elektrický proud I, i A*ampér+ je to uspořádaný pohyb volných nábojů v jednom směru

1. ELEKTRICKÉ OBVODY -

Je to systém, ve kterém probíhá přeměna el. energie za účelem plnění určitých funkcí, a který lze popsat pomocí napětí a proudu el. obvod je složen z obvodových prvků, které jsou navzájem propojeny každý ele. obvod se dá znázornit elektrotechnickým schématem, kde se používá normalizovaných značek

1. 1

základní veličiny a zákony

a) základní veličiny elektrický nábojQ, q A*s, C [ampér sekunda, coulomb]  je to míra elektrických vlastností materiálního objektu, které se navenek projeví jako silové pole elektrický proud I, i A*ampér+  je to uspořádaný pohyb volných nábojů v jednom směru

elektrické napětí U, u V [volt]  je to rozdíl potencionálu ve dvou bodech elektrický potenciál V,ϕ,… V[volt]  je dán prací, která je potřebná k přenesení náboje Q z jednoho místa do druhého

elektrický odpor

R

Ω[ohm]

b) základní zákony Ohmův zákon  napětí u koncového vodiče je přímo úměrné proudu, přičemž konstantou úměrnosti je elektrický odpor vodiče

o

Kirchhoffovy zákony KZ 1. KZ: algebraický součet všech proudů v uzlu je roven 0  uzel je vodivé spojení minimálně 3 vodičů  proudy do uzlu vtékající se musí rovnat proudům z uzlu vytékajícím

∑ o

2. KZ: algebraický součet všech napětí ve smyčce je roven 0 

1. 2

rozdělení elektrických obvodů

a) účel, kterému elektrický obvod slouží o obvody pro přenos energie  silnoproudé obvody  příklad: stroj zapojený v elektrickém obvodu o obvody pro přenos informací  slaboproudé obvody  dělí se:  analogové obvody o zpracovávají spojitou veličinu o zesilovače  číslicové obvody o zpracovávají diskrétní (nespojitou) veličinu o mikroprocesory  příklad: integrovaný obvod b) teorie elektromagnetického pole o obvody se soustředěnými parametry o obvody s rozloženými parametry  příklad: elektrické vedení c) linearita obvodů o obvody lineární  obsahují pouze lineární prvky

o

obvody nelineární

d) stav v jakém se elektrický obvod nachází o stejnosměrné obvody  je typický stejnosměrný ustálený stav

1. 3

o

střídavé obvody  je typické, že se obvodové veličiny (u, i) v závislosti na čase mění

o

obvody v přechodném neustáleném stavu  obvod přechází z jednoho ustáleného vztahu do druhého

prvky elektrických obvodů

a) rozdělení o počet svorek, kterými je prvek připojen do obvodu  dvojpóly  trojpóly  čtyřpóly  n- póly o energetické hledisko  pasivní prvky  spotřebovává energii a mění ji  žárovka  aktivní prvky  vytváří energii  zdroj o stupeň idealizace prvku  ideální prvky  vlastnosti lze vyjádřit pouze jedním parametrem  reálné (skutečné) prvky  musíme brát v úvahu více parametrů  linearita prvků  lineární  nelineární b) vlastnosti – popis o pasivní ideální prvky  rezistor  lze ho charakterizovat nevratnou přeměnou elektrické energie na energii tepelnou  jediným a konstantním parametrem je elektrický odpor „R“

o



induktor  vyznačuje se schopností akumulovat a vydávat bezestrát energii magnetického pole  jediným a konstantním parametrem je indukčnost „L“  induktor se u stejnosměrného proudu chová jako zkrat  energie:



kapacitor  vyznačuje se schopností akumulovat akumulovat a vydávat bezestrát energii elektrického pole  jedním a konstantním prvkem je kapacita „c“  u stejnosměrného proudu se chová jako nekonečně velký odpor  energie:

pasivní reálné prvky  rezistor  u reálného rezistoru se elektrická energie mění nejenom v teplo, ale také v energii elektrického a magnetického pole a to uvnitř rezistoru a v jeho okolí  jestliže rezistorem prochází stejnosměrný proud nebo střídavý nižších kmitočtů energie magnetického a elektrického pole tedy nejsou ovlivňovány vlastnostmi rezistorů  proto tyto vlastnosti jsou prakticky stejné jako u ideálního rezistoru  cívka  ideální rezistor a induktor zapojený v sérii



