1. Elektrické obvody - Def. El. Obvod je systém, ve kterém probíhá přeměna el. Energie za účelem plnění určitých fcí a který lze popsat pomocí napětí a proudu. El. Obvod je složen z obv. Prvků, které jsou navzájem propojeny. Každý el. Obvod se dá znázornit el.tech. schématem, kde se používá normalizovaných značek
1.1. Základní veličiny a zákony a) Veličiny a. El. Náboj [C] Q – mívá el. Vlastnosti materiálních objektů, které se navenek projevují jako silové pole [coulomb] 1C=1A*s b. El. Proud I – uspořádaný pohyb volných nábojů v 1 směru [1mA, 1A] c. El. Potenciál – V=A/Q – práce potřebná, aby Q přesunul z 1 místa do 2 [1V] d. El. Napětí – (U,u) – rozdíl potenciálů ve 2 bodech e. El. Odpor R – char. měr. el. odporem ρ=fci teploty [1Ω] i. R= ρ(l/S)
b) Zákony a. Ohmův zákon – napětí u kovového vodiče je přímo úměrné proudu, přičemž konst. Úměrnosti je el. odpor vodiče U=R*I b. Kirchofovy zákony - 1.KZ – algebr. součet všech proudů = 0
- proudy do uzlu vtékající = proudům z uzlu vytékajícím - 2.KZ – smyčka – uzavřená část el. obvodu - algebr. součet všech U ve smyčce = 0
1.2. Rozdělení el. obvodů 1. Účel kterému obvod slouží a. Obvod pro přenos energie: motor, silnoproud b. Obvod pro přenos informací: CPU, slaboproud i. Analogové (spojitá) – zesilovače, stabilizátory ii. Číslicové (diskrétní) – CPU, LOG, paměti 2. Teorie el.magnetického pole a. Obvod se soustředěnými parametry b. Obvod s rozloženými parametry 3. Linearita obvodů a. Lineární – obsahují jen lin. Prvky b. Nelineární – obsah. Min 1 prvek nelineární
c. 4. Stav v jakém se el. obv. Nachází a. Stejnosměrný ustálený stav
b. Střídavý ustálený stav
c. Přechodný neustálený stav (přechází s 1stavu do 2 stavu) 1.3. Prvky el. obvodů a) Rozdělení 1. Počet svorek a) dvoj póly b) troj póly c) čtyř póly d) n-póly 2. Energetické hledisko a) pasivní prvky (spotřebovává; odpor, žárovka) b) aktivní prvky – dodává el. en. (zdroj) 3. stupeň idealizace a) ideální prvky – vlastnost lze vyjádřit pouze 1 parametrem b) reálné prvky – má více parametrů 4. Linearita prvku a) lineární b) nelineární b) Popis vlastností vybraných prvků 1. pasivní id prvky a) rezistor – nevratná přeměna el. energie na teplo - jediný konst. Parametr je el. odpor
b) induktor
- jediný konst. Parametrem je indukčnost - akumulují a vydávají beze ztrát energii el. pole
c) kapacitor
- jediným konst parametrem je kapacita
2. pasivní reálné prvky a) rezistor – vlastnosti jsou stejné jako výše za běžných podmínek b) cívka – v cívce vznikají ztráty v důsledcích vinutí
c) kondenzátor – v kon. vznikají ztráty
3. aktivní id prvky - zdroje - napěťový - proudový
- stejnosměrný - střídavý - ss - stř.
