Mérnöki alapok II. III. Rész Áttekintés az energiaátalakításokról és az energia-átalakítókról

Mérnöki alapok II. III. Rész Áttekintés az energiaátalakításokról és az energia-átalakítókról

Mérnöki alapok II. Energia átalakítás

• Villamos energia átalakítás áttekintése: • • •

Az energia, a teljesítmény, és a hatásfok fogalmak áttekintése Az energia: munkavégző képesség. A teljesítmény a munkavégző képesség időegységre eső része.

• Elnevezések: – Mechanikában: • A potenciális, vagy helyzeti, vagy rugalmas energia, • A mozgási, haladó, vagy forgó mozgás energiája, • Veszteséggel kapcsolatos, pl. súrlódás legyőzéséhez szükséges energia.

–

Elektrotechnikában: • • • •

Villamos térben tárolt energia, Mágneses térben tárolt energia, Elektromágneses térben tárolt energia, Veszteséggel kapcsolatos energia, pl. ellenállásban fellépő ohmos veszteség, disszipáció.


• Elnevezések: – Hőtanban: • • • •

Egy rendszer belső energiája, A rendszerhez kapcsolódó, vagy a rajta végzett munka, És a hő, vagy „más szak-zsargon néven a hő-energia”, Sugárzás útján terjedő energia.

– Kémiában, vegyiparban: • Bontási energia, vagy bomlási energia,(egy vegyületnél), vagy pl. hidrogén égése, • Egyesítési energia, vagy szintetizálási energia,

– Ipari gyakorlatban: • Hagyományos energia, tüzelés (lignit, szén, olaj, gáz, (foszillis), atom energia stb.) • Megújuló energia, nap, szél, vízi, bio, geotermikus energia, stb.

• Képek:


– Szél energia hasznosító a szélmalom

• Képek:


– Vízi energiát hasznosít a vízimalom, ez egy felülcsapott vízi kerék.

Vízimalom (Tata, Komárom m., 1972) Forrás: http://mek.oszk.hu/02100/02115/ht ml/5-1420.html

•

Képek:


– MHD generátor a következő web címről:„http://en.wikipedia.org/wiki/File:MHD_generator_%28En%29.png”


• Az energia átalakítók áttekintése: – A villamos energia jó hatásfokú átalakíthatósága, továbbíthatósága és eloszthatósága miatt általánosan elterjedt az alábbi folyamat: Adott energia

Átalakító

Villamos energia

– Példák: Energia formák:

Átalakító

Eredmény:

Forgó mozgás energiája Szén égéshője Gáz, olaj égéshője Atommag kötési energiája Víz helyzeti, v. mozg. energ. Szél mozgási energiája Nap sugárzott energiája Nap sugárzott energiája STB.

Generátor Kazán, gőz, turbina Gázturbina Atomreaktor Víz turbina Szél kerék Nap kollektor Napelem STB.

Villamos energia Forgó mozgási energia Forgó mozgási energia Fűtő pálca belső, (hő) energia Forgó mozgási energia Forgó mozgási energia A hőhordozó közeg belső energiája Villamos energia STB.

Mérnöki alapok II. Maxwell-egyenletek áttekintése

Maxwell-egyenletek áttekintése: A fizikai mérések alapján kialakult ismereteket az emberi gondolkodás elvonatkoztató képessége segítségével egységbe foglalták. Ezt tömören a Maxwell-egyenletek fejezik ki.

• 1.,

D rot H = J  t

• 4.,

div D = 

• 2.,

B rot E = t

• 5.,

D = εE

• 6.,

B = H

• 7.,

J =  E

• 3.,

div B  0


Maxwell-egyenletek áttekintése: A fizikai mérések alapján kialakult ismereteket az emberi gondolkodás elvonatkoztató képessége segítségével egységbe foglalták. Ezt tömören a Maxwell-egyenletek fejezik ki.

• 1.,


• 4.,

div D = 

• 2.,

B rot E = t

• 5.,

D = εE

• 6.,

B = H

• 7.,

J =  E

• 3.,

div B  0


Maxwell-egyenletek áttekintése: A differenciális és az integrális alakok

• 1.,

• 2.,

D rot H = J  t B rot E = t

• 3.,

div B  0

• 4.,

div D  

D l H dl = A J dA  A  t dA

B l E dl =  A  t dA

 B dA= 0 A

 D dA =   dV A

V


Maxwell-egyenletek áttekintése:

2.