kondenzátor  ideální paralelní spojení rezistoru a kapacitoru

o

aktivní ideální prvky  k aktivním prvkům patří zdroje:  napěťový zdroj (stejnosměrný i střídavý)  proudový zdroj (stejnosměrný i střídavý, nebudeme se zabývat)  napěťový zdroj

o

aktivní reálné prvky  

1. 4

stejnosměrné obvody

Ve stejnosměrných obvodech se uplatní pouze rezistory. a) metoda postupného zjednodušování obvodu o tato metoda je vhodná pro obvody s jedním zdrojem o skupiny rezistorů nahrazujeme jedním rezistorem, kde jeho odpor rezistory zapojené v sérii

o

skupiny rezistorů nahrazujeme jedním rezistorem, kde jeho odpor

∑

∑

, pro

, pro

rezistory zapojené paralelně

o

zapojení sério-paralelně

b) řešení obvodů Kirchhoffovými zákony o metoda je vhodná pro obvody s více zdroji

Př. Je dán obvod dle obr. 4 je dáno U1, U2 a dále R1, R2, R3 hledáme: a) proudy tekoucí jednotlivými prvky obvodu b) proudy tekoucí jednotlivými větvemi obvodů (větev je vodivé spojení mezi dvěma uzly obvodu) c) proudy I1, I2, I3 postup řešení: - volím čítací šipky u napětí a proudů a dále volím směr oběhu ve smyčkách - sestavím všechny rovnice podle I. Kirchhoffova zákona - sestavím všechny rovnice podle II: Kirchhoffova zákona Jestliže se objeví záporná hodna, máme naopak směr

1. 5

střídavé obvody

Harmonické střídavé obvody v ustáleném stavu 1. základní pojmy: i – okamžitá hodnota proudu t – čas Im – amplituda T – perioda ωt – časový úhel

2. výkon harmonického proudu

3. chování některých pasivních prvků v obvodu harmonického proudu - rezistor o porovnáváme napětí a proud:  napětí je harmonické (sin)  napětí je stejného kmitočtu (ωt)  napětí má taky nulovou počáteční fázi o napětí je ve fázi s proudem

o

tvar Ohmova zákona pro maximální hodnoty: √

( o

-

)

vynecháváme fázorové diagramy

induktor o obr 1 o porovnání napětí a proudu:  napětí na induktoru je harmonické (sin)  napětí předbíhá proud o úhel (π/2)  napětí je stejného kmitočtu (ω) o vynecháváme fázorové diagramy

4. měření výkonu ve stejnosměrných a střídavých obvodech a) stejnosměrný obvod o metodou přímá  použijeme wattmetr o metodou nepřímá  spočívá ve změření napětí a proudu (volt a ampérmetr) a vynásobím veličiny mezi sebou b) střídavý obvod o jednofázové obvody  wattmetr 5. trojfázové obvody - v průmyslové praxi jsou však rozšířenější trojfázové obvody - používáme z těchto důvodů: o trojfázovým obvodem se přenese větší výkon o trojfázový proud vytváří točivé magnetické pole, které je základem pro činnost střídavých elektrických strojů o trojfázovými obvody se šetří vodiče - trojfázový obvod se skládá ze tří obvodů jednofázových, z nichž každý obsahuje zdroj, vedení a spotřebič - dílčí obvody nazýváme fázemi trojfázového obvodu -

jednotlivé zdroje a spotřebiče jsou spojeny do jednoho konstrukčního celku – trojfázového zdroje a trojfázového spotřebiče:

-

toto spojení může být do hvězdy (ozn. Y nebo ʎ) nebo do trojúhelníku (ozn. D nebo trojfázové obvody jsou součástí trojfázových soustav trojfázový zdroj a spotřebič jsou spojeny do hvězdy obr 3 zapojení do hvězdy vytváří čtyř-vodičovou sestavu trojfázový výkon: √ měření trojfázového výkonu: o záleží na zapojení zátěže (hvězda nebo trojúhelník) a je-li souměrná (nebo nesouměrná)

-

)

-

zdroj je zapojen do hvězdy a spotřebič je zapojen do trojúhelníka: o obr 4

2. ELEKTRONICKÉ OBVODY -

2. 1 -

2. 2

elektronické obvody můžeme definovat podobně jako elektrické, avšak elektronické obvody navíc obsahují tzv. elektronické prvky elektronický prvek je prvek, jehož činnost je založena na tzv. PN – přechodu PN – přechod je přechod mezi dvěma typy nevlastních polovodičů

