Strojevi Usmeni PDF

1. Objasniti osnovna fizikalna načela pretvorbe mehaničke i električne energije (polaritet induciranog napona, sila na vodič, smjer pretvorbe) Fizikalna osnova Na električni naboj koji se giba u magnetskom polju djeluje sila proporcionalna: - Količini naboja koji se giba 𝑄...

1. Objasniti osnovna fizikalna načela pretvorbe mehaničke i električne energije (polaritet induciranog napona, sila na vodič, smjer pretvorbe) Fizikalna osnova Na električni naboj koji se giba u magnetskom polju djeluje sila proporcionalna: - Količini naboja koji se giba 𝑄 - Brzini gibanja 𝑣 - Jakosti polja magnetske indukcije 𝐵 - Smjer sile je okomit na smjer silnica magnetske indukcije i smjer gibanja naboja → 𝐹⃗ = 𝑄(𝑣⃗ × 𝐵 ⃗⃗) (desni dlan) Inducirani napon Ukoliko se u mangetskom polju giba vodič, pojavit će se sila na naboje u vodiču, što dovodi do pojave induciranog napona Na svaki element naboja 𝑄 djeluje elektromagnetska sila 𝑄𝑣𝐵 te dolazi do koncentracije pozitivnih naboja na jednoj strani, a negativnih naboja na drugoj strani. ⃗⃗)𝑙⃗ Inducirani napon u vodiču, kod bilo kojeg položaja i smjera gibanja vodiča u odnosu na silnice → 𝐸 = (𝑣⃗𝑥𝐵 Sila na vodič Ako vodič miruje, a njime protječe struja 𝐼 dok se nalazi u magnetskom polju indukcije 𝐵, javlja se sila na vodič 𝐹 → 𝐹⃗ = 𝐼(𝑙⃗𝑥𝐵 ⃗⃗) Smjer pretvorbe Dobivanje električne snage - Priključivanjem otpora u strujni krug vodiča koji se giba u magnetskom polju, kroz vodič poteče struja koja uzrokuje silu na vodič u smjeru suprotnom od smjera brzine gibanja vodiča. Da bi se vodič nastavio gibati potrebno je na vodič djelovati silom 𝐹 u smjeru gibanja vodiča. Dobivanje mehaničke snage - Priključivanjem naponskog izvora 𝑈 mijenja se smjer struje I koja uzrokuje silu na vodič u smjeru brzine gibanja vodiča. Smjer struje kroz vodič suprotan je smjeru induciranog napona. 2. Bilanca pretvorbe električne i mehaničke energije Bilanca → konačan zbroj uspjeha i neuspjeha, krajnji ishod. Idealni stroj – stroj bez gubitaka d𝑊𝑒𝑙 + d𝑊𝑚𝑒ℎ = 0 Realni stroj – pretvorba energije odvija se s gubicima: - Gubici zbog trenja (i ventilacije) - Električni gubici zbog otpora vodiča (Jouleovi gubici, gubici u bakru) - Gubici uslijed pojava vrtložnih struja - Gubici histereze U prijelaznim pojavama mijenja se i količina akumulirane energije u stroju (energija akumulirana u magnetskom polju induktiviteta te kinetička energija akumulirana u gibajućim masama) U stacionarnom pogonu količina akumulirane energije u stroju je stalna Faktor korisnosti – omjer snage koju stroj predaje i snage koju prima Magnetsko polje - U električnim strojevima stvara se permanentnim magnetom ili elektromagnetom Elektromagnet – uzbudu magnetskog polja daje struja u uzbudnom namotu Željezna jezgra – vrlo mali magnetski otpor u odnosu na zračnu jezgru osigurava veću vrijednost magnetske indukcije 𝐵 uz istu uzbudnu struju Zračni raspor – veliki magnetski otpor na putu silnica kroz zrak se troši veliki dio uzbude, Zračni raspor je potreban da bi se u njemu mogao gibati vodič 3. Funkcija uzbudnog i armaturnog dijela električnog rotacijskog stroja Uzbudni dio stroja – dio stroja koji nosi uzbudni namot ili permanentne magnete. Namot u kojem se inducira napon naziva se armaturni namot stroja. 