Elektrické stroje 2
Osnova kurzu 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13)
Úvodní informace; zopakování nejdůležitějších vztahů Základy teorie elektrických obvodů 1 Základy teorie elektrických obvodů 2 Základy teorie elektrických obvodů 3 Základy teorie elektrického pole 1 Základy teorie elektrického pole 2 Základy teorie elektrického pole 3 Rozvod elektrické energie Elektrické stroje 1 Elektrické stroje 2 Výroba elektrické energie Elektronické prvky Elektronické přístroje Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
1
Elektrické stroje 2
Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní stroje – konstrukce Synchronní stroje - provoz Asynchronní stroje – princip funkce Asynchronní stroje – konstrukce Asynchronní stroje - provoz Komutátorové stroje – princip funkce Komutátorové stroje – konstrukce Komutátorové stroje – provoz Lineární motory Krokové motory Univerzální komutátorové motory Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
2
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – princip funkce Vznik točivého pole
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
3
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – princip funkce Vznik točivého pole
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
4
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní otáčky
Synchronní otáčky Otáčky shodné s hnacím mechanizmem nsynch = n nsynch= 3000 ot min-1⇔f = 50 Hz nsynch= 3600 ot min-1⇔f = 60 Hz
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
5
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – princip funkce Vztah mezi elektrickým a mechanickým úhlem
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
6
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – princip funkce Vztah mezi elektrickým a mechanickým úhlem
E =p⋅M p – počet pólpárů Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
7
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – princip funkce Pólpáry
Počet pólpárů rotoru a statoru musí být vždy shodný! Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
8
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní otáčky ns = f * 60 / p ns synchronní otáčky f frekvence nap. napětí p počet pólpárů
p ns
Synchronní ot. při f = 50 Hz 1 2 3 4 5 3 000 1 500 1 000 750 600
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
9
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – princip funkce Rozdělení synchronních strojů
vstup
výstup
název Generátory
turboalternátory hydroalternátory
mechanická
elektrická
elektrická
mechanická
synchronní motory
elektrická
elektrická
synchronní kompenzátory
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
10
Elektrické stroje 2
Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní stroje – konstrukce Synchronní stroje - provoz Asynchronní stroje – princip funkce Asynchronní stroje – konstrukce Asynchronní stroje - provoz Komutátorové stroje – princip funkce Komutátorové stroje – konstrukce Komutátorové stroje – provoz Lineární motory Krokové motory Univerzální komutátorové motory Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
11
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Obecná konstrukce stroje Hlavní obvody Hledisko mechanické
elektrické
stator rotor
budící vinutí indukt <=> kotva Sběrací ústrojí
Způsob chlazení Konstrukční uspořádání
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
12
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Třífázové stroje (jednofázové výjimka) Velké výkony Budící vinutí (induktor) - rotor - dva kroužky Kotva (indukt) - stator Výhoda: střídavá napětí (6; 22; 35 kV) - bez kluzných kontaktů
Malé výkony Budící vinutí (induktor) - stator Kotva (indukt) - rotor - tři kroužky
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
13
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Stator Složený z plechů stažený svorníky Vinutí velký krok
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
14
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Stator
čelo aktivní délka - L krok cívky (závitu) - y čelo, vývody Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
15
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Zapojení statoru – hvězda Y
Zapojení statoru – trojúhelník D
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
16
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Rozdělení synchronních strojů Stroj s vyniklými póly
Stroj s hladkým rotorem
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
17
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Rotor Hladký rotor
Vysoké rychlosti Frézovaný výkovek Vinutí zaklínováno v drážkách
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
18
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Rotor Rotor s vyniklými póly – pomaluběžný stroj
Rotorová hvězda Póly Pólové nástavce
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
19
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Rotor
Rotor s vyniklými póly 2 pólpáry ⇔ 1500 ot min-1 Tlumící vinutí Funkce klecového vinutí Asynchronní rozběh
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
20
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Provedení vodorovné - turboalternátor (motor) S budičem na hřídeli
Statická budící souprava
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
21
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Provedení svislé - hydroalternátor (motor) S budičem na hřídeli
Statická budící souprava
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
22
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Výkon a hlavní rozměry stroje D F= BIl M= F 2 1 I = A π D k V cos ϕ 2
P= Mϖ
n 1 D P = B A π D k V cos ϕ l 2 π 60 2 2
P π2 = k V A B cos ϕ = C 2 D l n 120
P - výkon M - moment síly D - průměr rotoru (vrtání statoru) B - mg indukce I - proud statoru A - proudová hustota statoru kV - koeficient vinutí statoru Cos ϕ - účiník
2
P=D ⋅l⋅n⋅C Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
23
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – konstrukce Mezní rozměry turbogenerátorů Způsob chlazení
2p
D [m]
l [m]
P [MVA]
nepřímé vzduchem
2
1,2
7
70
nepřímé vodíkem
2
1,2
7
160
2
1,3
8
2 300
4
2,2
13
3 000
přímé vodou
supravodivý rotor
2 4
projekt
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
4 000 7 000
24
Elektrické stroje 2
Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní stroje – konstrukce Synchronní stroje - provoz Asynchronní stroje – princip funkce Asynchronní stroje – konstrukce Asynchronní stroje - provoz Komutátorové stroje – princip funkce Komutátorové stroje – konstrukce Komutátorové stroje – provoz Lineární motory Krokové motory Univerzální komutátorové motory Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
25
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – provoz Podmínky paralelní spolupráce
Síť - stroj 1. Shodný sled fází. kontrola při výstavbě a po každé rekonstrukci. 2. Shodné napětí. Regulace buzením. 3. Shodné otáčky. Regulací výkonu pohonné jednotky.