- napěťové
4. aktivní reálné prvky - Ri – vnitřní odpor zdroje
1.4. Stejnosměrné obvody - Uplatnění mají jen odpory - Vlastnosti jsou dány vlastnostmi rezistorů o Metoda postupného zjednodušování (vhodná je když je jeden zdroj)
o o Kirhofovy zákony 1.5. Obvody harmonické v ustáleném stavu 1. Základní pojmy a. i – okamž. proud; wt – úhel; w=2*pi*f – úhlová frekvence; Im =vrcholová amplituda, T – perioda; i = Im * sin wt
b. střední hodnota
c. efektivní hodnota
2. výkon harmonického proudu a. p=u*i – okamžitý výkon
b. Střední výkon i. Zajímá nás činný výkon u obec. pas.dvojpólu
c. Zdánlivý výkon i. Ps=UI [VA]
d. Jalový výkon
i. 3. Zobrazení harmonického proudu fázorem a. Fázor – graficky vyjádřená amplituda
b. Stř. obvody lze řešit pom. Komplex. Čísel c. Komplex č. můžou být v různých tvarech d. Fázorový diagram
4. Chování některých pas prvku v obv harmo proudu a. Rezistor
- napětí je také harmonické - napětí je stejného kmitočtu jako proudu - napětí má 0 poč. fázi - napětí a I jsou ve fázi
výkony P=UI
5. Metody řeš stř obv a. Stř obv har ustálené řešíme symbolickou metodou b. Místo okamž hodnot napětí a proudů používáme fázory c. Při řešení používáme stejné základní zákony Ohm. KZ. 6. Měření vákonu ve SS a Stř obvodech 7. Trojfázové obvody a. V průmyslové praxi jsou 3faz obv. rozšířenější. Důvody: i. Přenese se větší výkon ii. Proud vytváří tzv. točivé mag. pole, to je základem pro motory iii. Obvody šetří vodiče, tím dochází k úspoře mědi
b. Trojfázový obvod se skládá ze 3 obvodů jedno fázových, z nichž každý obsahuje zdroj vedení a spotřebič c. Dílčí obvody nazýváme fázemi třífázového obvodu d. Jednotlivé zdroje a spotřebiče do 1 e. Toto spojení může bát do hvězdy či do trojuhelníku
1. trojfázový zdroj, spotřebič zapojený do hvězdy
- trojfázově souměrná soustava napětí – všechna napětí jsou stejná - trojfázově souměrný spotřebič – odpory jsou všechny stejné 2. trojfázový zdroj do hvězdy a spotřebič do trojúhelníku
8. Měření výkonu ve tří fázových obvodech a. Je nutno uvažovat zapojení zátěže b. Souměrný či nesouměrný spotřebič
2. Elektronické obvody - můžeme definovat podobně jako elektrické obvody - obsahují el. prvky, tranzistor, - na bázi polovodičů 2.1. Základní pojmy z teorie polovodičů a) měrný el. odpor b) záporný tep. koeficient c) bipolární vodivost 1. polovodiče vlastní a nevlastní - stejný počet elektronů a děr; 4 mocné prvky Ge, Si - nevlastní - přidáním příměsi do polovodiče vlastního a) 5 mocný prvek typu N b) 3 mocný prvek typ P
2.2. Polovodičové prvky 1. Dioda – z historie (1945)
a) funkce a použití - diody pro všeobecné použití - usměrňovací - spínací - stabilizační b) technologie výroby - hrotové (už se nevyrábí)
- plošné c) velikost přiloženého napětí - nízko napěťové(0-300V) x vysoko napěťové (300-XXXX V) d) druh polovodič. materiálů - germaniové - křemíkové
2. tranzistor (1946) a) bipolární a unipolární b) na vedení proudu se podílí – a +
3. Tyristor 4. Optoelektrické prvky - zdroje (LED diody) - detektory (foto rezistor, foto tranzistory, foto tyristory) 2.3. Elektronické obvody - jsou to elektrické ov, které obsahují elektrické prvky - tranzistorové zesilovače - zesilují - na výstupu získáváme opět spoj. veličinu pož. kvality - základ je tranzistor - můžou zvýšit U, I, P
1. Stupňový zesilovač
- několika stupňový zesilovač - operační zesilovače - několika stupňový zesilovač s velkým napěťovým zesílením, velkým vstupním odporem a zanedbatelným výstupním odporem
- stabilizátory - analogové el. obvody, které slouží ke stabilizaci U či I - stabilizátory U - parametrické - se zpětnou vazbou
1. parametry
- činitel stabilizace
- diff OUT odpor 2. charakteristika