B rot E =  ; t

d ui =  ; dt

E

E Ui

11.1 ábra. Nyugalmi indukció

11.2 ábra. Mozgási indukció



• 1.,


• 6.,

B = 0  H

•

13.1. ábra

F  I  B l

Ha a B merőleges az l-re, és az F is merőleges mind az l-re, mind a B-re

13.2. ábra



Mérnöki alapok II. Transzformátor

Transzformátor:


Transzformátor I:


Transzformátor modellje:

A1 A2

a1 a2 B1 B2

b1 b2 C1 C2

c1 c2


Transzformátor koncentrált paraméterű helyettesítő kapcsolási vázlata üresjárás esetén, ekkor az I2’ = 0. R1

X2

X1

I1

U1

I2

I0

Rv Iv

R2

Xm

Ui

Im

15. ábra. Koncentrált paraméterű kapcsolási vázlat üresjárás esetén.

U2’


Transzformátor koncentrált paraméterű helyettesítő kapcsolási vázlata üresjárás esetén, ekkor az I2’ = 0. R1

X2

X1

I1

U1

I2

I0

Rv Iv

R2

Xm

Ui

Im

15. ábra. Koncentrált paraméterű kapcsolási vázlat üresjárás esetén.

U2’


Transzformátor vektorábrája üresjárásban:

U1 I0*R1

I0*X1

U2’

90

I1= I0 Iv Im


Transzformátor koncentrált paraméterű helyettesítő kapcsolási vázlata terhelés esetén: •

X1 I1 U1

X2 ’

R1

I2 ’

I0 Uin Rv

R2 ’

U2’ Xm

12. ábra. Koncentrált paraméterű kapcsolási vázlat terhelés esetén.

Z t’


Transzformátor vektorábrája terhelésnél

U1 I1*Z1

I1*R1

I2’*R2’ I2’*X2’

90

I1*X1

I2’*Z2’ Ui

90

U2’

I2’

90

I2’

Im

I1

I0

Iv


Transzformátor rövidzárási mérés lehetséges kapcsolási vázlata Tr

T

TT

I1

Rb ̴ Ub

V

Uk A1

Monitor

Klaviatúra Számítógép

W

Egér

3*R

A2

U1 Rm URm

R

ai0 GND ai1 GND USB kábel

NI USB-6009 analóg feszültség fogadó egység


Transzformátor üresjárási mérés lehetséges kapcsolási vázlata Tr

T

TT

I1

Rb ̴ Ub

V1

Uk A

Monitor

Klaviatúra Számítógép

W

Egér

3*R

V2

U1 Rm URm

R

ai0 GND ai1 GND USB kábel

NI USB-6009 analóg feszültség fogadó egység


Transzformátor rövidzárási mérés virtuális műszer előlap, (front panel), lehetséges változata a LabView munkahelyi környezetben.


Transzformátor rövidzárási mérés virtuális műszer előlapja, (front panel),magyarázata

Programindítás Ez az U1 feszültség és az I1 áram időbeli lefolyását szemléltető mező.

Ez a Pf=f(I1), és a U1=f(I1), összefüggések pontjait ábrázoló diagram. A tárolt munkaponti értékeket mutató kijelző mező.

Az U1, I1, és a Pf 2 másodperces időtartamra vonatkozó effektív értékét és a Pf átlagát mutató számkijelzők.

Program megállítás. Az adattárolási útvonal és állománynév kijelzője.


Transzformátor rövidzárási mérés virtuális műszer előlapja, (front panel),magyarázata


Transzformátor rövidzárási mérés virtuális műszer blokk diagramja.


Transzformátor rövidzárási mérés virtuális műszer blokk diagram kártya beállító rutinja


Transzformátor ürejárási mérés virtuális műszer előlapja, (front panel).


Transzformátor ürejárási mérés virtuális műszer blokk diagramja.


Transzformátor ürejárási mérés néhány alap gondolata.

• •

• • • • •

A műszerekről a hallgatók a gyakorlaton a következő adatokat olvassák le! --- Méréshatár, mh, a voltmérőnél [voltban], vagy az ampermérőnél [amperben], a watt mérőnél van feszültség, és áram méréshatár, és névleges teljesítménytényező, ezek szorzata adja a méréshatárt, [wattban]. --- A méréshatárhoz tartozó kitérés tartomány, skálaterjedelem, kt, [osztásban], --- Ha van, műszer állandó, cV, cA, cW, ha nincs, akkor kiszámítják, a mértékegysége pl. [A/osztás], [V/osztás], [W/osztás]. --- Kitérés értékét, [osztásban], Ezek alapján számítják ki a műszer által mért értéket, pl.: [Amper], Ezt alkalmas kézzel készített táblázatba foglalják.


