meghjtó gép fordultzámát; 3. Fezültégzonoág: Abzolút, vgy különbözeti fezültégmérővel ellenőrizzük. H nem felel meg, zinkron gép gerjeztéével állítjuk megfelelő értékre; 4. Fázihelyzet zonoág: Vegye kpcoláú lámpávl (egy lámp ötétre, máik kettő világor kpcolt) ellenőrizzük. H nem megfelelő, gépet gyorítjuk, vgy lítjuk é kívánt pillntbn zinkronozunk. 3. Szinkron motorok indítá Mivel zinkron gép ck zinkron fordultzámon képe zérutól különböző átlgértékű nyomtékot kifejteni (álló állpotbn ninc nyomték) gépet zinkron fordultzám közelébe kell gyorítni. A gyorítákor ügyelni kell rr, hogy fellépő ngy indukált fezültég ne rongálj meg gerjeztőtekercet, ezért (5 ) g -vel le kell zárni zt. A lehetége indítái módzerek következők: A zinkron gép indító-, vgy cillpító klick-rendzerével. Ekkor gép zinkron motorként gyorul zinkron fordultzám közelébe, mjd gerjezté rádáávl berántódik zinkronizmub. A klick-ellenálláánk megválztá kompromizum kérdée: h kici, kkor ngyobb z indító nyomték, de ngyobb zlip mitt nehezebben ugrik be zinkronizmub; Kiebb póluzámú (ngyobb zinkron fordultzámú) zinkron motorrl gépet zinkronizmu fölé gyorítjuk, mjd zinkron fordultzámr lulákor gerjezté rádáávl ugrtjuk zinkronizmub; A zinkron géppel egybeépített egyenármú gerjeztőgéppel zinkronizálái feltételek betrtáávl (közel ürejárábn!); Frekvenciváltóvl gép végig zinkronizmubn gyoríthtó. Ezzel kpcoltbn ügyelni kell rr, hogy frekvenciávl együtt fezültéget i változttni kell (lád 4. tételt). 4. Szinkron generátorok hirtelen (trnzien) zárlt. A fluxuállndóág elve (Tk 4 5, Mk 35 47) A trnzien rövidzárlt bbn különbözik z állndóult állpotbn bekövetkezettől, hogy zárlt előtti időpontbn gép névlege fezültégre gerjeztve üzemelt. A folymtot fluxuállndóág elvét lklmzv követhetjük nyomon. A fluxuállndóág elve z dφ dφ i N d t d t Φ állndó en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 5
egyenlet zerint zt mondj ki, hogy zárlt következtében rövidrezárt tekerc trtni igyekzik zárlt bekövetkezée előtti pillntbn fennálló fluxuát. A törvény következtében zárlt utáni pillntbn kkor egyenárm keletkezik, mely forgóréz zárlt pillntábn elfogllt helyzetétől függ. Fonto zbály, hogy z rmtúrtekercelében fellépő egyenárm gerjeztő tekercben f frekvenciájú váltkozó fezültéget (ármot) hoz létre é vizont. A fellépő egyenárm cillpodáát mindig z dott tekerc L / időállndój htározz meg. A zárltkor z rmtúr fluxu zórái utkr kényzerül, mi d zinkron rektnci cökkenééhez vezet ( X > X (trnzien rektnci) > X (zubtrnzien rektnci). Két zélő eet lehetége: h zárlt pillntábn fezültég mximáli értékű (. főhelyzet); h zárlt fezültég nullátmenetekor következik be (. főhelyzet). H zárlt pillntábn kpocfezültég mximáli értékű (. főhelyzet) kkor z rmtúrtekercelé fluxu null (z árm zinkron rektnci áltl okozott 9 -o fázitolá mitt állndóult rövidzárái eetben z árm egyébként i zéru lenne). Mivel zárlt előtt vizgált tekercnek ninc fluxu, nem lép fel egyenárm em, vgyi z árm ck váltkozó ármú özetevővel rendelkezik (ebben helyzetben lez zárlti árm mximáli értéke legkiebb). H zárlt pillntábn kpocfezültég null (. főhelyzet), kkor