3. Elektrické stroje - definice: elektrický stroj v nejobecnějším smyslu rozumíme zařízeni pro přeměnu energie. Má obvykle 1 nebo více vstupů jimiž do něj energie vstupuje a 1 nebo více výstupů jimiž z něj energie vystupuje 3.1. Rozdělení el. strojů 1. Podle směru toku a druhu IN a OUT energie a) generátory b) motory – přeměna el. energie na mech. c) měniče – přeměňují el. en. určitých parametru na jiné parametry d) speciální stroje 2. podle typu pracovních částí a) stroje netočivé (nemají část která se otáčí – lin motory) b) stroje točivé (motory – rotor) 3. podle druhu přeměňované energie a) střídavé (přeměňují stř. el. en. b) stejnosměrné ( přeměňují ss el. en) 4. podle vlastního principu činosti (základ je redukční zákon) a) transformátory b) asynchronní stroje c) synchronní stroje d) stejnosměrné stroje e) speciální 3.2. Hlavní aktivní části el. strojů - zákon el. indukce – při pohybu vodičů v magnetickém poli nebo při časové změně magnetického toku spjatého el. obvodem se ve vodičích nebo el. obvodech indukuje el. U a je-li obvod uzavřen vzniká el. I - uplatnění zákonu elektro magnetické indukce - vytvořeno mag.pole – magnetický obvod - možnost vzniku I – el. obvod (vinutí) - magnetický obvod vinutí – hlavní aktivní částí el stroje - magnetický obvod - pro stejnosměrné stroje (je z kompaktního materiálu – nevznikají ztráty) - pro střídavé stroje (není z kompaktních materiálů) - vířivé proudy - hysterezní (legují se křemíkem) - plechy - elektrotech (točivé stroje) - transformátorové (transf) - vinutí – el odpor – dříve hliník dnes měď -uspořádání do cívek
- izolace se řadí do tep. tříd - y – do 90°C - F – do 155°C - H – do 180°C 3.3. Transformátory - netočivý el stroj u něhož se časovou změnou magnetického toku indukuje ve vodičích napětí. Používá se ke změně napětí stř. proudu při konst. frekvenci . 1. rozdělení transformátorů a) použití - přenos el. en. - pro speciální účely
- transformátor svařovací - trans. Usměrňovací - trans. oddělovací b) počet fází - 1fázové, 3fázové, ostatní c) chlazení aktivních částí - vzduchové (suché) - olejové - speciální SF6 d) poměr vstupního a výstupního napětí - zvyšovací U; snižovací U; oddělovací
e) uspořádání -jádrový; plášťový
2. štítek transformátoru - označení výrobce, typ, výrobní číslo, rok výroby - poč. fází a jejich zapojení - jmenovitý zdánlivý výkon - jmenovitý IN OUT U a I - Uk, jmenovitá frekvence - druh chlazení - tep. tř. izolace - hmotnost chladiva a celková hmostnost 3. provedení 1. Fáze a 3. Fáze transformátoru a) 1. fázový trans. - Mg obvod je složen z trafo plechů b) el. obvod (vinutí) - vstupní – přívod U (primární) - výstupní – odvádí U transf (sekundární)
- mech. části konstrukce – zajišťují mechanickou pevnost trafa c) 3 fázový 4. chladič - vznik 3 faz. tran. - zapojení 3x 1.faz - spol. mag. obvod, pro každou fázi zvlášť vinutí 5. princip činnosti trafa
- základní činností trafa je el.mag. indukce
- na vstup vinutí je připojeno U1. Toto napětí protlačuje vinutím proud I1, který vyvolává magnetický tok fí. Magnetický tok fí má stejnou frekvenci jako napětí U1. Magnetický tok fí se uzavírá magnetickým obvodem. Jeho časová změna vyvolá ve vstupním vinutí indukční napětí Ui1 . Stejný změna magnetického toku působí i na závity výstupního vinutí a indukuje se v něm
6. převod napětí u transformátoru a) zanedbáváme ztráty
b) ztráty nezanedbáváme
- p>1 – trafo snižovací - p<1 – trafo zvyšovací - p=1 – trafo oddělovací
- trafo může pracovat ve 3 stavech - naprázdno (stav, chod); zatížený; nakrátko 7. trafo naprázdno - trafo pracuje naprázdno tehdy, jestliže je IN připojeno ke zdroji stř. napětí a OUT je rozpojeno
- v případě 3faz. trafa se berou střední hodnoty
- procentní proud naprázdno
- procentní ztráty naprázdno
8. trafo při zatížení - pracuje při zatížení tehdy jestliže IN je u zdroje stř. U a k out se připojí zátěž