Transzformátor névleges adatai:

Névleges primer feszültség: pl. 230 V Névleges szekunder feszültség: pl. 23 V Névleges frekvencia: pl. 50 Hz Névleges (primer) teljesítmény: pl. 690 VA Névleges hatásfok: pl. 88 % Névleges coszinus fi: pl. 0,95 Névleges primer áram: pl. 3 A Névleges szekunder áram: pl. 28 A Névleges áttétel: pl. 10 (V/V) Védettség környezeti behatásokkal szemben: Érintés védelemmel kapcsolatos adatok:

Mérnöki alapok II. Villamos forgógépek:

Szinkrongép szerkezet :

7

6 5

2

1

4 8 10 3 9


Aszinkrongép szerkezeti metszet :

1

3 2

2

1

9 4

7

6

5 8

11


Egyenáramú gép szerkezeti metszet:

1 4 9

3 5

6

7

8

2 10


Az össze tapadt mágneses pólusok elve: „Mágnes kő?”, rúd mágnes

Mágneses vonzás:

Észak Észak Dél

Mágneses taszítás:

Észak Dél

Mágnes darabolása:

É D

Dél Dél Észak

Dél

Észak Dél Észak

Észak

Dél Dél

Észak

Észak Észak Észak

É D

É

Dél

D


A mágneses „mező formája” :

Mérnöki alapok II. Szinkrongép

Mágneses mező formája:


A mágneses „mező formája”, a rúd mágnes mezője:


A rúd mágnes mezője a térben szimmetrikusan elhelyezett tekercsek között:


A rúd mágnes mezője a térben szimmetrikusan elhelyezett tekercsek között:


A térben szimmetrikusan elhelyezett tekercsekre kapcsolt szimmetrikus háromfázisú feszültségrendszer által létesített mező kísérleti vizsgálata:






Szinkrongép:


Szinkrongép kapcsolási vázlata: R S T

URS

UTR

UST

Csúszógyűrű

Gerjesztő áramforrás


Szinkrongép koncentrált paraméterű kapcsolási vázlata:

Xa

Xs

Ui Up

Ra

Uk


Szinkrongép névleges adatai: Névleges frekvencia: pl. 50 Hz Névleges feszültség: pl. 3x 400 V Névleges (teljesítmény: pl. 15 kW Névleges hatásfok: pl. 86% Névleges coszinus fi: pl. 0,80 Névleges áram: pl. 22 A Névleges fordulatszám pl. 1500 (fod./perc) Pólusszám, (v. póluspár szám ) pl. 4 Névleges gerjesztő feszültség: pl. 24 V DC Névleges gerjesztő áram: pl. 2 A DC Típus YYYYYYY Gyári szám XXXXXXX Védettség környezeti behatásokkal szemben: Érintés védelemmel kapcsolatos adatok:

Mérnöki alapok II. Aszinkrongép

Aszinkrongép :

Hengeres szerkezetű aszinkrongép.

:


Aszinkrongép váltakozó áramú tekercselésének térbeli és sematikus modellje:

Tárcsás szerkezetű aszinkrongép váltakozó áramú tekercselésének sematikus modellje


Aszinkrongép koncentrált paraméterű kapcsolási vázlata

R1

X2

X1

R2/s

R2

I0 U1 I1

Rv

Xm

Iv

Im

Ui1 = Ui2’ I2

R2*(1-s)/s = Rm’


Aszinkrongép névleges adatai:

Névleges frekvencia: pl. 50 Hz Névleges feszültség: pl. 3x 400 V Névleges (teljesítmény: pl. 15 kW Névleges hatásfok: pl. 86% Névleges coszinus fi: pl. 0,85 Névleges áram: pl. 22 A Névleges fordulatszám pl. 1440 (fod./perc) Pólusszám, (v. póluspár szám ) pl. 4 Típus YYYYYYY Gyári szám XXXXXXX Védettség környezeti behatásokkal szemben: Érintés védelemmel kapcsolatos adatok:

Mérnöki alapok II. Egyenáramú gép:

Egyenáramú gép szerkezeti metszet:

Mérnöki alapok II. Egyenáramú gép:

Egyenáramú gép:

Névleges feszültség: pl. 200 V Névleges (teljesítmény: pl. 12 kW Névleges hatásfok: pl. 86% Névleges áram: pl. 60 A Névleges fordulatszám pl. 1200 (fod./perc) Pólusszám, (v. póluspár szám ) pl. 4 Névleges gerjesztő feszültség: pl. 24 V DC Névleges gerjesztő áram: pl. 2 A DC Típus YYYYYYY Gyári szám XXXXXXX Védettség környezeti behatásokkal szemben: Érintés védelemmel kapcsolatos adatok:

Mérnöki alapok II. III. Rész Áttekintés az energiaátalakításokról és az energia-átalakítókról

Recommend Documents