Základní pojmy z teorie polovodičů vlastní polovodiče nevlastní polovodiče PN – přechod

Polovodičové prvky

-

polovodičová dioda o definice: Polovodičová dioda je elektrotechnická součástka, jejímž úkolem v elektrickém obvodu je propouštět elektrický proud jedním směrem. o značka:

-

stabilizační (Zenerova) dioda o definice: Zenerova dioda, je polovodičová dioda s přechodem PN, která se užívá především ke stabilizaci napětí o značka:

o

VA charakteristika

-

tyristor o definice: Tyristor je polovodičová součástka sloužící ke spínání elektrického, fungující jako řízený elektronický ventil. o značka:

o o

struktura VA charakteristika

-

tranzistor o definice  je to polovodičová součástka, kterou tvoří dvojice přechodů PN o rozdělení  Bipolární (Jsou řízeny proudem do báze)  Unipolární (Jsou řízeny napětím (elektrostatickým polem) na gate) o bipolární tranzistory  struktura  značka  základní zapojení

2. 3

Elektronické obvody

operační zesilovače (OZ) - jsou několikastupňové zesilovače s velkým napěťovým zesílením, velkým vstupním odporem a malým (zanedbatelným) výstupním odporem - rozdělení: o reálné  velké napěťové zesílení, velký vstupní odpor, malý výstupní odpor o ideální  napěťové zesílení nekonečně velké (AU = nek)  Au - činitel napěťového zesílení  vstupní odpor je nekonečně velký (Rvs = nek)  výstupní odpor je roven nule (Rvýst = 0) - značka:

-

použití: a) invertující zesilovač

R1 – vstupní rezistor R2 – zpětnovazební rezistor (zpětná vazba zlepšuje vlastnosti zesilovače)

b) neinvertující zesilovač

R1 – vstupní rezistor R2 – zpětnovazební rezistor (zpětná vazba zlepšuje vlastnosti zesilovače)

Au = 1 … napěťový sledovač (na vstupu i výstupu je stejné napětí)

Pomocí operačních zesilovačů sestavíme jakýkoliv obvod.

2. 4 -

-

Stabilizátory stabilizátory jsou analogové elektronické obvody, které slouží ke stabilizaci napětí nebo proudu stabilizace … udržení určité hodnoty

rozdělení: o stabilizátor napětí o stabilizátor proudu

nejsou pro nás tak důležité, ale pro praxi jsou důležité

STABILIZÁTORY NAPĚTÍ - rozdělení: o parametrické  jsou konstrukčně jednodušší  slouží ke stabilizaci menších hodnot napětí (jednotky voltů) Rz – zátěž ZD – Zeyerova dioda

o

-

se zpětnou vazbou  konstrukčně složitější, obsahují více prvků  slouží ke stabilizaci i vyšších hodnot napětí  patří sem integrované stabilizátory:  MAA 723  MA 7805  MA 7812  MA 7815  MA 7824 o poslední dvojčíslí znamená stabilizované napětí parametry stabilizátoru o činitel stabilizace:

o

diferenciální výstupní odpor rD

-

charakteristiky stabilizátorů o převodní u

o

výstupní

3 ELEKTRICKÉ STROJE Elektrickým strojem nejobecnějším smyslu rozumíme zařízení pro přeměnu energie. Má obvykle jeden nebo více vstupů, jimiž do něho energie vstupuje a jeden nebo více výstupů, jimiž z něj energie vystupuje.

3. 1 Rozdělení elektrických strojů 1. Směr toku a druhu vstupující a vystupující energie a) generátory o přeměňují mechanickou energii na elektrickou b) motory o přeměňuje elektrickou energii na mechanickou c) měniče o přeměňují elektrickou energii určitých parametrů na elektrickou energii parametrů jiných (kmitočet, …) d) speciální stroje o stroje, které mají zvláštní konstrukci, princip činnosti nebo jsou typické specifickým využitím v praxi 2.