9. trafo nakrátko - pracuje na krátko, když IN je připojeno ke zdroji stř. U a OUT je spojeno nakrátko bez zátěže
10. trojfazové trafo
- spojení vinutí se popisuje pomocí znaku spojení – štítková hodnota
11. paralelní chod trafa - požadovaný výkon lze převést jedním traf nebo instalací dvou či více traf menších než výkon spolupráce paralelně. Paralelní spolupráce traf je možná, jestliže trafa splňují následující podmínky: - stejné jmenovité IN a OUT a U; stejné hodinové úhly; přibližně stejná napětí nakrátko 12. Účinnost trafa - určuje se u všech strojů z výkonu a příkonu; určuje se ze ztrát na prázdno a krátko
13. speciální trafa - auto transformátor – zdroj v lab a zkušebnách
- pouze jedno vinutí - snižovací; zvyšovací; řiditelná; svařovací; pecové (napájení pecí na zpracování kovů); usměrňovací 3.4. Asynchronní stroje (indukční) - jsou to stroje, které pracují na principu elmagnetické indukce; lze u nich nalézt skluz (rozdíl otáček, toč.mag.pole a ot. rotoru); nejpoužívanější el. stroje; konstrukce asynchronních strojů má vysokou úroveň; vyznačují se velkou spolehlivostí; při rozběhu mají velký proudový ráz 1. konstrukce - stator
- rotor
- vzduchová mezera (desetiny – jednotky mm) 2. rozdělení AS a)AS - motor(AM) - jednofázový - 3 fázový - generátor b) AM - nakrátko (klecový) - kroužkový (s vinutým rotorem) - pozn. Místo kde se indukuje napětí se nazývá kotva 3. použití a)AM - trojfáz (odstředivky, jeřáby, výtahy, pohon lokomotiv; pohony; obráběcí stroje; ventilátory; čerpadla) - jednofázový(menší výkon; ventilátory; čerpadla;pračky;odstředivky) b)AG - malé vodní a větrné elektrárny
c) spec. stroje – dřívw se používali AS jako měniče kmitočtu 4. princip činnosti - na statoru trojfáz. vinutí, které se přes statorovou svorkovnici připojuje ke zdroji stř U - stator. vinutím prochází trojfáz. proud a kolem vinutí se vytváří mag. pole - mag. pole má zvláštní tvar a otáčí se kolem statoru - hovoříme o tzv. mag. poli a jeho otáčky se nazývají synchronní - točivé mag. pole indukuje v rotoru napětí a protože rotor je uzavřený el obvod protéká rotorem el. proud z tohoto důvodu se kolem rotoru vytváří mag pole - mag. pole kolem rotoru působí na točivé mag pole a vzhledem ke zvolené polaritě se rotor volně otáčí v ložiscích - rotor zaostává za otáčkami toč mag pole a tento rozdíl ot se nazývá skluz
- skluz
- otáčky rotoru n=(60*f)/p (1-s) - činnost asynch. M můžeme sledovat ve 3 provozních stavech - na prázdno; stav nakrátko; stav při zatížení - AM - ideální (s=0; n=ns; I2=0) - reálný (skutečný) – s->0; n->ns;I2<<; účiník je malý cos fi<< - neměl by pracovat ve stavu na prázdno - se připojí k 3faz a na hřídeli jej nezatížíme - AM je v chodu na krátko, když rotor stojí. Na začátku každého rozběhu a nebo při zastavení vlivem přetížení n=0; s=1;I2>> - typický stav stroje, tento chceme 4. chod AM při zatížení - chod při zatížení vznikne tehdy jestliže připojíme statorové vinutí k 3faz síti a hřídel motoru mechanicky zatížíme prac. strojem - chod při zatížení se popisuje 2 skupinami char 1. pracovní char I1,s,n,cos fi,n=f(M) 2. momentová(mechan) char M=f(n)
Mz – závěrný moment(moment, který motor vyvine v okamžik rozběhu); Mmax-(Mzv – maximální moment, moment zvratu; nejvyšší moment jemuž odpovídá skluz zvratu);Mn-jmenovitý moment,pracovní moment motoru pro jmen. hodnotu
- Klossův vztah
6. účinnost AM
- závisí na otáčkách, čím jsou větší, tím je lepší účinnost - od P2=30kW je účin u kroužk M je horší než u M na krátko (vzduch mezera) - účinnost se mění se svorkovým napětím motoru - pro dosažení min ztrátu M je třeba měnit U úměrně s I - cos fi = 1 7. AG - úplná momentová charakteristika