4. Dijelovi električnog rotacijskog stroja Glavni dijelovi električkog rotacijskog stroja su stator i rotor. Željezne jezgre statora i rotora oblikuju put zatvaranja silnica magnetskog kruga. Namoti statora i rotora služe za stvaranje magnetskog polja (uzbuda) ili induciranje napona za pretvorbu energije (armatura). Prijenos mehaničke snage između osovine i radnog/pogonskog mehanizma odvija se preko spojke, remenice, zupčanika,... Osim magnetskog i električnih krugova, električni strojevi imaju i rashladne krugove za odvođenje topline koja nastaje uslijed gubitaka. Rashladni medij može biti zrak, voda, ulje, vodik,… 5. Definicija polnog koraka električnog rotacijskog stroja Polni korak je udaljenost na opsegu rotora odnosno statora između koje se mjenja smjer magnetskog polja. Kada rotor nebi imao masu i s time inerciju i kada mi magnetska polja bila bez rasipanja i homogena (koncentrirana uzbuda) motor bi u radu koračao tim korakom odnosno se trzao za otklon koji bi odgovarao polnom koraku. 6. Koncentrirana i raspodijeljena uzbuda električnih rotacijskih strojeva Ez, sam skotaj nes napisat retarde. koncentrirana – nerealan slučaj, indukcija ko pravokutni napon Raspodjeljena – Što je vise pola rotora pokriveno polom statora bit će jače magnetsko ulančanje do sredine…. Indukcija sinusoida 7. Gubici u željezu strojeva – gubici histereze i gubici zbog vrtložnih struja – uzroci i mjere za smanjivanje gubitaka Gubici histereze Energija gubitaka histereze (uslijed premagnetizranja) pretvara se u toplinu i jednaka je površini koju zatvara petlja histereze. Magnetska inercija naseri neš….. Gubici zbog vrtložnih struja i ukupni gubici u željezu U željeznoj jezgri se pod djelovanjem promjenjive magnetske indukcije također inducira napon uslijed kojeg nastaju vrtložne struje. Po Jouleovu zakonu te struje razvijaju toplinske gubitke. 8. Strujni oblog - definicija i veza sa strujnim protjecanjem Linearna gustoća struje po obodu stroja naziva se strujni oblog. Na dijelu gdje je gustoća struje veća biti će i jače magnetsko polje. Protjecanje u točki oboda x dobivamo integracijom funkcije strujnog obloga od početne točke u sredini strujne zone. 𝑥 𝜃𝑥 = ∫ 𝐴𝑥 ⅆ𝑥 0 Strujni oblog 𝐴𝑥 i protjecanje Θ𝑥 su periodičke funkcije položaja na obodu 𝑥 s periodom unutar dvostrukoga polnog koraka 9. Transformator – definicija i dijelovi; prijenosni omjer transformatora Transformator je statički električni stroj koji pretvara izmjenični sustav ulaznih (primarnih) napona i struja u izlazni (sekundarni) sustav napona i struja drukčijih vrijednosti i iste frekvencije. Transformatori se sastoje od: - Željezne jezgre (zbog smanjenja gubitaka uslijed vrtložnih struja sastavlja se od transformatorskih limova najčešće debljine 0,35 mm, izolirane papirom ili lakom debljine 0.06-0.04 mm) - Dvaju ili više međusobno nevezanih namota - eventualno rashladni medij Ako je primarni namot višeg napona a sekundarni nižeg napona, govorimo o silaznom transformatoru. U slučaju da je primarni napon nižeg napona, transformator je uzlazni. Prijenosni omjer transformatora je omjer induciranog napona namota višeg napona i induciranog napona namota nižeg napona. (određuje se u praznom hodu, zbog toga sto nema struja) 10. Struja magnetiziranja transformatora Sastoji se od radne komponente koja je sinusna i u fazi s ulaznim naponom. Radna komponenta pokriva gubitke histereze i vrtložnih struja. I jalove komponente koja nije sinusna i potrebna je za magnetiziranje željeza. 