Pohyb pracovních částí a) stroje netočivé o pracovní části se nepohybují o příklad: transformátor… o řadí se sem i stroje, které se pohybují ale ne rotačně (krokové motory…) b) stroje točivé

3. Druh přeměňované elektrické energie a) střídavé o běžné stroje (transformátor, asynchronní motor…) o jednofázové o vícefázové (především trojfázový) b) stejnosměrné 4. Vlastní princip činnosti a) transformátory b) asynchronní stroje c) synchronní stroje d) stejnosměrné stroje e) speciální stroje

3. 2 Hlavní aktivní části elektrických strojů -

indukční zákon (zákon elektromagnetické indukce) na jeho principu fungují všechny elektrické stroje: Při pohybu vodičů v magnetickém poli nebo při časové změně magnetického toku spjatého s elektrickým obvodem se ve vodičích nebo elektrickém obvodu indukuje elektrické napětí a je-li obvod uzavřen, vzniká elektrický proud. -

magnetické pole je vytvořeno v magnetickém obvodu stroje elektrický proud protéká vodiči, které je uspořádáno do vinutí magnetický obvod a vinutí jsou hlavní aktivní části každého elektrického stroje

MAGNETICKÝ OBVOD: - má tvar podle druhu stroje - je tvořen aktivním železem - dělení: o stejnosměrné stroje  v tomto magnetickém obvodu nevznikají ztráty, proto magnetický obvod je z kompaktního materiálu o střídavé stroje  v tomto magnetickém obvodu vznikají ztráty (vířivé proudy, hysterezní ztráty)  magnetický obvod se skládá z jednotlivých plechů a izolace (vrstva vzniklá fosfátováním)  plechy o různé tloušťky 0,3 – 0,5 mm o přidává se křemík, zmenšuje ztráty o elektrotechnické plechy  u všech ostatních strojů  mají do 3,5% Si o transformátorové  u transformátorů  až 4% Si - vinutí (cívka) o prochází jím elektrický proud o vyrábí se z mědi velmi ojediněle hliník o cívka a izolace  izolační odpor Ri bývá ve 100 MΩ  je z materiálu, který musí vydržet teplotu chodu stroje  dělí se do teplotních tříd: teplota, kterou materiál snese  Y do 90°C  A, B, H, …  F (do 155°C slída, azbest, skleněné vlákna, zpevněné epoxidovou pryskyřicí) o obr 1

3. 3 Transformátory -

je to netočivý elektrický stroj, u něhož se časovou změnou magnetického toku indukuje ve vodičích napětí - používá se ke změně napětí střídavého proudu, při konstantní frekvenci 1. rozdělení transformátorů o podle použití:  pro přenos elektrické energie T – zvyšovací T – snižovací generátor

vedení 

spotřebitel

pro speciální účely  svařovací  pecové  trakční  oddělovací (oddělují dva obvody od sebe, z důvodu bezpečnosti)  přístrojové (měřící) pro použití ve vysokonapěťových obvodech

o

podle počtu fází:  jednofázové  většinou na nižší výkony  trojfázové  většinou na větší výkony

o

chlazení aktivních částí:  vzduchové (suché)  aktivní části chlazeny vzduchem  olejové  aktivní části chlazeny olejem  speciální transformátorový olej, přísady na zpomalení oxidace, stárnutí…  plyn fluorid sírový SF6  hermeticky uzavřen, moc se nepoužívá, ale má výborné vlastnosti

o

uspořádání magnetického obvodu:  jádrové



plášťové

2. štítek transformátorů o označení výrobce o typ transformátoru, sériové číslo o rok výroby o počet fází a jejich zapojení o jmenovitý zdánlivý výkon o jmenovité vstupní a výstupní napětí o jmenovitý vstupní a výstupní proud o napětí na krátko [%] o jmenovitou frekvenci o druh chlazení o teplotní třídu izolace o hmotnost chladiva o celková hmotnost transformátoru

3. provedení jednofázového a trojfázového transformátoru a) jednofázový transformátor o tři základní části  magnetický obvod  jádro  elektrický obvod



 N1 – vstupní napětí  N2 – výstupní napětí mechanické části konstrukce  šrouby, svorníky, konstrukce

b) trojfázový transformátor  magnetický obvod  elektrický obvod  mechanické části konstrukce  nádoba s olejem o vznik trojfázového transformátoru trojfázový transformátor vnikne z 3 transformátorů jednofázových

 

výhody:  v případě poruchy vyměním pouze 1 transformátor nevýhody:  dražší (3 malé transformátory)

společný magnetický obvod, na každém sloupku magnetického obvodu je pro každou fázi vinutí  nejčastěji používaný