8. spouštění AM - každý motor připojený přímo k síti odebírá velký proud - vzniklý proudový ráz je příčinou poklesu napětí v síti - M~U2 -> menší M (zmenší se momenty všech motorů pracujících ve stejné síti) - Iz << závěrný proud co nejměnší - Mz>> závěrný moment co největší - statorová svorkovnice trojfázového AM
- spouštění nakrátko - spouštění přímé plným napětím; statorovým spouštěčem; transformátorem; přepínačem hvězda – trojuhelník; proměnou frekvencí; odporovou klecí; dvojitou klecí; virovou klecí - spouštění přímé plným napětím
- ,J.. - nejjednodušší způsob spouštění - motor přímo spínačem k síti - do P2=3kW - proudový ráz (3-7)In - pokud je potřeba rozběh s plným zatížením a neklademe požadavky na jemnost rozběhu
- spouštění statorovým spouštěčem
- tři rezistory - spustím, po rozběhu zařadím hodnotu spouštěče na 0 - spouštím při menším napětí - snížení proudového rázu - používá se tam kde se jedná o rozběh s malým zatížením, dosahují jemnějšího rozběhu než - spouštění transformátorem - u velkých strojů kde nestačí statorový spouštěč, pomocí transformátoru snížím vstupní napětí, po připojení zvýším napětí na jmenovité - autotransformátory - spouštění přepínačem hvězdička – trojúhelník - při snížením napětí - přepínač při rozběhu zapojen do hvězdy, po dosažení asi 80% jmenovitých otáček se přepne do trojúhelníku
- motory o výkonu 1-15 kW bez zatížení nebo s malým zatížením - spouštěním proměnou frekvencí (změnou frekvence) - nejmodernější způsob spouštění - n~f - nutný měnič frekvence (kmitočtu)
- nejpoužívanější, všude kde je potřeba jemnost rozběhu a plné zatížení - spouštění odporovou klecí - tyče nebo kruh z mosazi (ne mědi) - Mz~Rz
- spouštění dvojitou klecí
- spouštění vírovou klecí - vyšší závěrný moment - nižší závěrný proud - ekonomický výhodnější než dvojitou kleci - spouštění 3faz AM kroužkového - do rotorového obvodu se zařazuje spouštěcí rezistor(spouštěč) - kontaktový a elektronický (s pulsním měničem) - řízení otáček AM - každé nastavení otáček na hodnotu rozdílnou od hodnoty jmenovité a) změnou svorkového napětí b) změnou frekvence c) změnou počtu pólů (dříve u obráběcích strojů, jeřábů..; skoková změna) d) změnou skluzu (S~Rz; velké stroje; velké ztráty)
- brždění AM - mechanické nebo elektronické - protiproudem (změna 2 fází -> mag. pole opačným směrem - dynamické (nejdokonalejší, stator vypojím od sítě a do dvou fází přivedu stejnosměrný proud)
- jednofáz AM - pračky,ventilátory, čerpadla - rotor na krátko - stator má v drážkách jednofázové vinutí, netvoří točivé mag pole ->stroj se sám nerozběhne - vinutí rozděleno na: - rozběhové vinutí (1/3) - hlavní(pracovní) vinutí (2/3)
3.5. Stejnosměrné stroje - def. SS stroje jsou historicky nejstarší el mag stroje, které mají tzv komutátor. Komutátor zajišťuje aby vodič, který se nachází pod pólem měl stálý směr proudu a tím i tažná síla a toč mom působily stále stejným směrem - princip el mag indukce - 1831 ( Faraday) – první dynamo – permanentní magnety - 1860 ( Siemens) – vinutí - 1871 ( Grammea) – první motor - 1881 ( Edison) – dynamo s extra výkonem (s parním strojem 27tun) na 2000 žárovek - konstrukce
- stroj s permanentními magnety
- rotor (kotva)
- komutátor je tvořen klinovými litinovými lamelami, ty jsou izolovány slídou. Tvoří válec, který je stažen stahovacím pouzdrem. Složený komutátor je při výrobě opracován na přesný válcový tvar - sběrací ústrojí má uhlíkové kartáče, pouzdra – upevněna v držácích kartáčů - ventilátor – může bát dvojí vrtulka na rotoru nebo přídavný ventilátor, poháněn zvlášť asynchronním motorem 1. rozdělení a) tok energie - motor - generátor = dynamo b) druh buzení (jak je budící obvod připojen ke kotvě)
2. elektro tech schémata ss motorů a) SS motor s cizím buzením
b) ss motor s paralelním (derivačním) buzením