11. Nadomjesna shema jednofaznog transformatora 12. Prazni hod transformatora Transformator je u praznom hodu kad se na primarni namot dovede napon, a sekundarni namot ostaje otvoren - Primarnim namotom teče struja praznog hoda - Struja praznog hoda stvara magnetski napon koji uzrokuje magnetski tok koji se svojim većim dijelom zatvara kroz jezgru i ulančan je s oba namota (glavni magnetski tok transformatora 𝜙) - Znatno manji dio ukupnog toka zatvara se kroz zrak i ulančan je samo primarnim namotom - Glavni tok inducira u primarnom i sekundarnom namotu napone - Struja na aktivnom otporu primarnog namota stvara pad napon Zbog malog iznosa struje praznog hoda 𝐼0 gubici praznog hoda se mogu smatrati gubicima u željezu 13. Kratki spoj transformatora Postoje dvije vrste kratkog spoja transformatora: Udrarni kratki spoj transformatora – nagla pojava kratkog spoja pri nazivnim iznosima napona i struja Pokus kratkog spoja transformatora – kratki spoj pri smanjenom naponu pri sigurnim strujama Budući da je napon malog iznosa u odnosu na nazivni napon, do izražaja dolaze gubici uslijed postojanja djelatnih otpora namota te gubici uslijed pojave rasipnog toka na primarnom i sekundarnom namotu 14. Trofazni transformatori – oznaka grupe spoja i satni broj Način spajanja određuje kut pomaka sekundarnog napona prema primarnom. Mogući fazni pomaci su višekratnici od 30°. Taj višekratnik karakterizira oznaku grupe spoja - satni broj. 15. Glavni dijelovi i konstrukcija istosmjernog stroja Ez: rotor, stator, kolektor, armatura na rotoru, polovi na statoru - uzbuda mogu biti magneti 16. Način rada i uloga komutatora (kolektora) Krajevi svakog svitka su spojeni na lamele kolektora. Površinom kolektora klize četkice. Sklop kolektor-četkice predstavlja mehanički ispravljački uređaj. Armaturom na rotoru teče izmjenična struja, koju svojom vrtnjom ispravlja sklop kolektor- četkice. Istosmjerni stroj je po izvedbi sličan sinkronom stroju. Razlika: – kod istosmjernog stroja polovi s uzbudnim namotom su na statoru, a armaturni namot na rotoru, – kod sinkronog stroja obratno. 17. Protjecanje uzbude i armature istosmjernog stroja Oko polova (STATOR) je uzbudni namot kroz koji teče istosmjerna struja i stvara uzbudno protjecanje koje stvara magnetski tok, ali za uzbudu se sve više koriste permanentni magneti. Dok protjecanje armature diktira kolektor svojim izmjenjivanjem polova mag polja. 18. Nadomjesna shema istosmjernog stroja u motorskom i generatorskom režimu rada 19. Razvijeni moment istosmjernog stroja Moment istosmjernog stroja dobijemo zbrajanjem doprinosa momentu sila na sve vodiče u svim utorima 20. Reakcija armature, kompaundni i kompenzacijski namot istosmjernog stroja Protjecanje armaturnog namota ima maksimum u poprečnoj osi u odnosu na polove stroja. Utjecaj ovog protjecanja naziva se reakcijom armature. Polje više nije homogeno po površini pola, niti u zračnom rasporu. Na jednoj strani pola i pod polom indukcija se poveća, a na drugoj strani se smanji. Kompaundni namot je dodatni namot na glavnim polovima kroz koji teče struja armature. Jedna od mjera, koje se poduzimaju za smanjenje reakcije armature. Smjer struje u kompaundnom namotu je takav da pojačava glavno polje. Ako je dobro dimenzioniran, može se njime kompenzirati gubitak napona zbog reakcije armature. Kompenzacijskim namotom se pokušava u potpunosti poništiti reakcija armature. Takav namot treba ugraditi što bliže namotu armature. Kompenzacijski namot se spaja u seriju s namotom armature, ali tako da njegovo protjecanje djeluje suprotno protjecanju armature. 