Osnova kurzu. Elektrické stroje 2. Úvodní informace; zopakování nejdůležitějších vztahů Základy teorie elektrických obvodů 3

Transkript

1 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 2 Výroba elektrické energie Elektronické prvky Elektronické přístroje 1

2 Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Základní pojmy Transformátory konstrukce Transformátory výpočty Transformátory - zapojení Speciální transformátory Stejnosměrné stroje princip funkce Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné stroje zapojení Stejnosměrné stroje - výpočty 2

3 Základní pojmy Elektrický stroj slouží k přeměně jedné formy energie v jinou. Přeměna jednotlivých forem energie probíhá na základě zákonu elektromagnetické indukce a Lorentzovy silové rovnice. (Farradayův indukční zákon) d E dl= dt C d ds E dl= dt B C S v B ] F=Q[ E B rot E= t =L i B F 3

4 Základní pojmy Rozdělení elektrických strojů Vstupní energie Výstupní energie Název stroje Mechanická Elektrická Generátor Elektrická Mechanická Motor Elektrická Elektrická Měnič, transformátor, zesilovač, regulátor 4

5 Základní pojmy Způsob přeměny Točivým pohybem Točivé stroje Přímočarým pohybem Lineární stroje Bez pohybu Netočivé stroje Forma elektrické energie Střídavá střídavé stroje Stejnosměrná stejnosměrné stroje 5

6 Základní pojmy Hlavní části elektrického stroje Díl stroje Část Hlavní funkce Vinutí, mg obvod aktivní Přeměna energie Kostra, hřídel, ložiska, ventilátor, nádoba atd mechanická Umožnit přeměnu energi 6

7 Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Základní pojmy Transformátory konstrukce Transformátory výpočty Transformátory - zapojení Speciální transformátory Stejnosměrné stroje princip funkce Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné stroje zapojení Stejnosměrné stroje - výpočty 7

8 Transformátory - konstrukce Jednofázové, tří a více fázové transformátory. Malé transformátory S do 16 kva; U do 1000 V Velké transformátory - S nad 16 kva; U přes 1000 V 8

9 Transformátory - konstrukce Průřez vodiče ovlivňuje velikost provozovaného proudu, kvalita izolace ovlivňuje provozní napětí a oba faktory společně přenášený výkon. Izolovaný vodič Cu nebo Al Al Cu ρ = 2,7 * 103 kg m-3 ρ = 8,9 * 103 kg m-3 ρ = 27 * 10-9 Ω m ρ = 17,8 * 10-9 Ω m průřez Al-vodiče cca 1,6 krát průřezu Cu-vodiče Vinutí na izolačních válcích z tvrzeného papíru. Izolace papír ve více vrstvách. Vzduchové transformátory - skelná izolace 9

10 Transformátory - konstrukce Konstrukce vinutí poloha cívek Soustředné (válcové) Soustředné dělené Vystřídané (kotoučové) 10

11 Transformátory - konstrukce Konstrukce magnetického obvodu Průřez magnetického obvodu ovlivňuje velikost přenášeného výkonu. prokládané plechy síla 0,35 max. 0,5 mm legovány Si; snížení ztrát za tepla válcované pl.; ztr. cca 3 W/kg při 50 Hz; Bmax=1,5 T orientované plechy (válcování za tepla) - Bmax = 1,8 T Odstupňovaný průřez maximální využití plochy průřezu cívky. 11

12 Transformátory - konstrukce Konstrukce magnetického obvodu Části mg. obvodu: jádra; horní a dolní magnetická spojka (jho) Jádrový typ 12

13 Transformátory - konstrukce Konstrukce magnetického obvodu Plášťový typ transformátoru 13

14 Transformátory - konstrukce Ostatní části transformátoru Nádoba stroje Vyrovnávací nádoba Stavoznak Chladiče Čerpadla Ventilátory Buchholzovo relé Sušení vzduchu Průchodky Svorkovnice Závěsné a pojezdové mechanizmy Štítek stroje 14

15 Transformátory - konstrukce 15

16 Transformátory - konstrukce Štítek stroje Výrobce Rok výroby Druh stroje Počet vinutí Zapojení vinutí Jmenovité napětí Jmenovitý výkon 8. Jmenovitý proud 9. Napětí nakrátko 10. Druh izolace 11. Provozní teplota 12. Váha stroje 13. Váha oleje 16