c) ss motor se sériovým buzením - série jako paralelní 3. použití - dříve – válcovací stolice, jeřáby, výtahy, el trakce - současnost – jsou na ústupu, el trakce, lokomotivy, trolejbusy a šalina a stroje s pernam mag 4. princip činnosti motoru - vysvětlíme si to na stroji s 1 závitem na kotvě a hl mag tok bude obstarávat pern mag
5. provozní vlastnosti motorů a) SS motor s cizím buzením - v současné době je ve většině případů budící obvod napájen ze stejného zdroje jako obvod kotvy. V tomto případě se ale jedná o ss motor s paralelním buzením b) ss motor s paralelním buzením - spouštění - zařazen na max hodnotu, po rozběhu spouštěč vyřadím - proudový ráz je několika násobně větší než u asynchronních motorů - chod naprázdno - vlastnosti popisují regulační char naprázdno
- chod při zatížení
- řízení otáček
- reverzace chodu - brždění
- zásadně se uskutečňuje změnou směru proudu v kotvě, přičemž směr proudu v budícím vinutí se nemění - mechanické - elektrické - 1. do rezistorů (dynamické) - 2. rekuperací (vrácení energie do sítě) - 3. protiproudem
1. motor pracuje jako dynamo. Motor se odpojí od sítě a připojí se k brzdným rezistorům (vhodně dimenzovaný spouštěč)
2. vlivem zátěže se otáčky motoru zvyšují. Tím se zvýší indukované napětí nad napětí sítě a v tomto okamžiku se změní směr proudu a ten bude zdrojem do sítě dodáván 3. motor se odpojí od sítě a reverzačně se připojí;
- využití motoru, výhody nevýhody - využití: - dříve (pohon obráběcích strojů, válcovací stolice, textilní průmysl, pohon jeřábů a výtahů) - nyní (pohon šalin a trolejbusů) - výhody - stálé otáčky i při proměnlivém zatížení; hospodárné brždění rekuperací, plynulé a hospodárné řízení otáček - nevýhody - malý záběrný moment c) ss motor se sériovým buzením - I=Ib=Ia - spouštění - pomocí spouštěče Rs - napájecí napětí U musí být dostatečně sníženo - chod při zatížení - zatěžovací charakteristika
- momentová charakteristika
- řízení otáček
- reverzace chodu (podobě jako u motoru s paralelním buzením) - brždění ( nejčastěji do rezistorů. Rekuperace není možná) - využití - ideální trakční motor, dříve v jeřábech, válcovnách, dnes na železnici, nesmí se používat s řemenicí - výhody - velký záběrný moment, otáčky se přizpůsobují zátěži - nevýhody – nemůže pracovat odlehčený d) motor se smíšeným buzením - vlastnosti tohoto motoru jsou něco mezi vlastnostmi sériového a paralelního - použití u šalin a trolejbusů
3.6. synchronní stroje - troj kde existuje shoda tj synchronismus mezi otáčkami mag pole statoru a ot rotoru - historie – synchronní stroje měli nahradit dynama; používaly se i jako generátory
1. konstrukce - stator - vzduchová mezera - rotor a) stator
2. rozdělení a) dle toku energie
b) dle rotoru
- rovnoměrná X nerovnoměrná
- motory - generátory (alternátory) - kompenzátory (dodávají do sítě jálový výkon – kompenzují účiník; motory, které pracují bez mech zatíž) - stroj s rotorem s vyniklými póly (velký průměr a malé os délky) - stroj s hladkým rotorem (malý průměr, velká os délka) - stroj s perm. magnety (menší stroje)
c) dle chlazení aktivních část - vzduchem - vodíkem a vodou - vodíkem nebo vodou 3. použití a) motory - pohon kompresoru (konst otáčky) - střídavé reg pohony (trakce, výr. stroje ) - pohony běžného typu (ventilátory, pece v cementárce) - malé synchr motory (hodiny, magnetofony) - automatizační technika a robotika b) alternátory - stroje s vyniklými póly (vodní el. – hydroalt) - s hladkým rotorem (tepelné el – turboalt) c) kompenzátory - kompenzace účiníku v el sítích 4. princip činnosti a) alternátor
b) motor