z rmtúr-tekercelé fluxukpcolódá mximáli (állndóult rövidzárái eetben z árm ekkor éppen mximáli értékű lenne). A zárlt után zárlt előtti fluxu ck járuléko egyenármml trthtó fenn, mely z rmtúrtekerc időállndójávl cillpodik. Az rmtúrárm egyené váltkozó ármú özetevővel i rendelkezik (ebben helyzetben lez zárlti árm mximáli értéke legngyobb). Ellenőrző kérdéek é feldtok. A zinkronizálá helye orrendjében imertee zinkronizálái feltételeket!. mertee vegye lámpkpcolá felépítéét! Mikor lép fel frekvencizonoág, ill. fázihelyzet-zonoág? 3. Milyen módzereket imer zinkron motorok indítáár? 4. mertee z indítóklickávl rendelkező zinkron motor indítáát! 5. mertee zinkron motor frekvenciváltóvl történő indítáát! 6. mertee fluxuállndóág elvét! 7. Milyen fázihelyzetben következik be zárlt, h z rmtúrábn nem lép fel egyenárm? jzolj fel z rmtúrárm időfüggvényét! 8. Milyen fázihelyzetben következik be zárlt, h z rmtúrábn mximáli egyenárm lép fel? jzolj fel z rmtúrárm időfüggvényét! d d 6 en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
9. hét 5. Az zinkron gépek zerkezeti felépítée é működée (Tk 77 8) Az zinkron gép lemezelt állórézén hornyokbn eloztott két-, vgy háromfáziú tekercelé hozz létre forgómezőt. A lemezelt forgórézen többfáziú tekercelé zintén hornyokb vn eloztv, z állóréz é forgóréz pólupárjink p zám megegyezik egymál. A forgóréz tekercelé kilkítá kétféle lehet: övidrezárt forgórézű gép eetén hornyokb öntött (vgy betolt) rúdtekercelé két végét rövidrezáró gyűrűkkel rövidrezárják; Cúzógyűrű gépnél fázitekercek végeit cúzógyűrűkhöz vezetik ki. Így forgóréz tekerceléhez gyűrűk felületén cúzó keféken kereztül változtthtó értékű ellenálláok ctlkoztthtók, fázitekerceket ezeken kereztül zárják rövidre. A gép működéekor forgómező- é forgóréz fordultzám között eltéré lkul ki, n n melynek zinkron fordultzámhoz vizonyított értékét zlipnek nevezzük:. n Ez különbég f f frekvenciájú, i,44 f N Φ m ξ 4, 44 4 f N Φ ξ ngyágú indukált fezültéget hoz létre forgórézben. A zárt forgóréz-körben fezültég htáár árm indul, mi Lenz törvény értelmében forgómezővel olyn nyomtékot hoz létre, mely zlipet cökkenteni igyekzik. Így minden terhelénél utomtikun egyenúly lkul ki: h terhelé nő, zlip i nő é vizont. A mindig jelenlévő úrlódáok mitt ezért z zinkron gép külő egítég nélkül oh nem érheti el z n zinkron fordultzámot (innen zármzik neve i). 6. Az zinkron gépek helyetteítő vázlt, redukció álló-, é forgó állpotbn (Tk 8 85) Az zinkron gép álló állpotbn egy ngylégréű trnzformátornk zámít, zért helyetteítő vázlt i megegyezik zzl. Különbég trnzformátorhoz képet, hogy zinkron gépeknél menetzám-áttétel helyett z ún. htáo menetzám-áttétel kell zámolnunk: N ξ, é eltéré lehet z állóréz- (m ), ill. forgóréz- (m ) fázizámok között i. N ξ Ezekkel z állórézre redukálv z özefüggéek: i ; i i m m é. m m Forgó állpotbn problémát jelent, hogy forgóréz indukált fezültége é zórái rektnciák i zlipfüggők. Ezt forgórézkör fezültégegyenletét z zlippel oztv küzöböljük ki. Példák: A tekerceléekkel kpcoltbn elemezze 4.7.7. példát! (Tk 7 75) m en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 7