21. Pomoćni polovi istosmjernog stroja i komutacija Pomoćni polovi su uski magnetski polovi, smješteni u poprečnoj osi stroja. Djeluju u istom smislu kao i kompenzacijski namot, ali u prostoru među polovima. Osnovni razlog za ugradnju pomoćnih polova nije reakcija armature, nego poboljšanje komutacije. Komutacija je promjena smjera induciranog napona i struje u svitku armature stroja. Svici pod jednim polom imaju elektromotornu silu u jednom smjeru, a pod drugim polom u suprotnom. Dolazi do promjene polariteta elektromotorne sile u svicima koji prelaze iz područja jednog pola pod drugi pol. U jednom trenutku četkica kratko spaja svitak. To ne predstavlja problem jer se taj svitak nalazi u neutralnoj zoni. Strane tog svitka se nalaze u području gdje je indukcija jednaka nuli, pa je i elektromotorna sila u svitku jednaka nuli. 22. Prazni hod istosmjernog stroja U praznom hodu je napon U na stezaljkama stroja jednak elektromotornoj sili E. Osnovna karakteristika praznog hoda je ovisnost magnetskog toka o uzbudi Φ=f(If ). 23. Kratki spoj istosmjernog stroja (ovo je moje razmišljanje nisam niš korisno našo) Ukoliko je motor kratko spojen rotor je zakočen što znači da kolektor ne mjenja smjer mag polja nego struja teče samo jednim od zavoja sve dok on neizgori. Stanje kratkog spoja se jako kratko pojavi pri paljenju dok rotor nekrene. Ako je generator kratko spojen opet se zavoji griju ali ovdje svi ne samo jedan…. Nez. 24. Razlike i shematski prikaz nezavisno, poredno i serijski uzbuđenih istosmjernih strojeva Nezavisno uzbuđeni stroj: - Uzbuda se napaja iz nezavisnog izvora - iznos uzbudne struje može se podešavati otpornikom spojenim u seriju s uzbudnim namotom - Uzbudni napon ne mora biti jednak naponu generatora - pri opterećenju je napon na stezaljkama stroja niži nego u praznom hodu zbog protunapona u armaturnom krugu i na četkicama - Motor zadržava konstantni broj okretaja bez obzira na moment Poredno uzbuđen stroj: - Kod poredno uzbuđenog generatora uzbudni namot je spojen paralelno armaturnom krugu, odnosno mreži koju napaja generator - Struja generatora je manja od struje armature za iznos uzbudne struje - Uzbudna struja je određena pravcem samouzbude - Prvo uzbuđivanje se postiže vanjskim izvorom malog napona tako da se taj izvor kratkotrajno priključi na stezaljke uzbudnog namota - Pri opterećenju napon će pasti više nego kod nezavisno uzbuđenog generatora Serijski uzbuđen stroj: - Uzbudni namot je spojen u seriju s namotom armature - kod serijskog motora na karakteristike utječe stupanj zasićenja magnetskog kruga stroja - Struja koju motor uzima iz mreže, je ujedno i struja armature, a isto tako i struja uzbude 25. Pulzirajuće protjecanje (Loš odgovor) Pulzirajuće protjecanje (ili pulzacija struje) u kontekstu električnih strojeva odnosi se na promjene struje ili magnetskog toka koje se javljaju u periodičnim intervalima. Struja i strujni oblog su proporcionalni, strujni oblog i protjecanje su također proporcionalni. Smanjenje struje izazvat će proporcionalno smanjenje strujnog obloga i protjecanja. Struja u uzbudnom namotu može se mijenjati. Prostorna raspodjela strujnog obloga i protjecanja zadrže prostorni oblik, ali promijene amplitudu. Ako struja promijeni smjer, protjecanje promijeni predznak. 