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
26
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – provoz Fázování na světlo
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
27
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – provoz Fázování na tmu
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
28
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – provoz Synchronní generátor Konstrukce a použití: • Rotor - budící vinutí – buzení pomocným dynamem, nebo statickou budící soupravou • Rychloběžné stroje – 3 000 ot min-1; pohon parní nebo spalovací turbína • Pomaluběžné stroje – pohon vodní turbína Provoz: Rozběh naprázdno: turbínou Fázování Postupné zatěžování
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
29
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – provoz Synchronní motor Konstrukce a použití: • rotor - permanentní magnet - malé pohony - regulační technika, zapisovače • rotor - budící vinutí - velké pohony Provoz: Rozběh naprázdno: pomocným pohonem nebo asynchronní vinutí na rotoru Fázování jako u generátoru Postupné zatěžování Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
30
Elektrické stroje 2
Synchronní stroje – provoz Synchronní kompenzátor Použití: vyrovnávání odběrů jalové energie v síti Spotřeba činné energie - pokrytí, mechan. a ventilačních ztrát Provoz: Rozběh pomocný pohon nebo asynchronní vinutí Přifázování Provoz - změna buzení => změna dodávky jalové energie
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
31
Elektrické stroje 2
Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní stroje – konstrukce Synchronní stroje - provoz Asynchronní stroje – princip funkce Asynchronní stroje – konstrukce Asynchronní stroje - provoz Komutátorové stroje – princip funkce Komutátorové stroje – konstrukce Komutátorové stroje – provoz Lineární motory Krokové motory Univerzální komutátorové motory Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
32
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – princip funkce Rozdělení asynchronních strojů vstup
výstup
název
mechanická
elektrická
Asynchronní Generátory
elektrická
mechanická
Asynchronní motory
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
33
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – princip funkce Indukované napětí v závitu
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
34
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – princip funkce Uvolníme-li závit => otáčí se ve smyslu otáčení vnějšího magnetického pole n < nsynch
Skluz
nSÍ nSY= p
SY −R nSY −nR s= = SY nSY
Skluz zatíženého motoru s = 0,02 až 0,1
nR=1−s⋅nSY
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
35
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – princip funkce Momentová charakteristika Klosův vztah szv skluz zvratu
M=Mmax⋅
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
2 szv s s szv 36
Elektrické stroje 2
Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní stroje – konstrukce Synchronní stroje - provoz Asynchronní stroje – princip funkce Asynchronní stroje – konstrukce Asynchronní stroje - provoz Komutátorové stroje – princip funkce Komutátorové stroje – konstrukce Komutátorové stroje – provoz Lineární motory Krokové motory Univerzální komutátorové motory Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
37
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje - konstrukce Uložení •Patkový •Přírubový Počet fází
Magnetický obvod statoru a vinutí statoru – jako u synchronního stroje
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
38
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – konstrukce Zapojení statoru - hvězda
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
39
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – konstrukce Zapojení statoru - trojúhelník
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
40
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – konstrukce Magnetický obvod rotoru – složené plechy Vinutí rotoru – vyvedené na kroužky, nebo zapojené do krátka (klecové vinutí) Kroužkové motory
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
41
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – konstrukce Zapojení kroužkového asynchronního motoru
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
42
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – konstrukce Zapojení rotoru do krátka – klecové vinutí
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
43
Elektrické stroje 2
Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní stroje – konstrukce Synchronní stroje - provoz Asynchronní stroje – princip funkce Asynchronní stroje – konstrukce Asynchronní stroje - provoz Komutátorové stroje – princip funkce Komutátorové stroje – konstrukce Komutátorové stroje – provoz Lineární motory Krokové motory Univerzální komutátorové motory Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
44
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – provoz Rozběh asynchronního stroje 1. 2.
Zvětšení záběrového momentu Omezení záběrového proudu
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
45
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – provoz Rozběh kroužkového asynchronního motoru pomocí proměnného odporu v rotoru
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
46
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – provoz Rozběh asynchronního stroje 1. 2.