Ellenőrző kérdéek é feldtok 4. öviden imertee z zinkron gép zerkezeti felépítéét! 5. öviden imertee z zinkron gép működéi elvét! 6. Hogyn zámítj ki z zinkron gép állórézében indukálódó fezültéget? 7. Mitől függ z zinkron gép forgórézében indukálódó fezültég ngyág? 8. Definiálj z zinkron gép htáo menetzámánk foglmát! 9. Hogyn redukáljuk forgóréz fezültéget z állórézre zinkron gép eetén?. Hogyn redukáljuk forgóréz ármot z állóréz oldlr zinkron gép eetén?. Hogyn redukáljuk forgórézköri zórái rektnciát z állóréz oldlr?. jzolj fel z zinkron motor helyetteítő kpcolái vázltát álló állpotbn! 3. jzolj fel z zinkron motor helyetteítő kpcolái vázltát forgó állpotbn!. hét 7. Az zinkron gépek vektorábrái (Tk 86 88) Az zinkron gépek vektorábráink zerkeztéénél ugynzok zbályok mondhtók el, mint trnzformátorokénál (lád z 5. tételt). Lényege különbég vizont z, hogy z zinkron gép tengelyén mechniki teljeítményt d le, vgy vez fel, mi mindig htáo teljeítmény. Ebből dódik, hogy pl. forgóréz "terhelőellenálláon" motorüzemben megjelenő ármml. fezültég ellenfázibn vn z 8. Az zinkron gépek ürejárái- é rövidzárái mérée é jelleggörbéi (Tk 96 98, Mk 88 6) ) Ürejárái méréek é jelleggörbék ( n n ): ürejárái vezteégi [P ( )]: ez jelleggörbe egy felfelé eltolt prbol, mert z ürejárái vezteéget vvezteégek é úrlódáok okozzák; ürejárái árm [ ( )]: ez jelleggörbe egy felfelé eltolt, elfordított mágneezéi görbe, mert z ürejárái árm előorbn mágneező ármot é úrlódáokt fedezi; teljeítménytényező [co ϕ ( )] z ürejárái vezteégből mért fezültégek é ármok imeretében zámíthtó: P coϕ. 3 b) övidzárái méréek é jelleggörbék ( tengely rögzítve, n ): rövidzárái vezteégi [P z ( z )]: ez jelleggörbe prbol, mert rövidzárái vezteéget tekercvezteégek okozzák; rövidzárái fezültég [ z ( z )]: ez jelleggörbe közelítőleg egyene, mert z zinkron gép rövidzárábn telítetlen; teljeítménytényező [coϕ z ( z )]: rövidzárái vezteégből mért fezültégek é ármok imeretében zámíthtó. 8 en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
9. Az zinkron gépek üzemállpoti, teljeítményelozlá különböző üzemállpotokbn (Tk 88 9) Ez tétel z zinkron gép energivizonyit tárgylj különböző üzemmódokbn: Motoro üzemben gép teljeítményt hálóztból vezi fel, míg tengelyén hzno mechniki teljeítményt d le. Fonto tudnunk, hogy P teljeítményből z állóréz vezteégeket levonv P δ légrételjeítményt kpjuk. A légrételjeítmény két fő rézre bonthtó: P δ P m ) P v P t P P k ( P δ δ Villmo teljeítmény Mechniki teljeítmény Generátoro üzemben gép teljeítményt mechniki oldlról vezi fel, mit villmo oldlon d le. Önálló hálózt eetén meddőteljeítmény-igényt kondenzátorokkl kell biztoítni; Ellenármú féküzemben gép hálózti oldlról é mechniki oldlról i teljeítményt vez fel. A felvett teljeítményeket forgóréz trtón nem képe dizipálni, zokt ki kell hozni forgórézből. Ezért ez z üzem trtón ck cúzógyűrű gépekkel trthtó fenn. Ellenőrző kérdéek é feldtok. jzolj fel z zinkron gép vektorábráját ürejárábn!. jzolj fel z zinkron gép vektorábráját rövidzárábn! 3. jzolj fel z zinkron gép vektorábráját motorüzemben! 