26. Okretno protjecanje (Loš odgovor) Pulsirajuće protjecanje jednako je umnošku dviju sinusnih funkcija- jedna ovisi o vremenu, a druga o prostoru. Okretno protjecanje koje se kreće u smjeru pozitivnih vrijednosti x nazivamo direktnim (0d), a protjecanje suprotnog smjera nazivamo inverznim(q). Okretno protjecanje možemo prikazati vektorom 27. Protjecanje trofaznog namota (?) Kod trofaznog namota osi namota razmaknute su za električni kut 2pi/3, pa će namoti biti jedan prema drugome pomaknuti u fazi za 2pi/3 (i naponi) Kroz svaki namot protječe izmjenična struja Struje u pojedinim faznim namotima međusobno su pomaknute za električni kut 2pi/3 Struje ne moraju biti u fazi s naponima, ali će njihov Povećanjem kuta faze može se prikazati kao zbroj direktne i inverzne komponente protjecanja Ukupno protjecanje je suma protjecanja namota svih triju faza Inverzna i direktna komponenta protjecanja iznose polovinu amplitude protjecanja kuta faze Direktne komponente sve tri faze u kutu trenutno su u istome pravcu – njihov zbroj daje ukupno protjecanje Inverzne komponente protjecanje sve tri faze u kutu su trenutku, međusobno pomaknute za trećinu punog kruga njihov zbroj uvijek je jednak 0 Rezultat: postoji samo direktno protjecanje konstantne amplitude i brzina vrtnje 28. Protjecanje dvofaznog namota (?) Uz strojeve s trofaznim namotima susrećemo i strojeve s dvofaznim namotima Dva namota su zakrenuta na obodu za električni kut pi/2 Struja u jednom od faznih namota jednak je nuli u trenutku kada je struja u drugom namotu ima maksimalnu vrijednost Direktne komponente obije faze su u kutu trenutku u istom položaju – njihov zbroj daje ukupno protjecanje Inverzne komponente protjecanja se u kutu trenutno poništavaju Ukupno protjecanje ima konstantan odnos i konstantnu brzinu vrtnje 29. Protjecanje višefaznog namota (?) Magnetsko polje koje rotira može se ostvariti i tako da se namoti rotora uzbude istosmijernom strujom, pa se rotor vrti Dakle ne samo namotima koji miruju, a protjecani su izmjeničnim strujama Kod m-namota dobiva sed m direktnih i m inverznih okretnih protjecanja Zbroj direktnih okretnih protjecanja daje ukupno protjecanje, vektor zbroj svih inverznih protjecanja daje nulu Strojevi se obično izrađuju najviše na tri faze, ali se međutim može indiciranjem napona pojaviti veliki broj faza 30. Uzroci pojave eliptičnog protjecanja Uzrok: nesimetričnost sustava 1. Amplitude struja nisu istog iznosa u fazi 2. Fazni kut između struja nije uvjek isti 3. Kut između osi namota nije isti 4. Broj namota nije svuda isti 31. Moment izmjeničnog stroja Moment na statoru I rotoru istog je iznosa ali suprotnog predznaka (Ts=-Tr) Moment rotora (statora) je proporcionalan sinusu kuta koji zatvaraju vektor protjecanja rotora (statora) i vektor indukcije. (Kut opterećenja) 32. Kut opterećenja Kut između vektora rotorskog protjecanja i vektora indukcije je kut opterećenja. Stroj ne razvija moment ako je ovaj kut jednak nuli. max moment je kad je kut δr=90. Sinkroni stroj se prilagođava promjeni opterećenja promjenom kuta opterećenja. Asinkroni stroj se prilagođava promjeni opterećenja promjenom iznosa protjecanja rotora Θr i promjenom kuta opterećanja δr. Pri prelasku iz motorskog u generatorski rad struja armature mijenja predznak i kut opterećanja mijenja predznak 33. Vrste i konstrukcija sinkronih strojeva Prema vrsti pogonskog stroja razlikuju se: – turbogeneratori - su brzohodni strojevi, pogone se parnim ili plinskim turbinama 1500 ili 3000 o/min – hidrogeneratori - najčešće sporohodni strojevi, pogoni ih vodna turbina, 50 –1000 o/min – dizelski generatori - široki raspon brzina, do najviše 50 MVA, samostalne jedinice – kompenzatori - posebna vrsta sinkronih strojeva koji ne služe za pretvorbu energije, nego samo opskrbljuju električnu mrežu jalovom energijom, rade bez pogonskog