4. princip činnosti transformátoru o princip činnosti:  vysvětlíme si na jednofázovém transformátoru  na vstupní vinutí se přivádí vstupní napětí U1, toto napětí protlačuje vinutím proud I1, který vyvolá magnetický tok φ, magnetický tok φ má stejnou frekvenci jako má napětí U1, magnetický tok φ se uzavírá magnetickým obvodem, jeho časová změna vyvolá ve vstupním vinutí indukované napětí , stejná změna magnetického toku působí i na závity výstupního vinutí a indukuje v něm napětí

o

obecně:

(

√

√

)

5. převod transformátoru ( ) bezeztrátový transformátor

transformátor se ztrátami

6. transformátor může pracovat ve třech provozních stavech a) naprázdno b) při zatížení c) nakrátko

TRANSFORMÁTOR NAPRÁZDNO o schéma:

  

o

o

levé straně není zátěž transformátor odebírá proud I0 – tzv. proud na prázdno účiník … z toho vyplívá, že transformátor na prázdno by neměl dlouho pracovat jaké veličiny můžeme určit:  proud naprázdno: I0  ztráty naprázdno: ΔP0  převod napětí naprázdno: p  účiník naprázdno: cos ϕ0 jak ty veličiny změříme

o

jestliže máme trojfázový transformátor pak u ΔP0, U0, I0 bereme průměrnou hodnotu, pak u hodnot fázových, a u hodnot sdružených

o

v praxi se některé veličiny naprázdno vyjadřují v procentních hodnotách:  procentní proud naprázdno

√



procentní ztráty naprázdno

TRANSFORMÁTOR PŘI ZATÍŽENÍ o schéma:

o

o

jaké veličiny můžeme určit:  proudy I1, I2  příkon ΔP1  výkon ΔP2  účiník cosϕ1, cosϕ2 jak je změříme:

TRANSFORMÁTOR NAKRÁTKO o schéma:

o o o

o

vstupní strana je zkratována pokud je to takto zapojeno, tak je to stav nežádoucí, havarijní tento stav se realizuje tehdy, kdy přivedu malé napětí nakrátko Uk (je to takové napětí, které vinutími protlačuje jmenovitý proud) a jsou to jednotky voltů, tohoto stavu se používá k zjišťování některých veličin:  ztráty nakrátko ΔPk  účiník nakrátko cos ϕk jak tyto veličiny změříme:

-o

v praxi se určují procentní hodnoty:  procentní ztráty nakrátko



napětí naprázdno

-

trojfázový transformátor o znak spojení A b číslo (Yy0, Yd1, Dy0, …)  A – zapojení strany vyššího napětí (Y - hvězda, D - trojúhelník)  b – zapojení nižšího napětí (y – hvězdy, d – trojúhelník, z – lomená hvězda)  číslo – hodinový úhel (0 – 11) vyjadřuje fázový posun mezi fázory, fázového vstupního a výstupního napětí stejné fáze, vyjádřený v hodinách (1 hodina = 30°) o vlastnosti trojfázového transformátoru jsme si popsali u jednofázového transformátoru

-

účinnost transformátoru (

)

-

paralelní chod transformátoru o podmínky paralelního chodu:  musí být stejné jmenovité vstupní výstupní napětí  stejné hodinové úhly  přibližně stejná napětí nakrátko

-

speciální transformátory o autotransformátor  má umístěno pouze jedno vinutí

o

o

o o

 mohu mít snižovací nebo zvyšovací  podle konstrukce posunování skokově nebo plynule  použití: zkušebny, laboratoře  jednofázový, trojfázový svařovací transformátor  pro obloukové svařování se používají transformátory, kde na výstupu mohu odebírat proud 20 – 1000 A pecové transformátory  u obloukových pecí se používají jedno nebo trojfázové  indukční pece – jednofázové usměrňovačové transformátory přístrojové (měřicí) transformátory  ve vysokonapěťových obvodech k tomu, abych mohl měřit napětí nebo proud běžnými měřicími přístroji

3. 4 Asynchronní (indukční) stroje AS -

asynchronní stroje jsou stroje, které pracují na principu indukčního zákona a u kterých lze nalézt skluz, což je rozdíl otáček magnetického pole statoru a otáček rotoru udává se [ ] v procentech, bývá do 10%

-

jsou to nejpoužívanější a nejrozšířenější stroje konstrukce a návrh má v součastné době vysokou úroveň nevýhodou těchto strojů je odběr velkého proudu při jejich spuštění (proudový ráz)