- poháněcí stroj otáčí buzeným rotorem, který vytváří ve statoru periodicky proměnné stat pole, jehož účiníkem se ve stat vinutí indukuje napětí, jehož funkce je přímo úměrná otáčkám; kotvou je stator - jestliže půs vnější síly roztočíme motor na otáčky blížící se ot ns budou se nesouhlasné poly ……….a rotor se bude samostatně synchron ot s mag polem statoru i po odpojení pom roztač motoru; kotvou je rotor
5. provoz alternátorů - alternátor se v praxi může vyskytovat jako samostatně pracující a nebo pracující paralelně a) spouštění – spustit alt znamená splnit podm tzv paralelní spolupráce což znamená že na stav sítě a alt musí být splněno: - shodnost napětí – nastavením Ib - shodnost frekvencí – n=ns - shodnost sledu fází – při 1. Spuštění - shodnost okamžitých hodnot napětí - připojení pomocí spínače s přifázování k síti „na tmu“
6. synchronní motor a) vlastnosti - po přifázování synchr motoru má rotor motoru stejné otáčky jako synchronní n=ns. Z konstr hlediska není rozdíl mezi motorem a alt. Motory s ot do 1500za min jsou konstr s vyjádřenými póly n=1500-3000za min mají hladký rotor = turbomotory b) spuštění, rozběh - aby se nemuselo provádět přifázování provádíme rozběh takto: - rozběh pomocí motoru po dosažení synchr rychlosti rozběhového motoru se stroj připojí a nabudí se
- asynchronní rozběh – motor se rozbíhá jako asynchronní motor a to pomocí vinutí umístěného v rotoru motoru. Motor nesmí být nabuzen. To se udělá až při rychlosti blízké synchronní rychlosti. Motor se pak vtáhne do synchronismu - kmitočtový rozběh – f~n stroj se připojí k síti f->0 stroj se pak vtáhne do synchronismu a pak se zvyšuje f->fn d) řízení otáček
e) zákl char
f) výhody X nevýhody synch motoru - výhody (konst otáčky, které nezávisí na zatížení a U sítě; možnost dodávky jalové energie do sítě ->lepší účiník; stabilnější při poklesech napětí; vykazuje větší účinnost než asynchronní motor stejného výkonu) - nevýhody (složitější motor, neboť je třeba budící systém; problematičtější při spouštění, neboť je nutné provést přifázování, nebo rozběh pom. motorem, asynchroní rozběh, kmitočtový rozběh; nemá záběrný moment, proto se sám neroztočí; má meněí mom přetižitelnost než motor asynchronní; donedávna obtížné řízení ot dnes už ne díky měničům frekvence 3.7. Speciální stroje - jedná se o stroje zvláštní konstrukce, principem činnosti nebo použitím 1. komutátorové motory 2. krokové motory 3. lineární motory 4. motory s el komutací 1. komutátorové motory - nazývají se tak protože na rotoru je umístěn komutátor; jsou napájeny z 1 nebo 3faz sítě - konstrukce - stator (vyjádřené poly u malých X drážky s vinutím u větších) - vzduch mezera - rotor (kotva, opatřen komutátorem jako u ss strojů – drážky s vinutím) - rozdělení - kom motory - trojfázové (už se nepoužívají) - jednofázové komut motor sériové – používají se dnes; větší otáčky než AS
- schéma zapojení
- princip působení (činnosti) – viz ss stroj - výkon, moment, otáčky
- řízení otáček a) spouštěčem (nehospodárné, vhodné pro malé výkon, používalo se hlavně dříve b) transformátorem c) elektronicky (bez kontaktní, umožňuje brždění a spouštění; vlastní spínací tyristor)
- výhody - nevýhody
- velký záběrný mom motoru; velké otáčky; dnes spouštění hlavně el - velký záv ot na zatížení; složitější konstrukce; mech komut – složitá výroba; nutnost odrušení
- použití a) menší výkony
b) větší výkony 2. krokové motory
- ruční nářadí (vrtačky, brusky) - domácí spotřebiče (vysavač, fén) - zubní vrtačky - el 1 faz trakce (lokomotivy)
- pohyby jsou nespojité po krocích.k řízení slouží ovladač. 60ta leta vznik a) krok - mech odezva rotoru na 1 řídící impuls, přičemž rotor vykonává pohyb z vých mag klidové polohy do nejbližší mg klid polohy b) velikost kroku (alfa) - úhel daný konstrukcí a způsobem ovládání motoru
c) ovladač krok motoru – řídí funkční pohyb a režimy chodu krok mot d) momentová char – M=f(f) závisí na kmitočtu motoru
1. konstrukce