stroja – motori - su se prije koristili samo za pogone s konstantnom brzinom, široki raspon brzina, akumulacijsko jezero Prema konstrukciji rotora se razlikuju se strojevi s: – cilindričnim rotorom – istaknutim polovima Prema brzini vrtnje dijele se na: – brzohodne – strojeve srednje brzine – sporohodne Konstrukcija – rotor(uzbuda), stator (armatura), pičke, materine 34. Način rada sinkronog stroja Rotor se vrti konstantnom brzinom (n) te njegovo polje inducira u namotima faza elektromotornu silu koje vremenski mijenjaju frekvenciju. Naponi u namotima A, B i C zaostaju jedan za drugim za 1/3 periode (daje simetričan trofazni sustav napona) Za određivanje smjera induciranog namota koristi se pravilo desne ruke. 35. Vektorsko-fazorski dijagram sinkronog stroja Vremenski sinusoidalno promjenljive veličine konstantne frekvencije ω prikazujemo često u kompleksnoj ravnini kao fazore. 36. Istaknuti polovi i pojava reluktantnog momenta sinkronog stroja Jedna od značajki istaknutih polova je nejednoliki zračni raspor. Uslijed nejednolikog zračnog raspora su različiti magnetski otpori (reluktancije) u uzdužnoj i poprečnoj osi stroja. Posljedica različitih magnetskih otpora je ta da se vektor ukupnog protjecanja i vektor indukcije ne moraju poklopiti po smjeru. Dakle, pojavljuje se moment iako nema uzbudnog protjecanja na rotoru. Taj moment je posljedica različitog magnetskog otpora – reluktancije u uzdužnoj i poprečnoj osi stroja (u simetrali međupolnog prostora), pa ga nazivamo reluktantnim momentom. To isto će se dogoditi i pri uzbudi na rotoru. Iznos reluktantnog momenta može se najlakše izvesti pomoću električne snage i fazorskog dijagrama 37. Prazni hod sinkronog stroja Prazni hod je pogonsko stanje u kojem je stroj uzbuđen i pritom se vrti, pa se u armaturnom namotu induciraju elektromotorne sile, ali nije opterećen. U slučaju sinkronog generatora to znači da u armaturnom namotu ne teku struje. To je sigurno zadovoljeno ako su stezaljke generatora otvorene, kako to prikazuje 38. Kratki spoj sinkronog stroja U pogonskom stanju praznog hoda nije bilo pretvorbe energije (mehaničke u električnu ili obrnuto). S energetskog stajališta postoji još jedno takvo pogonsko stanje, a to je kratki spoj. U kratkom spoju sinkronog generatora su stezaljke statorskog namota kratko spojene. Na slici 2.31. je prikazana shema trofaznog sinkronog generatora u kratkom spoju, sa statorskim namotom spojenim u zvijezdu. U idealnom slučaju, kakav razmatramo, su vanjski otpori spojeva stezaljki jednaki nuli, a također smatramo da stroj nema ni radnih otpora, ni gubitaka, kao niti rasipnih reaktancija. Napon U između stezaljki je jednak nuli (U = 0 V). Ako tako spojen stroj uzbudimo i rotor vrtimo, uspostavit će se u stroju takvo magnetsko stanje (indukcija) da je inducirana elektromotorna sila s E = 0 V. 39. Konstrukcija i način rada asinkronih strojeva Stator asinkronog stroja ima raspoređeni namot, najčešće trofazni. Kad se takav namot priključi na simetričan višefazni sustav napona, njime poteku struje koje stvore protjecanje konstantnog iznosa i konstantne brzine vrtnje. Izvodi se kao i stator sinkronog stroja približno jednake snage. Toliko je sličan da je samo potrebno zamijeniti rotor da bi se od sinkronog stroja dobio asinkroni. Bitna je razlika na rotoru. Kod sinkronog stroja na rotoru su istaknuti polovi ili cilindrični rotor, s namotom koji se napaja iz vanjskog izvora istosmjernom strujom. Na taj način nastaje protjecanje rotora. Rotorski