Elektrotechnika. 10. előadás. Összeállította: Dr. Hodossy László

Elektrotechnika 10. előadás

Összeállította: Dr. Hodossy László

Széchenyi Elektrotechnika István Egyetem Hálózatok analízise 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. . 12. 13. 14. . 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszonyok Teljesítményviszonyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Indítás Indítás Indítás Fordulatszám változtatás Fordulatszám változtatás Fordulatszám változtatás Fordulatszám változtatás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor

Villamos gépek

Aszinkron gépek • Szerkezet, működés Legfontosabb jellemzői: •Legegyszerűbb szerkezetű forgógép •Egy- és háromfázisú változat is létezik, 1 kW felett általában háromfázisú •Legelterjedtebb, üzembiztos gép •Motorként és generátorként is használható •Hátránya: folyamatos fordulatszám változtatás csak külön költséges berendezéssel biztosítható •Két fő szerkezeti egység: állórész és forgórész Szerkezeti felépítés Állórész: •lemezelt (örvényáramok csökkentése miatt) •háromfázisú tekercs, térben 120°-os eltolással Forgórész: •lemezelt és hengeres •lehet tekercselt (csúszógyűrűs) vagy rövidrezárt (kalickás)

2



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép

3



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Szerkezet, működés Kalickás forgórészű gép

4



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Szerkezet, működés Háromfázisú aszinkron gép működése: Lehet motor vagy generátor Motoros működés: Állórész háromfázisú tekercselése: szinuszos háromfázisú feszültségre kapcsolva → forgó mágneses tér

n0 =

f1 ⎡ 1 ⎤ p ⎢⎣ s ⎥⎦

f1: frekvencia p: póluspárok száma forgó mágneses tér → a forgórészben feszültség indukákódik → áram áram és a mágnestér kölcsönhatása nyomatékot létesít → aszinkron forgás 5



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Forgó mágneses tér

6



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Forgó mágneses tér

t2 = t1 + 60˚ t3 = t2 + 60˚

7



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Szlip A forgórésze fordulatszáma < szinkron fordulatszám A forgórésznek a forgómezőhöz képesti relatív lemaradását, csúszását szlipnek nevezzük:

s=

n0 − n n = 1− n0 n0

A fordulatszám:

n = (1 − s ) ⋅ n0

8



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Teljesítmény viszonyok

Pfel : hálózatból felvett teljesítmény Pv : állórész vasvesztesége Pl : légrésteljesítmény 9



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Teljesítmény viszonyok

P1 = 3 ⋅ U 1 ⋅ I1 ⋅ cos ϕ1

Pl = M ⋅ ω0

Pt 1 = 3 ⋅ I12 R1

Pt 2 = 3 ⋅ I 22 ⋅ R2 (= s ⋅ Pl ) ( Pv 2 ≈ 0)

Pmech = Pl − Pt 2

Pmech = (1 − s ) Pl

Pmech = M × ω

Pt 2 = sPl

n = n0 − sn0

Ph = Pmech − Psúrlódás

ω = ω 0 − sω 0 Pmech = Mω0 − sMω0 = Pl − sPl

η=

Ph Pfel

10



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Aszinkron gép nyomatéka Pl = M ⋅ ω0 Pt 2 = Pl − Pmech = M ⋅ ω0 − M (1 − s )ω0 = Msω0 = 3 ⋅ I 22 ⋅ R2 (= s ⋅ Pl ) I2 =

U2 R22 + X 22

U 2 = sU 20 X 2 = ωL2

ω = sω1 X 2 = sω1 L2 = sX 20

U20: a forgórész kapcsain mérhető feszültség álló helyzetben X20: a forgórésztekercs egy fázisának reaktanciája álló helyzetben R2: a forgórésztekercs egy fázisának ellenállása

3s 2U 202 R2 R22 + s 2 X 202

2

= sMω0

3s U R M= ( R + s X )ω 20

2

2

2

2

2

20

0

Fontos: A motor nyomatéka a feszültség négyzetével arányos! 11



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Nyomaték jelleggörbe Mi : indítási nyomaték Mb : billenő vagy maximális nyomaték Mt : terhelő nyomaték n0 : szinkron fordulatszám sb : billenő szlip