1) konstrukce o stator  neotáčivá část o rotor  točivá část -

místo kde se indukuje, napětí se nazývá kotva

2) rozdělení -

asynchronní motory (AM)  podle tvaru rotoru o nakrátko (s klecí), (s kotvou nakrátko)

o

 stator

kroužkový (s vinutým rotorem), (kotvou kroužkovou)

-

 jednofázový, trojfázový  pohony obráběcích strojů, ventilátory, čerpadla, odstředivky, jeřáby, výtahy, pračky asynchronní generátory (AG)  malé vodní elektrárny, větrné elektrárny speciální stroje  lineární motory

3) princip činnosti - vinutím protéká trojfázový proud, kolem vinutí se vytváří magnetické pole, které se otáčí kolem statoru, proto se mu říká točivé magnetické pole - v rotoru se indukuje napětí, rotorem začne protékat elektrický proud, v rotoru se také vytvoří magnetické pole - ns – synchronní otáčky:

p – počet pólových dvojic f – frekvence většinou 50Hz 2p = 6 – šeti pólový stroj 2p = 8 – osmi pólový stroj -

otáčky rotoru: (

-

)

asynchronní motor může pracovat ve třech provozních stavech:  naprázdno o ideální: s = 0, n = ns, I2 = 0 o skutečný: s-> 0, n-> ns, I2 <<  nakrátko – AM je v chodu nakrátko, jestliže jeho motor stojí, na začátku každého rozběhu, a při zastavení vlivem přetížení o n = 0, s = 1, I2 >>  při zatížení

4) asynchronní motor při zatížení - pracovní charakteristiky

-

momentová charakteristika

chybí jedna přednáška!!!! začátek spouštění asynchronního motoru

6) spouštění motoru s odporovou klecí (spouštění odporovou klecí) - závěrný moment - jak zvětšíme odpor klece:  klec zhotovíme z mosazi  alespoň z mosazi vyrobím spojovací kruhy

7) spouštění motoru s dvojitou klecí

-

tvar může být i kruhový i elipsoidní je to speciální tvar klece -> je dražší využívá se u strojů od výkonu 4kW

8) spouštění pomocí vírové klece - používá se u velkých stojů, kde potřebujeme ještě více než 4kW

A) spouštění kroužkového motoru - u tohoto motoru se do rotorového obvodu zapojuje spouštěcí rezistor (spouštěč) s vhodnou velikostí odporu - v tomto případě se zmenší záběrný proud a zvětší záběrný moment - druhy spouštěčů:  kontaktový o je starší o jednoduše se připojuje do obvodu o používal se u jeřábů, je nezničitelný, proto je v laboratoři

 elektronický o odpor se mění elektronicky (je tam pulzní měnič) o využívá se hlavně v automatizaci

9. řízení otáček asynchronní motorů - je to každé úmyslné nastavení otáček na hodnotu rozdílnou od hodnoty jmenovité - možnosti jak řídit otáčky: a) změnou svorkového napětí  je v malém rozsahu

b) změnou frekvence ( 

)

 je potřeba měnič frekvence  je to nejkvalitnější řízení otáček

c) změnou počtu pólů  používá se u obráběcích strojů, dříve u výtahů  je to skoková změna d) změnou skluzu  používá se u motorů s velkým výkonem  řízení je ztrátové, nehospodárné

10. elektrické brždění asynchronních motorů a) brždění protiproudem - zaměním jakékoliv dvě fáze napájecího napětí b) brždění dynamické - odpojím dvě fáze od sítě a do nich přivedu stejnosměrné napětí - použití v moderních lokomotivách, tramvaj… 11. jednofázový asynchronní motor - použití:  v průmyslu pro menší výkony  větší uplatnění je v domácnostech, pro pohon spotřebičů (mohou být pračky, chladničky, ventilátory…) - konstrukce:  rotor  stator o jednofázové vinutí nevybudí točivé magnetické pole, takže se sám nerozběhne, v praxi je vinutí rozděleno na dvě části:  rozběhové vinutí asi 1/3 o připojuje se paralelně k vinutí hlavnímu  zbytek 2/3 tvoří pracovní vinutí (hlavní vinutí) o nejprve se rozběhne rozběhové vinutí, poté se sepne hlavní

3. 5. stejnosměrné stroje jsou to historicky nejstarší elektromagnetické stroje, které mají KOMUTÁTOR (zajišťuje, aby vodič, který se nachází pod pólem, měl stálý směr proudu a tím i tažná síla a točivý moment působili stále stejným směrem) 1. konstrukce - stator