namot izvodi se uvijek kao višefazni. Broj faza na rotoru ne mora biti jednak broju faza na statoru. U rotorski se krug, u svaku fazu, preko kliznih prstena može uključiti vanjski radni otpor, ili se rotorski krug kratko spaja na samom rotoru. U tom slučaju nisu potrebni ni klizni prsteni ni vanjski priključci. Rotorski namot izvodi se uvijek kao višefazni. Broj faza na rotoru ne mora biti jednak broju faza na statoru. U rotorski se krug, u svaku fazu, preko kliznih prstena može uključiti vanjski radni otpor, ili se rotorski krug kratko spaja na samom rotoru. Način rada: priključivanjem statora na trofaznu mrežu stvara se okretno proticanje konstantnog iznosa I brzine vrtnje (rotorsko I statorsko) okretno magnetsko polje stvoreno statorskim proticanjem ima stalni iznos I brzinu pdređenom sa f I p. Zatvaranje tog polja ide I kroz rotor pa se u njemu inducira el. Motorna sila samo ako se rotor ne vrti istom brzinom kao I polje statora. 40. Inducirani napon u rotoru asinkronog stroja koji miruje Kada rotor miruje, frekvencija induciranog napona u rotoru je jednaka frekvenciji napajanja statora. Ovaj inducirani napon je uzrokovan promjenljivim magnetskim poljem koje proizvodi stator. Matematički izraz za inducirani napon E2 u rotoru može se predstaviti kao: E2=k⋅E1 gdje je: E1- napon na statoru k- omjer transformacije koji ovisi o konstrukciji stroja (broj zavoja statora i rotora). 41. Klizanje asinkronog stroja Neka se rotor asinkronog motora vrti brzinom n koja je različita od sinkrone. Može se definirati relativnu brzinu rotora u odnosu na sinkronu brzinu : Omjer relativne brzine rotora i sinkrone brzine naziva se klizanjem s. Prema definiciji klizanje iznosi: Pri sinkronoj brzini je klizanje jednako s = 0. Nasuprot tome, klizanje rotora u mirovanju iznosi s = 1 jer je n = 0. Klizanje se često izražava u postocima: Klizanje, prema tome, predstavlja omjer rotorske i statorske frekvencije: 42. Frekvencija i iznos induciranog napona rotora asinkronog stroja Iznos i frekvencija inducirane elektromotorne sile u fazi rotora jako ovise o klizanju! Inducirana elektromotorna sila u fazi rotora pri nekoj brzini vrtnje n, odnosno klizanju s, jednaka: Frekvencija inducirane elektromotorne sile u rotoru direktno proporcionalna klizanju, u fazi rotora ona iznosi: Inducirana elektromotorna sila rotora u mirovanju je jednaka: 43. Nadomjesna shema asinkronog stroja Reaktancija rotora ovisi o frekvenciji fr u rotorskom krugu. Isto tako i inducirani napon rotora ovisi o frekvenciji. 44. Prazni hod asinkronog stroja Pokus praznog hoda je relativno lako izvesti jer pritom ne teretimo stroj mehanički. Zato je to pokus koji se u pravilu provodi nakon kontrole namota i naponskih pokusa. 45. Kratki spoj asinkronog stroja Pokus praznog hoda je relativno lako izvesti jer pritom ne teretimo stroj mehanički. Zato je to pokus koji se u pravilu provodi nakon kontrole namota i naponskih pokusa. Uz promjenu napona na motoru U mjerimo struju I0 i snagu P0 koju motor uzima iz mreže. 