2. rozdělení - podle rotoru - KM s pasivním rotorem (jen z plechů) - KM s aktivním rotorem (perm mag) - podle počtu fází - dvoufázové - čtyřfázové - osmifázové a vícefáz 3. použití - letectví a kosmonautika – antény, sondy, kamery - automobilová technika – polohování sedaček, zpětných zrcátek - lékařství – čerpadla krve, dávkovače léků, umělé končetiny - přístrojová technika – pohony ventilů, souřadnicové zapisovače - průmyslový automatizace a robotika – výměníky nástrojů, manipulátory - papírny, textilní stroje, zabezpečovací, bankomaty 3. lineární motory - točivé 3 fáz motory rozvinuté rotory. Místo toč mag pole vznikne pole postupné, které svým účinkem posouvá rozvinutý rotor LM vytvářejí lin pohyb; 1905 – Alfred Zelen; 1980 – první LM s pev mag 1. konstrukce
2. rozdělení - AS lin motory - Syn lin motory 3. použití, výhody, nevýhody - pohon dveří výtahů; ovládání ventilů, obsluha výhybek, pohon vibračních strojů, pohon holících strojků, pohon testovacích zař pro vozidla, doprava tekutých kovů ve slévárnách, výrobní stroje, robotika - velká rychlost posuvu (20m/s), přesné polohování, opakovatelnost - vyšší cena, složitější konstrukce, problém v přívodu el energie 4. motory s el komutací - elektronicky kom motor, EC motor, BLDC motor, bezkomutárový motor, bezkartáčový - zatímco ss motor má el mag nebo perm mag na statoru a v rotoru vinuti EC motor má mag na rotoru a vinutí na statoru. Funkcí komutátoru (mechanického viz ss stroje) přebírá tranzistorový měnič který dle polohy rotoru přepíná proud do jednotlivých stator vinutí - komutace – přepínání proudu do sekcí vinutí statoru na základě informace o poloze rotoru - el komutace – mech komutátor je nahrazen elektronikou
El. komut motor
- porovnání EC motorů s ostatními - klas synchro sroje se sami nerozběhnou - asynchro stroje jsou velmi rozšířené ale k řízení ot potřebují měnič kmitočtu - u ss strojů dochází k opotřebení komutátorů a hlavně uhlík kartáčů - tyto všechny neg vlastností odstraňuje EC motor
- výhody
- rychlý rozběh i při zatížení - velký záběrný moment - jednoduché řízení ot změnou Uin - vysoká účinnost - lepší dyn vlastnosti - menší rozměry - nízká hlučnost - rychlost až 10na5 /min - nevýhody - nutnost tranzist měniče - citlivost na nárazy - omezená prac tep do 200°C - vhodná aplikace EC motorů - robotika(menší roboty, vozítka, kanalizační roboti) - CNC stroje - lékařství (oční lasery, rentgeny, CKG) - ruční nástroje - tiskárny a kopírky - navigační technika
3.8. Elektrické pohony - el pohon je zařízení pro el mech přeměnu energie které slouží k tomu aby předepsaným způsobem uvedlo poháněcí pracovní mechanismus do požadovaného pohybového stavu 1. úvod do el pohonů a) výhody - rychlá, téměř okamžitá pohotovost nasazení - jednoduchá změna mech. veličin – mom.; rychlost; poloha - snadná reverzovatelnost (změna smyslu ot) - možnost krátkodobého přetížení - snadná údržba nevýhody - závislost na přívodu el energie b) rozdělení el pohonů (EP) - druh pohybu - toč pohon - netoč pohon - druh - stejnosměrný pohon (DC drive) - střídavý pohon (AC drive) - krokový - druh řízení - ovládaný pohon - regulovaný pohon c) bloková schémata
- mechanické vlastnosti - základní pojmy
- rozběh a urychl (M –> Mp) - ustálený chod (M=Mp) - zastavení a zpomalení (M<Mp)
a) rozběh a zrychlení
- spouštění je činnost potřebná pro rozběh pohonu b) ustálený chod - M=Mp – soustava se pohybuje ustálen rychl nebo otáčkami
c) zastavení a zpomalování - nedostatek hnacího mom - n2->n1->0 (zpomalení a zastavení) - Maz (zpomalovací mom; dynamický mom) - zastavení - doběh (přerušení dodávky el energie, nebrzdím Mp=-Ma1 - zvolněné (postupně zmenšují přívod el en M=Mp+Ma2 - zrychlené (el pohon brzdíme mech nebo el Mp+Mf+Ma2=0 - zatěžovací charakteristika