-

rotor  neboli kotva (místo, kde se indikuje napětí)

-

sběrací ústrojí  u jiných strojů není  patří sem: o uhlíkové kartáče  dosedají na komutátor  zajišťují přívod a vývod proudu do vinutí otáčejícího se rotoru  jsou v pouzdrech o pouzdra  jsou upevněna v držácích o držáky kartáčů komutátor ventilátor  způsobuje ochlazování stroje (zlepšují se tím parametry), aby bylo chlazení výkonnější, používám ventilátor přídavný, který je poháněn mimo stroj (nejčastěji pomocí asynchronním strojem s kotvou na krátko)

-

2. rozdělení stejnosměrných strojů A. podle toku energie a. motor b. generátor = dynamo, nebudeme se moc zabývat B. podle druhu buzení (podle toho jak je budící obvod připojen k obvodu kotvi) schéma buzení stejnosměrných strojů permanentní magnety Stejnosměrné Stroje s per. magnety

pomocí elektromagnetů napájení z cizího zdroje SS s cizím buzením

napájení z kotvy paralelní SS s paralelním buzením sériové SS se sériovým buzením smíšené SS se smíšeným buzením

paralelní: budící obvod je zapojen paralelně ke kotvě (neboli derivační) sériové: budící obvod je zapojený do série s kotvou smíšené: budící obvod je zapojen do série nebo i paralelně ke kotvě (kompaudní) a. elektrotechnické schéma stejnosměrný motoru s cizím buzením

b. stejnosměrný motor s paralelním buzením

3. použití stejnosměrných motorů - těžké pohony (dříve: těžní stroje, válcovací stolice, jeřáby, výtahy, elektrická trakce, textilní a papírenský průmysl…) - v současné době elektrická trakce především trolejbusy, tramvaje a lokomotivy - perspektivní jsou stroje s permanentními magnety 4. princip činnosti - pravidlo levé ruky

5. provozní vlastnosti motoru 1) stejnosměrné motory s cizím buzením - prakticky se nepoužívá 2) stejnosměrné motory s paralelním buzením - spouštění motoru  zapnu spouštěč na maximální hodnotu, stroj zapojím do sítě  proudový ráz je několikanásobně větší než u asynchronního motoru  spouštěč můžu vypnout - chod naprázdno  vlastnosti ukazují regulační charakteristiky: ( ) o

o

o

jestliže nám budící proud klesá, otáčky stoupají, pokud nám Ib klesne na 0, otáčky v nekonečnu tomuto se říká odbuzení, je to nežádoucí jev ( )

-

stav při zatížení  mohu popsat různým způsobem, hlavně jako zatěžovací charakteristiky jako ζ, P na f (M)

 stav při zatížení popisují i další charakteristiky, např.: mechanická n = f (M)

-

-

-

řízení otáček ( )  otáčky mohu ovlivňovat budícím proudem reverzace chodu  změna směru otáčení  reverzace chodu uskutečňujeme zásadně změnou změnou směru proudu v kotvě, směr proudu v budícím vinutí se nemění brzdění  mechanické o nebudeme se zaobírat  elektrické o dynamické (do rezistoru)  motor se odpojí od sítě a připojí se k brzdným rezistorům  elektrická energie se mění v teplo  mohu plynule brzdit o protiproudem  motor se odpojí od sítě a reverzačně se opět připojí

6. využití motoru, výhody a nevýhody - využití:  pohon obráběcích strojů (historie)  válcovací stolice (historie)  textilní průmysl (historie)  pohon jeřábů a výtahů (historie) - výhody:  plynulé a hospodárné řízení otáček - nevýhody:  malý záběrný moment 5) stejnosměrný motor se sériovým buzením - momentová charakteristika

-

využití:  lokomotivy, které se připojují k nákladním vozům

6) stejnosměrný motor se smíšeným (koupadním) buzením - využití:  trolejbus, tramvaj

3.6 synchronní stroje -

synchronní stroje jsou stroje, kde existuje shoda (synchronismus) mezi otáčkami magnetického pole statoru a otáčkami rotoru

1. konstrukce - stator  je prakticky stejný jako u asynchronního motoru  nejtypičtější konstrukce:  obr 16 -

rotor  může být dvojího typu:

a) s vyniklými (vyjádřenými) póly – nerovnoměrná vzduchová mezera

 stejnosměrný proud se získává z budiče b) hladký – rovnoměrná vzruchová mezera  bývá z jednoho kusu materiálu

