SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM HTTP://UNI.SZE.HU VILLAMOS FORGÓGÉPEK Forgó mozgás létesítése Marcsa Dániel Villamos gépek és energetika 203/204 - őszi szemeszter
Elektromechanikai átalakítás Villamos rendszer Villamos gép Mechanikai rendszer motor Energiaáramlás generátor Folytonos energiaátalakító villamos gép Működhet motorként és generátorként egyaránt Váltakozó áramról táplált szinkron gép, aszinkron gép Egyenáramról táplált egyenáramú gép
Mozgási indukció U i B l v
Mozgási indukció u i U U B l v ui 2B l v u v d π n Φ BA Bld i,max i, eff 2Φ max πn 4, 44 N Φ i 2Bldπn max f
Erő és nyomaték M sinα M áll. αáll. szükséges Tekercsre ható erő f B I l Ez úgy lehetséges, hogy a mágnesek állnak vagy azonos szögsebességgel forognak. Az utóbbit úgy jellemzik, hogy a mágnesek relatív nyugalomban vannak. A szokásos megoldás: az egyik (álló vagy forgó) tekercsrendszer áramait mágneses terét a másik (forgó vagy álló) tekercsrendszer hozza létre
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Villamos gépek - felépítés Tekercsoldal a hengeres forgórész vagy állórész palástfelületén helyezzük el Tekercsfej a tekercsoldalakat a tekercsfejek segítségével kötjük össze a henger egyik homlokoldalán, így jönnek létre a tekercsek
Villamos gépek - felépítés Fogak és hornyok tekercsoldal rögzítése A légrés csökkenthető a tekercsek horonyba történő elhelyezésével. A tekercs szimbolikus jelölése: A tekercsek tengelye egybeesik a tekercsek mágneses tengelyével, vagyis a tekercs árama által létesített mágneses tér (mágneses indukció) térbeli irányával
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Villamos gépek felépítése: Villamos gépek - felépítés Állórész és forgórész Hornyokban elhelyezett vezetők Hengeres gép (egyenletes légrés) Kiálló pólusú gép (nem egyenletes légrés) Vasmag (indukció növelése) Lemezelés (örvényáramok csökkentése [AC]) Armatúra tekercselés (ahol a feszültség indukálódik) Gerjesztő tekercs (ami létrehozza a főfluxust) Állandó mágnes
Az indukcióvektor értelmezése A legtöbbször arra törekszünk, hogy villamos gépeinkben a térbeli indukcióeloszlás, valamint a feszültségek és áramok időbeli jelalakja a legjobban közelítse a szinuszfüggvényt. A szinuszosság követelménye abból az ismert villamosságtani törvényszerűségből származik, hogy a többfázisú, szinuszos, kiegyenlített rendszerek villamos teljesítménye állandó.
Az indukcióvektor értelmezése Hogyan jellemezhető az indukció-vektorral a kerület mentén egyenletes sebességgel haladó hullám? Ha a mágneses tér (indukció) kerület menti eloszlása szinuszos, valamint a többfázisú áramok időbeli változása (időfüggvénye) is szinuszos, akkor a villamos gép kapcsain leadott többfázisú villamos teljesítmény, illetve a villamos gép tengelyén leadott nyomaték (mechanikai teljesítmény) az időben állandó.
Mezőtípusok: állandó Egy tekercs egyenárammal gerjesztve. Több tekercs, térben háromfázisúan elhelyezve és egyenárammal gerjesztve. B eredő,5*b A, ez is állandó
Mezőtípusok: lüktető Egy tekercs, egyfázisú váltakozóárammal gerjesztve. A lüktetőmező térbeli állóhullám, lineáris esetben összetehető két forgó mezőből. Ferraris-tétele: a lüktető mező felbontható két, egymással ellentétes irányban, azonos szögsebességgel forgó mezőre, amelyek amplitúdója (hossza) a lüktető mező amplitúdójának fele.
A forgómező létrehozásához: Mezőtípusok: forgó Többfázisú tekercsrendszer Többfázisú áram- (gerjesztés-) rendszer SZÜKSÉGES Pólusosztás τ p Dππ 2 p α v pα g a villamos és a geometriai szög kapcsolata
Mezőtípusok: forgó A TEKERCSEK TENGELYEI A TÉRBEN A TEKERCSEK ÁRAMAI AZ IDŐBEN A TÉRBEN ELŐRE AZ IDŐBEN HÁTRA
Mezőtípusok: forgó Szimuláció
Szinuszos mezőeloszlás létrehozása A számítás egyszerűsítése érdekében a hengeres álló és forgórészt egy képzeletbeli ollóval a hengerpalást felület egyik alkotója mentén felvágjuk, és a síkban kiterítjük. A fogakat és hornyokat eltüntetjük A légrésen, valamint az álló és forgórészvastesten át záródó integrálási útvonalakat felvéve, és elhanyagolva a vastestre eső mágneses feszültségeket kapjuk a gerjesztés kerület menti eloszlását, esetünkben egy ún. lépcsős görbét.
Szinuszos mezőeloszlás létrehozása A lépcsős görbe Fourier-sora adja meg a gerjesztéseloszlás, valamint lineáris esetben a légrésindukció eloszlás alapharmonikusát és felharmonikusait. Az alapharmonikus indukció, B 4 π B max a fázisonkénti és pólusonkénti horonyszám. Z q 2 p m
Szinuszos mezőeloszlás létrehozása Mi történik q > választás esetén? MEZŐ: Szinuszosabb térbeli eloszlás Előnyös INDUKÁLT FESZÜLTSÉG: Kisebb, mert az egyes tekercsoldalakban fázisban eltolt feszültségek indukálódnak, amelyek vektorösszege kisebb, mint a részfeszültségek abszolút értékeinek összege (a fázisfeszültség nagysága). Hátrányos
Tekercselési tényező A második ábra mutatja az eredő indukált feszültség szerkesztését q3 esetén. A középső és a jobb oldali ábra q feltételezéssel készült. A harmadik ábrán a fázissáv szélessége 20 (nem szokásos!), míg a jobb oldali ábrán a fázissáv a szokásos 60.
Tekercselési tényező U ξ e 3 e húr ξe U ξe π π ív 3 Tehát a tekercselési tényező megmutatja, hogy a tekercselés elosztottsága következtében milyen mértékben csökken az (alapharmonikus) indukált feszültség.
Indukált feszültség számítása 2 z N N menetszám / fázis z összes sorbakötött vezetőszám / fázis, z h z /Z 2 2 2 B B z v l B U U z v l B u köz i eff i i max max,max, Szinuszos esetben! 0 0 0 ω π τ ω π τ ω π τ ω π p p R v B B p köz max Szinuszos esetben! ( ) max, max,max,,, Φ ξ Φ τ π π π τ π 44 4 44 4 2 2 4 2 2 2 2 2 N f U N f l B N f N f l B U U eff i p köz p köz i eff i Ha q Ha q