4. jzolj fel z zinkron gép vektorábráját generátorüzemben! 5. jzolj fel z zinkron gép ürejárái jelleggörbéit! 6. jzolj fel z zinkron gép rövidzárái jelleggörbéit! 7. Végezze el egy rövidzárái méréi pont átzámítáát névlege fezültégre! 8. A mért dtokból zámít ki rövidzárái teljeítménytényezőt névlege fezültégen! 9. jzolj fel z zinkron gép energizlgját motoro üzemben!. jzolj fel z zinkron gép energizlgját generátoro üzemben!. jzolj fel z zinkron gép energizlgját ellenármú féküzemben!. Milyen özefüggét imer légrételjeítmény é mechniki teljeítmény között?. hét 3. Az zinkron gép nyomtéki z egyzerűített helyetteítő vázlt lpján (Tk 9 93) Az egyzerűített helyetteítő vázltot úgy kpjuk, hogy z áthidló ágt bemenő kpcokr helyezzük át. A nyomték zámítáát légrételjeítményből kiindulv végezzük: Pδ M ω Pt ω m ω m f f π p X. A nyomtéknk zélő értéke vn, billenő zlip é billenő nyomték zélőérték en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 9
zámítál megkphtó értékei: m f B ± M B X π n X A billenőnyomték értéke: M B (,6...,5) M n, független forgórézköri ellenállától. Az indítónyomték jó közelítéel (!): M m i z. π n 3. Az zinkron gép árm-munkdigrmjánk zármzttá é zerkeztée (Tk 93 3) Bizonyíthtó, hogy normál hornyú zinkron gépek primer árm névlege fezültégen zlip változákor jó közelítéel kört ír le, ez z árm-munkdigrm. Az árm-munkdigrm z zinkron gép üre- é rövidzárái méréeinek névlege fezültégre vontkozó eredményei lpján megzerkezthető. Az árm-munkdigrm nevezete pontji méretezé, vgy méréek lpján kphtó Q é Q z, vlmint z / rányábn kijelölhető Q. 3. Az árm-munkdigrm nevezete pontji, vonli, metzékei (Tk 3 3) Az árm-munkdigrm nevezete vonli A légrételjeítmény é egyben nyomték -vonl, mely Q köti öze; A mechniki teljeítmény -vonl, mely Q Q z pontokt köti öze. Q pontokt Az árm-munkdigrm metzékei lpján meghtározhtók z zinkron gép dott munkpontr jellemző legfontobb prméterei. Példák: 5.., 5.. é 5..3 (Tk 338 34) Ellenőrző kérdéek é feldtok. jzolj fel z zinkron gép egyzerűített helyetteítő kpcolái vázltát!. Miből kiindulv zámíthtó ki z zinkron gép nyomték? 3. Adj meg, hogy milyen jellemzőktől függ z zinkron gép nyomték? 4. Mi htározz meg z zinkron gép billenőzlipjét? 5. Mi htározz meg z zinkron gép billenőnyomtékát? 6. Milyen dtok zükégeek z zinkron gép árm-munkdigrmjánk zerkeztééhez; 7. Milyen pontokt köt öze nyomték -vonl? 8. Milyen pontokt köt öze mechniki teljeítmény -vonl? 9. Milyen dtok zükégeek árm-munkdigrm nyomtékléptékének meghtározáához?. Definiálj z árm-munkdigrm egy kiválztott pontjábn metzékeket, é dj meg kiértékeléük módját!. hét 33. Azinkron motorok indítá (Tk 35 33) en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