2. rozdělení -

mezi rotorem a statorem je vzduchová mezera dle toku energie a) motory b) generátory -> alternátory c) kompenzátory  je to synchronní motor, který pracuje bez mechanického zatížení, a který dodává do sítě jalový výkon, tímto se kompenzuje účiník  bývají v rozvodnách, kde upravují účiník sítě

-

dle rotoru a) synchronní stroj s rotorem s vyniklými póly (zkracuje se: stroj s vyniklými póly)  jedná se o stroje velkého průměru a malé osové délky b) stroje s hladkým rotorem  stroje malého průměru a velké osové délky -

podle chlazení aktivních částí a) synchronní stroje chlazené vzduchem  stroje menších výkonů b) stroje chlazené vodíkem a vodou  v případě větších výkonů  u velkých alternátorů ztráty činí asi 1% c) kombinace 3. použití - motory a) pohon kompresorů  velké výkony až 30 MW  elektrárny, hutě b) pohon velkých ventilátorů c) střídavé regulační pohony  trolejbusy, tramvaje, lokomotivy d) malé synchronní motory (motorky) pro pohon hodin, zapisovačů magnetofonů a dále pro pohony v automatizační a regulační technice a robotice -

alternátory a) v elektrárnách 1) stroj s vyniklými póly o ve vodních elektrárnách (hydro-alternátory) o výkony až MW, patří k největším strojů, na statoru bývá napětí až 30 kW 2) stroj s hladkým rotorem o v tepelných elektrárnách (turbo-alternátory) o jsou poháněny parními turbínami 3) kompenzátor o v rozvodnách a ke kompenzaci účiníku

4. princip činnosti (princip působení synchronního stroje) - synchronní alternátor  poháněcí stroj otáčí buzeným rotorem, který vytváří ve statoru periodicky proměnné magnetické pole, jehož účinkem se ve statorovém vynutí indukuje napětí, jehož frekvence je přímo úměrná otáčkám [

]

 parní turbína, vodní turbína, plynová turbína, spalovací motor nám otáčí rotorem -

synchronní motor  jestliže působením vnější síly roztočíme rotor na otáčky blížící se otáčkám točivého magnetického pole, budou se nesouhlasné póly statoru a rotoru přitahovat a rotor se bude samostatně synchronně otáčet s magnetickým polem statoru i po odpojení pomocného roztáčecího motoru

5. provoz alternátorů - může být z hlediska provozu dvojí:  samostatně pracující o vyskytuje se velmi zřídka, proto se nebudeme zaobírat o na horských chatách  pracující paralelně o při každém spuštění stroje musíme přifázovat

o

podmínky při fázování a) shodnost napětí  pomocí budícího proudu b) shodnost frekvencí  pomocí otáčkami c) shodnost sledu fází  dělá se pouze při prvním přifázování d) shodnost okamžitých hodnot napětí

6. synchronní motor a) vlastnosti synchronních strojů: - motor má po spuštění otáčky

-

z konstrukčního hlediska není rozdíl mezi motorem a generátorem motory s otáčkami do 1500 min-1 jsou s vyjádřenými póly motory s otáčkami 1500 – 3000 min-1 mají hladký rotor

b) výhody a nevýhody synchronních motorů - výhody:  konstantní otáčky, které nezávisí na zatížení a napětí sítě  možnost dodávky jalové energie do sítě, zlepšuje se tím účiník v síti  ( )  - nevýhody:  zařízení je složitější (potřebujeme budič)  je potřeba fázovací zařízení  synchronní motor nemá závěrný moment, proto se sám neroztočí  menší momentová přetížitelnost pM  obtížné řízení otáček c) řízení otáček synchronních strojů - změnou počtu pólů nebo změnou frekvence

d) přifázování synchronních strojů - rozběh pomocným motorem 1) roztáčí se pomocí asynchronního motoru a potom se nabudí 2) asynchronní rozběh – na rotoru synchronního stroje je další vinutí obr. 3 tlumič vytváří klec nakrátko (motor během rozběhu nesmí být nabuzen, nabuzení se realizuje až po dosažení synchronních otáček) 3) kmitočtový rozběh – provedu připojení motoru k síti a postupně zvyšuju frekvenci napájecího napětí e) synchronní motor při zatížení - zatěžovací charakteristiky: závislost účiníku a účinnosti na momentu

4. ELEKTRICKÉ POHONY 121 – 132 skripta