46. Pojam električnog pogona Električni pogon -> je elektromehanički sustav namijenjen za dovođenje i održavanje u gibanju radnih mehanizama i upravljanje njihovim mehaničkim gibanjem. Električni pogon se u pravilu sastoji od: ▪ elektromotora ▪ radnog mehanizma ▪ prijenosnog uređaja ▪ pretvaračkog uređaja ▪ upravljačkog uređaja. Glavni dijelovi električnog pogona: ▪Elektromehanički pretvarač (sve vrste električnih strojeva) ▪Električki pretvarač (energetski elektronički pretvarač) ▪Jedinice za upravljanje i regulaciju 47. Režimi rada električnog pogona i četiri kvadranta mehaničke karakteristike električnih pogona 48. Osnovne karakteristike istosmjernog generatora Pogonski stroj istosmjernog generatora održava brzinu vrtnje konstantnom ▪ Vanjska karakteristika istosmjernog generatora – osnovna karakteristika koja prikazuje ovisnost napona na stezaljkama o struji opterećenja, uz konstatnu brzinu vrtnje i uzbudu (nezavisna uzbuda) 50. Opterećenje sinkronog stroja – induktivno, kapacitivno, djelatno, kombinacija – V-F dijagram Pri opterećenju teku u statorskim namotima struje. One stvaraju protjecanje Θa koje se vektorski zbraja s protjecanjem rotora Θf , pa ukupno protjecanje Θ iznosi: Rezultatno protjecanje Θ određuje smjer prostornog vala indukcije kojeg predstavljamo vektorom B. Inducirani napon Es je okomit na vektor indukcije B , a veličina mu je određena krivuljom praznog hoda. Struja u fazi A zatvara s naponom Es kut φs koji je određen impedancijom tereta. Kut opterećenja δr je kut od vektora indukcije do vektora uzbudnog (rotorskog) protjecanja 51. Ovisnost momenta i kuta opterećenja sinkronog stroja 52. Utjecaj promjene uzbude i momenta na osovini sinkronog generatora spojenog na krutu mrežu Ako se momentom djeluje u smjeru vrtnje, dovodi se mehaničku energiju, odnosno snagu. Poveća li se moment iz stanja praznog hoda i pritom se ne mijenja uzbuda Pojavi se struja armature radno-kapacitivnog karaktera. Rotor se pritom zakrene za kut δr u odnosu na vektor ukupnog protjecanja. Ukupno protjecanje mora ostati nepromijenjeno. Stroj daje u mrežu radnu snagu Ako se pak rotor koči, položaj rotora i rotorskog protjecanja će zaostati za kut δr prema vektoru ukupnog protjecanja. U armaturi će poteći struja takvog iznosa i smjera koja će stvoriti armaturno protjecanje potrebno da održi nepromijenjeno ukupno protjecanje. Stroj radi kao motor. Uzima električnu snagu iz mreže i predaje na osovini mehaničku snagu: 53. Karakteristika struje rotora asinkronog stroja Iznos struje je proporcionalan naponu i jako ovisi o klizanju. Pri pokretanju (s =1) vrijednost struje Ir je maksimalna. Pri sinkronoj brzini (s = 0) nema elektromotorne sile u rotoru, pa je i struja Ir jednaka nuli. To je u skladu s osnovnim razmatranjima o asinkronom stroju. I statorska struja ima sličan oblik, samo što u sinkronizmu ima malu vrijednost struje magnetiziranja, odnosno praznog hoda. 54. Energetska bilanca asinkronog stroja Prema nadomjesnoj shemi rotora, na rotor se prenosi snaga Pδ: Rr /s je fiktivni otpor koji nam dobro predstavlja strujno-naponske prilike, ali u rotorskom krugu imamo stvarno radni otpor Rr. Znači da su stvarni gubici u radnim otporima rotora: Razlika između snage koja prelazi zračni raspor Pδ i gubitaka u rotorskim radnim otporima Pdr predstavlja mehaničku snagu na rotoru Pmec: Gubici u radnim otporima rotorskog kruga se mogu izraziti pomoću snage Pδ koja prelazi na rotor: I mehanička snaga na rotoru Pmec se može izraziti pomoću snage Pδ koja prelazi na rotor: Mehanička snaga predstavlja najvećim dijelom korisnu snagu na osovini P. Dakle, mehanička snaga je jednaka: Manji dio mehaničke snage se pretvara u gubitke. Jedan dio su gubici Pdmec koji nastaju uslijed trenja u ležajima i ventilacije. Drugi dio gubitaka, koji se pokriva mehaničkom snagom, su dodatni gubici uslijed viših harmonika magnetskog polja Pdad. 55. Mehanička karakteristika asinkronog stroja i karakteristične točke Jebiga…