Az indítánál különbéget kell tennünk ttól függően, hogy gép cúzógyűrű-, ill. rövidrezárt forgórézű. A rövidrezárt forgórézű motorok indítái árm, ill. nyomték ugyni ck hálózt é motor közé beikttott kézülékkel befolyáolhtó. Ezzel zemben drágább cúzógyűrű motorok indítái vizonyi forgórézkörbe ikttott ellenálláok értékének változttáávl, ill. különböző kzkádkpcoláokkl befolyáolhtók úgy, hogy kár billenő nyomtékkl i indíthtunk. Az indítá mindig kompromizum kérdée, mert indítákor indítái árm cökkentéére, é z indítónyomték növeléére törekzünk, melyek egymánk ellentmondó követelmények. övidrezárt motorok eetén lklmzhtó módzerek: előtét impednci (ellenállá, ill. fojtótekerc) közbeikttá; indító trnzformátor közbeikttá; cillg-delt indítá; előtét tiriztorpárokkl történő indítá (lágyindítá); indítá frekvenciváltóvl. Cúzógyűrű motorok eetén h egy mximáli, ill. minimáli indítái nyomték-értéket definiálunk feltételként, kkor z indító ellenálláok értékei mértni oroztot lkotnk. 34. Azinkron motorok fékezée, generátorüzeme (Tk 33 38) Az zinkron gépek fékezée generátoro féküzemben; ellenármú féküzemben é dinmiku féküzemben történhet. Generátoro féküzem kkor állht elő, h z zinkron gépet hjtott rendzer zinkron fordultzám fölé gyorítj (ez lehetége mechniki gyorítál, vlmint zinkron fordultzám lecökkentéével). A zinkron fordultzámot cökkenthetjük pl. póluzámml vgy frekvenciváltóvl. Ne feledjük: ilyenkor gondokodnunk kell z zinkron gép meddőteljeítmény-igényéről i. Ellenármú féküzem eetén terhelé forgórézt mező forgáirányávl ellentéte iránybn forgtj. Trtón ck cúzógyűrű gépeknél lklmzhtó módzer, mert el kell távolítnunk forgórézből két oldlról betáplált teljeítményt, é tbiliá kell tenni gép lbili hátoldli krkteriztikáját. Dinmiku féküzem eetén forgó gép állórézét lekpcoljuk hálóztról, tekerceléen egyenármot folytunk át, é forgóréz körbe fékező ellenálláokt ikttunk be. 35. Azinkron motorok fordultzám-változttá (Tk 39 37, 39 335) Az zinkron gépek fordultzámár felírhtó özefüggé zerint gép fordultzámát n f p ( ) en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
zlipnek, pólupárok zámánk, vlmint táplálái frekvenciánk megváltozttáávl tudjuk befolyáolni. Szlipváltozttát cúzógyűrű gépeknél forgórézköri ellenállá megváltozttáávl lehet elérni. lyenkor billenőnyomték nem változik, de homlokoldl meredekége z ellenállá növekedéekor cökken. Egy állndó nyomték-értéknél forgóréz ellenállá zámítáához hznált özefüggé: k. Nem zbd elfeledkezni rról, hogy forgórézből eltávolítndó teljeítmény zlippel rányon nő. H dizipálndó teljeítmény túl ngy, kkor kzkádkpcolát kell lklmzni hálóztb történő viztáplálához. A zlip növeléét lehet elérni úgy i, hogy tiriztor-előtétpárokkl motorr jutó fezültéget cökkentjük. Ekkor cökken homlokoldl meredekége, vlmint fezültég négyzetével rányon terhelhetőég i (rövidrezárt gépeknél i lklmzhtó módzer). A pólupárok zám : ránybn változtthtó meg z ún. Dhlnder-tekerceléel. övidrezárt forgórézű motoroknál jelenleg leggykrbbn lklmzott fordultzámváltozttái módzer táplálái frekvenci változttá frekvenciváltó (inverter) közbeikttáávl. Ekkor zonbn nem zbd elfeledkeznünk rról, hogy nyomték biztoítáához gép fluxuát lehetőleg névlege értéken kell trtni. Ez z i 4, 44 f N Φ ξ c Φ f özefüggé zerint ck úgy lehetége, h z inverter frekvenciávl rányon motorr jutó fezültéget i változttj [ ( f ) digrm!]. Ellenőrző kérdéek é feldtok. Milyen kompromizumot kell kötnünk zinkron motorok indítákor?. Milyen módzereket imer rövidrezárt forgórézű zinkron motorok indítáár? Honlít öze megnevezetteket indítái zempontból! 