Zvětšení záběrového momentu Omezení záběrového proudu
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
47
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – provoz Rozběh klecového asynchronního motoru pomocí proměnného odporu v rotoru
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
48
Elektrické stroje 2
Asynchronní stroje – provoz Rozběh asynchronního motoru změnou napětí ve statoru Přepínání hvězda trojúhelník
Rozběh asynchronního motoru změnou napětí ve statoru
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
49
Elektrické stroje 2
Lineární motory Konstrukce motoru
Porovnání charakteristik
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
50
Elektrické stroje 2
Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní stroje – konstrukce Synchronní stroje - provoz Asynchronní stroje – princip funkce Asynchronní stroje – konstrukce Asynchronní stroje - provoz Komutátorové stroje – princip funkce Komutátorové stroje – konstrukce Komutátorové stroje – provoz Lineární motory Krokové motory Univerzální komutátorové motory Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
51
Elektrické stroje 2
Krokové motory
●
Pohon bez zpětné vazby
●
Stator cívky (4; 8; 16; 32; atd.) - cívková rozteč = krok
●
Rotor – permanentní magnet vrubovaný – počet vrubů je shodný s počtem cívek statoru Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
52
Elektrické stroje 2
Krokové motory
Princip funkce ●
Cívkou protéká proud
●
Magnetické pole pootočí rotor
●
Postupné spínání – otáčení rotoru Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
53
Elektrické stroje 2
Krokové motory ●
●
●
●
●
● ●
Označení cívek po směru hodinových ručiček Krokový motor unipolární – napájení jedné cívky Výhody: Menší procházející proud motorem Nevýhody: Menší přesnost řízení a kroutící moment Krokový motor bipolární – současné napájení protilehlých cívek Výhody: Větší kroutící moment Nevýhody: Vyšší spotřeba proudu
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
54
Elektrické stroje 2
Krokové motory Počet fází motoru – počet kroků ● Jednofázový motor ● Dvoufázový motor
Cívka Krok1 Krok2 Krok3 Krok4 Krok5
1 1 0 0 0 1
2 0 1 0 0 0
3 0 0 1 0 0
4 0 0 0 1 0
Cívka Krok1 Krok2 Krok3 Krok4 Krok5 Krok6 Krok7 Krok8 Krok9
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
1 1 1 0 0 0 0 0 1 1
2 0 1 1 1 0 0 0 0 0
3 0 0 0 1 1 1 0 0 0
4 0 0 0 0 0 1 1 1 0 55
Elektrické stroje 2
Krokové motory
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
56
Elektrické stroje 2
Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)
Synchronní stroje – princip funkce Synchronní stroje – konstrukce Synchronní stroje - provoz Asynchronní stroje – princip funkce Asynchronní stroje – konstrukce Asynchronní stroje - provoz Komutátorové stroje – princip funkce Komutátorové stroje – konstrukce Komutátorové stroje – provoz Lineární motory Krokové motory Univerzální komutátorové motory Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
57
Elektrické stroje 2
Univerzální komutátorové motory Princip funkce: Sériový stejnosměrný motor – napájení střídavým napětím Konstrukce: Magnetický obvod rotoru i statoru – složený z plechů. Budící vinutí méně závitů nežli stejnosměrný motor Provoz: Obvyklá velikost do 1,5 kW a otáčky do 30 000 ot min-1 Otáčky závislé na zatížení podobně jako u ss motoru Použití domácí jednofázové elektrospotřebiče
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
58
Elektrické stroje 2
Použitá literatura: 1) BASTIAN P. A kol. - Praktická elektrotechnika; Europa Sobotáles Praha 2006; ISBN 80-86706-15-X 2) H ÄBERLE G. a kol. - Elektrotechnické tabulky pro školu i praxi; Europa Sobotáles Praha 2006; ISBN 80-86706-16-8 3) HEŘMAN a kol – Příručka silnoproudé elektrotechniky; SNTL Praha 1984 4) MATĚNA Š. - Výroba a rozvod elektrické energie II; SNTL Praha 1975 5) TKOTZ K. – Příručka pro elektrotechniky; Europa Sobotáles Praha 2002; ISBN 80-86706-00-1 6) VOŽENÍLEK P. – Kurs elektrotechniky; SNTL Praha 1988
Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
59
Elektrické stroje 2
Opakovací otázky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15)
Vysvětlete co jsou to synchronní otáčky. Vysvětlete vznik točivého magnetického pole. Popište obecnou konstrukci stroje. Vysvětlete na čem záleží výkon stroje. Popište provedení turbogenernátoru. Popište provedení hydrogenerátoru. Popište podmínky paralelní spolupráce a fázování. Vysvětlete princip činnosti asynchronního stroje. Vysvětlete pojem skluz. Popište momentovou charakteristiku asynchronního stroje. Rozdělení asynchronních strojů. Popište konstrukci asynchronního stroje a zapojení. Rozběh asynchronního motoru. Popište princip lineárního motoru. Vysvětlete funkci krokového a univerzálního komutátorového motoru. Elektrotechnika a elektronika - Doc. J. Šípal PhD
60