12



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Villamos helyettesítő kapcsolás •A villamos helyettesítő kapcsolása alapján a gép működése jobban megérthető •A három fázis szimmetriája miatt egy fázisra a kapcsolás:

X s2 ' = a2 ⋅ X s2 R2 ' = a 2 ⋅ R2 13



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Kördiagram Az állórész áramvektor helygörbéje ~ aszinkron motor áramvektor-diagramja

I1

I∞

I0

14



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Aszinkron motorok indítása I i ≈ (3...9) × I n

A nagy indítási áram nagy feszültségesést okozhat a hálózatban → csökkenteni kell

Kalickás motorok indítása 1. Közvetlen indítás Kisebb teljesítményű motor és „erős” hálózat esetén megengedett 2. A nagy indítási áram csökkentése a kapocsfeszültség csökkentésével •ellenállással: a motor és a hálózat közé ellenállásokat iktatunk (veszteséges) •reaktanciával: a motor és a hálózat közé reaktanciákat iktatunk (elvileg veszteségmentes) •transzformátorral: a motor és a hálózat közé transzformátort iktatunk (elvileg veszteségmentes) •Υ/Δ indítás → egyik leggyakoribb megoldás •Elektronikus kapcsolás alkalmazása (ún. lágyindítók alkalmazása) (legkorszerűbb megoldás) 15



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Aszinkron motorok indítása

16



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Aszinkron motorok indítása Csúszógyűrűs motorok indítása Forgórész körbe iktatott ellenállásokkal

17



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Aszinkron motorok indítása Mélyhornyú és a kétkalickás motorok indítása A működés elve az áramkiszorulás jelenségét (skin hatás=bőr hatás) használja ki. Indításkor a forgórészben az áram frekvenciája „nagy”, az áram nem tölti ki egyenletesen a vezető keresztmetszetét.

R=ρ

l A

Kétkalickás gép esetén:

ρkülső > ρbelső

18



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Fordulatszám változtatás A fordulatszámot három tényező befolyásolja: szlip, frekvencia, póluspárszám

s=

n0 − n ⇒ n = (1 − s ) ⋅ n0 n0

n0 = n=

f1 p f1 ⋅ (1 − s ) p

1. Szlip változtatása csúszógyűrűs motornál: A forgórészkörbe iktatott ellenállásokkal: •Folyamatos fordulatszám változtatás lehetséges •Egyszerű de veszteséges 19



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Fordulatszám változtatás 1. Szlip változtatása Csúszógyűrűs motor

20



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Fordulatszám változtatás 1. Szlip változtatása Kalickás motor Csak elvi lehetőség, mert a nyomaték erőteljesen lecsökkenne

21



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Fordulatszám változtatás 2. Pólusszám változtatása Az állórész tekercselés pólusszámának változtatásával több fokozatú fordulatszám változtatás érhető el: pl. Dahlander féle tekercselés: Az egyes fázistekercsek két félből állnak, amelyeket sorba vagy párhuzamosan lehet kötni

22



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Fordulatszám változtatás 3. Állórész-frekvencia változtatása A legjobb és legkorszerűbb megoldás: •félvezető eszközökből épített ún. frekvenciaváltókkal (a frekvenciával együtt a feszültséget is változtatják) •folyamatos fordulatszám változtatás •Veszteségmentes •3000 ford./percnél nagyobb fordulatszám is elérhető

23



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Egyfázisú aszinkron motorok •Állórészen egyfázisú tekercselés, a forgórész kalickás kivitelű •Az állórészre kapcsolt egyfázisú feszültség hatására lüktető mágneses tér alakul ki •A lüktető mágneses tér tartja forgásban a forgórészt •Az indításhoz ún. segédfázis tekercs szükséges (forgó mágneses tér kell)

24



Villamos gépek

Aszinkron gépek • Segédfázisú aszinkron motorok •Állórészen fő- és segédfázis (90 fok°-kal eltolva a főfázishoz képest), •Segédfázis a forgás megindulását segíti elő (elliptikus forgó tér) •Üzemi, vagy indítókondenzátor a villamos 90°-os fázistoláshoz

25

Elektrotechnika. 10. előadás. Összeállította: Dr. Hodossy László

Recommend Documents