3. Htározz meg cúzógyűrű gép forgóréz körébe ikttndó ellenállá értékét, h billenőnyomtékkl kívánjuk gépet indítni ( b,5;, Ω)! 4. Mekkor áttételű trnzformátoro indítánk felel meg cillg-delt indítá? 5. Mekkor teljeítményt kell eltávolítni mximálin cúzógyűrű gép forgórézéből, h kw-o teljeítményű gépet forgóréz túlmelegedée nélkül, névlege ármml,,5 zlippel kívánjuk jártni? 6. Milyen módzereket imer z zinkron motorok fordultzámánk megváltozttáár? 7. jzolj fel Dhlnder-tekercelé egy fáziát é mgyrázz el póluátkpcolát! 8. jzolj fel egy frekvenciváltóról táplált motor fezültég-frekvenci digrmját! 9. Mire zolgálnk forgórézköri kzkádok? en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
3. hét 36. Az egyenármú gépek zerkezeti felépítée (Tk 89 95 é 8 ) Az egyenármú gép állóréze kiálló póluú, forgóréz hengere kilkítáú. Az g e- gyenármml gerjeztett gerjeztő tekercelé z állóréz főpóluin tlálhtó. Az állndó fluxu mitt z állórézt hgyományo gépeknél nem kell lemezelni. A gép rmtúrtekercelée forgórézen helyezkedik el, z árm bevezetée z rmtúráb kommutátor é kommutátor felületén cúzó (zén)kefék egítégével történik. Az rmtúrábn váltkozófezültég keletkezik, melyet kommutátor egyenirányít. A forgóréz átmágneeződée mitt vvezteégek cökkentéére z rmtúr vtetet lemezelni kell. 37. Kommutátoro tekerceléek lpfoglmi: hurko é hullámo rmtúrtekercelé (Tk 95 ) Az egyenármú gép rmtúrtekercelée hurko, vgy hullámo tekercelrendezéel kézülhet. A tekercek végei kommutátor zeletekhez ctlkoznk. A kommutátor mint mechniku ármirányító biztoítj, hogy tekerc póluhoz vizonyított helyzetétől függően, megfelelő irányú árm folyjon tekercben, illetve generátoro üzemben z dott tekercoldl megfelelő polritáú keféhez ctlkozzon. A hurko tekercelé jellegzeteége, hogy előzör egy zono mágnee polritáú főpólu ltti öze vezetőt kötjük öze úgy, hogy tekercek végei zomzédo zeleteken kereztül orbkpcolódnk egymál. A tekercelé fonto jellemzője párhuzmon kötődő, ún. ágpárok zám. Hurko tekercelé eetén: p. A hullámo tekercelé előzör orbköt kerület mentén minden pólu ltt kb. egy-egy póluoztár fekvő vezetőt, é így ér viz kiindulái zelet mellé. Hullámo tekercelé eetén z ágpárok zám:. 38. Az egyenármú gép fluxu, indukált fezültége, nyomték é helyetteítő kpcolái vázlt (Tk 6) Az egyenármú gép indukált fezültégét é nyomtékát befolyáolj gép fluxu. A fluxu gép mezőgörbéje ltti terület integráláávl htározhtó meg: Φ B τ l B b l. Az egyenármú gép indukált fezültége: z p z p Φ n k Φ n Φ ω c Φ ω π Az egyenármú gép nyomték: δk p i i. δm i i en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 3
z p M Φ km Φ c Φ, vgyi k M c. π A helyetteítő vázlt lpján felírhtó fordultzám egyenlet: n, illetve: k Φ k Φ k Φ ω c Φ c Φ c Φ. Ellenőrző kérdéek é feldtok. mertee z egyenármú gép zerkezeti felépítéét!. Milyen é mekkor frekvenciájú fezültég indukálódik egy egyenármú gép rmtúrájábn? 3. Mi különbég trnzformátor é dinmólemez között? 4. Mitől függ kommutátor zeletzám? 5. Hogyn htározhtó meg z egyenármú gép rmtúráján elhelyezett, ún. htáo vezetők zám? 6. Adj meg hullámo tekercelé kommutátorlépéét! 7. Adj meg z rmtúrtekercelé ágpárjink zámát hurko-, ill. hullámo tekercelé eetén! 8. Definiálj z ágárm foglmát! 9. Definiálj közepe légréindukció foglmát!. Definiálj z ideáli vtet hoz (l i ) foglmát!. Mitől függ z egyenármú gép indukált fezültége?. Mitől függ z egyenármú gép nyomték? 3. jzolj fel z egyenármú motor helyetteítő kpcolái vázltát! 4. Írj fel egy egyenármú generátor fezültégegyenletét! 5. Mitől függ z egyenármú gép fordultzám? 6. Mi z indító ellenálláok zerepe egyenármú gépnél? 4. hét 39. Az egyenármú gép rmtúr-vizhtá, z rmtúr-vizhtá következményei. A kompenzáció (Tk 7 ) Az egyenármú gépet terhelve, z rmtúrtekercelében árm indul meg, z ármtól átjárt vezetők mágnee tere befolyáolj főpóluok áltl létrehozott mágnee teret é gép üzemét. Az rmtúrármnk ezt mágnee teret módoító (torzító) htáát nevezzük rmtúr-vizhtánk, vgy rmtúrrekciónk. A mező torzulá cökkenti kommutátorzeletek között megengedhető fezültég középértékének ngyágát. Az rmtúrrekció mitt geometrii emlege vonlbn légréindukció é egyben kommutáló vezetőkben indukálódó fezültég em lez zéru, villmo emlege vonl eltolódik. Márézt pólugerjezté é z rmtúrgerjezté főpólu egyik oldlán egymá ellen ht, máik oldlon pedig erőíti egymát. Az rmtúrrekció áltl okozott többletgerjezté mágnee kört betelíti, míg cökkené mágneezéi jelleggörbe kevébé telített zkzár eik, mi gép fluxuánk-, é ezzel özhngbn terhelhetőégének cökkenéét okozz. Az imertetett káro htáok mitt ngyobb (kb. kw feletti), vgy jelentően változó terheléel dolgozó gépek eetén főpólurú hornyib helyezett ún. kompenzáló tekerceléel törekednek mezőgörbe torzuláánk megzüntetéére, vgy mérékléére. 4 en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt
4. Az egyenármú gép kommutációj, rektncifezültég. A kommutáció lefolyá, kefegörbék. A egédpólu feldti (Tk 4, 9 ) A kommutáció vezetőkeretben z ármirány megfordítáát jelenti kkor, mikor vezetőkeret áthld emlege vonlon. Az ármirányváltá mitt kommutáló vezetőkeretben önindukció fezültég, z ún. rektncifezültég keletkezik: d iág r L cr n. d t A rektncifezültég Lenz törvény értelmében gátolni igyekzik z ármirányváltát, ezért z ideáli lineári- helyett ún. kéleltetett kommutáció lkul ki. H kommutáció nnyir kéleltetett, hogy kommutáció végén (mikor kefe megzünteti tekerc rövidrezáráát) z árm még nem éri el - ág értéket, kkor kefe lefutó élén z árműrűég olyn nggyá válik, hogy környező teret ionizálj, zikr lkul ki. H zeletfezültég túl ngy, ill. úlyobb eetekben zikr fennmrdht, ívvé lkul, é ún. körtűz jön létre. A egédpólu lpvetően két feldttl rendelkezik: egédpóluon el kell helyezni zt z ellengerjeztét, mely z rmtúrrekciót emlege vonlbn kiegyenlíti; egy kkor további gerjeztét kell emlege vonl irányábn lklmzni, mely kommutáló tekerc íkjánk irányábn B δp ngyágú, B δ -vl ellentéte irányú indukciót hoz létre. Ennek mágnee térnek egítégével kommutáló menetbe rektncifezültéggel zono ngyágú, vgy nnál vlmivel ngyobb ellentéte irányú fezültéget indukálunk be. Ezzel kommutáló menetben lineári, vgy iettetett kommutációt idézhetünk elő. A kommutáció jvítá érhető el továbbá: kommutáló menet induktivitáánk cökkentéével; kefe ellenállánk növeléével. 4. Az egyenármú gépek gerjeztéi módji, generátorok jelleggörbéi (Tk 6 9, 3 35) Az egyenármú gépek gerjeztéi módji következők: külő gerjezté (gykorltilg terhelétől független fluxu); párhuzmo, vgy önt gerjezté (gykorltilg terhelétől független fluxu); oro gerjezté ( fluxu terhelétől függő) vegye gerjezté (z egyik gerjeztőtekerc párhuzmon, máik oron gerjeztett), mely kétféle módon kpcolhtó: ) kompnd ( két tekerc gerjeztée egyirányú); b) ellenkompnd ( két tekerc gerjeztée ellentéte irányú); A gép vielkedée terhelétől függő változó-, é z állndó gerjezté rányától, v gerjeztéi vizonytól függ. Az egyenármú gépek minőítéére hznált ürejárái-, belő- é külő terheléi jelleggörbéket generátoro üzemben vezük fel. Érdeme megjegyezni, hogy generátorok öze en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt 5
jelleggörbéjének felvételénél fordultzámot állndó értéken trtjuk. Az ( g ) ürejárái jelleggörbe lényegében gép mágneezéi görbéje. Ki gerjeztéeknél, légrévonl mentén vmgrézekre jutó gerjezté elhnygolhtó, ezért jelleggörbe egyene, mely remnen fezültégből indul. A remnen fezültég megléte lpvető z öngerjeztéű generátorok felgerjedéi folymtábn. Az állndó rmtúrármnál mért ( g ) belő terheléi jelleggörbe két ok mitt jár z ürejárái jelleggörbe ltt: mert terhelékor z rmtúrköri ellenálláon b fezültég eik, é z rmtúrrekció fluxucökkentő htá mitt. Az állndó gerjeztőárm (vgy önt gépeknél állndó értékű gerjeztőellenállá), de változó terhelé eetén mért ( ) külő terheléi jelleggörbe generátor felhználá zempontjából legfontobb jelleggörbéje. Ellenőrző kérdéek é feldtok. Milyen htáit imeri z egyenármú gép rmtúr-vizhtáánk?. Hol helyezkedik el, é mi kompenzáló tekercelé zerepe? 3. Mikor lép fel, é mitől függ rektncifezültég? 4. Mikor kezdődik, é mikor fejeződik be kommutáció? 5. Milyen jellegű kommutáció görbéket imer? Hogyn mérjük ezeket? 6. Sorolj fel egédpólu feldtit! 7. Milyen módzereket imer kommutáció jvítáár? 8. Hogyn lehet cökkenti kommutáló tekerc induktivitáát? 9. jzolj fel z egyenármú gép kereztmetzetét z öze lehetége tekerccel! A tekercekbe jelölje be z ármok (gerjeztéek irányát)!. Definiálj, hogy mit fejez ki gerjeztéi vizony z egyenármú gépek eetén!. jzolj fel egy egyenármú önt motor kpcoláát zbványo betűjelekkel!. jzolj fel egy egyenármú oro motor kpcoláát zbványo betűjelekkel! 3. jzolj fel egy egyenármú, kompnd gerjeztéű motor kpcoláát zbványo betűjelekkel! 4. Miért jár z egyenármú generátorok belő terheléi jelleggörbéje z ürejárái jelleggörbe ltt? 5. jzolj fel egy egyenármú, ellenkompnd gerjeztéű generátor kpcoláát zbványo betűjelekkel! 5. hét 4. Az egyenármú motorok jelleggörbéi (Tk 35 4) A felhználá zempontjából generátoroknál okkl fontobb motorok jelleggörbéit gerjeztéi módtól függően két különböző coportokb oroljuk: A terhelétől független fluxuú gépek (külő- é párhuzmo gerjeztéű gépek) eetén jelleggörbe z n M k Φ k Φ k Φ k Φ k k Φ egyenletnek megfelelő egyene. Soro gépek eetén jelleggörbe egy M 6 en_geptv_5.doc Kézítette: Dr. Ngy Lóránt