17 Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Základní pojmy Transformátory konstrukce Transformátory výpočty Transformátory - zapojení Speciální transformátory Stejnosměrné stroje princip funkce Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné stroje zapojení Stejnosměrné stroje - výpočty 17

18 Transformátory - výpočty Základní výpočty ideálního transformátoru Vnitřní indukované napětí d u= dt =N Převod d u1 =N1 dt d u2 =N2 dt u1 u 2 = N1 N2 u1 i1=s1 S2 =u2 i 2 u1 N1 i2 = = =p u 2 N2 i1 18

19 Transformátory - výpočty Náhradní schéma transformátoru Přepočtené parametry A a= An U1 u1 = Un A a= 100 % An I1 i1 = In S s= Sn Z1 z1 = Zn 19

20 Transformátory - výpočty Náhradní schéma transformátoru 20

21 Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Základní pojmy Transformátory konstrukce Transformátory výpočty Transformátory - zapojení Speciální transformátory Stejnosměrné stroje princip funkce Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné stroje zapojení Stejnosměrné stroje - výpočty 21

22 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí Y Z D 22

23 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí Konvence Mg. Tok Vnitřní napětí Výstupní napětí Hodinový úhel Fázové natočení vektorů napětí výstupní strany ku vstupní. 1 hodina = 30 23

24 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí - Y0 24

25 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí - D1 25

26 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí - D1 26

27 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí - Y6 27

28 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí - D1 28

29 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí - Yd1 29

30 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí - D11 30

31 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí - Z1 31

32 Transformátory - zapojení Zapojení třífázového vinutí - Z11 32

33 Transformátory - zapojení Paralelní spolupráce transformátorů Stejný sled fází. Stejný hodinový úhel. Shodný převodový poměr. Stejné napětí nakrátko Poměr jmenovitých výkonů by měl být menší než 3,2 : zkrat 3 vyrovnávací proudy 4 proporcionální zatížení (zkrat) 33

34 Transformátory - zapojení Provozní chod - naprázdno 34

35 Transformátory - zapojení Provozní chod - nakrátko 35

36 Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Základní pojmy Transformátory konstrukce Transformátory výpočty Transformátory - zapojení Speciální transformátory Stejnosměrné stroje princip funkce Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné stroje zapojení Stejnosměrné stroje - výpočty 36

37 Speciální transformátory Autotransformátor Část vinutí je společná. Galvanické spojení obvodů. Často bývá jako regulační transformátor 37

38 Speciální transformátory Měřící transformátor proudu Nepřetěžovat <=> oblast nízkého sycení. Sekundární obvod vždy uzavřen!!! 38

39 Speciální transformátory Měřící transformátor napětí Nepřetěžovat <=> oblast nízkého sycení Při měření na NN straně možnost indukce nebezpečného napětí! 39

40 Speciální transformátory Provedení podle účelu Oddělovací transformátory - převod 1:1 Transformátory pro elektrické obloukové pece Transformátory pro indukční pece o kmitočtu 50 Hz Středofrekvenční indukční pecové transformátory Transformátory pro svařování elektrodou Transformátory pro odporové svařování Transformátory zmnožení počtu fází 40

41 Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Základní pojmy Transformátory konstrukce Transformátory výpočty Transformátory - zapojení Speciální transformátory Stejnosměrné stroje princip funkce Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné stroje zapojení Stejnosměrné stroje - výpočty 41

42 Stejnosměrné stroje princip funkce Pohyb vodiče napětí Vodič protékaný proudem - síla Pravidlo levé ruky siločáry do dlaně; prsty směr proudu; palec směr působící síly 42

43 Stejnosměrné stroje princip funkce F=B I l B= S N I b =Fm= R m

44 Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Základní pojmy Transformátory konstrukce Transformátory výpočty Transformátory - zapojení Speciální transformátory Stejnosměrné stroje princip funkce Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné stroje zapojení Stejnosměrné stroje - výpočty 44

45 Stejnosměrné stroje konstrukce 45

46 Stejnosměrné stroje konstrukce 46

47 Stejnosměrné stroje konstrukce Magnetický obvod Jho statoru kostra stroje; plný materiál Hlavní póly budící vinutí; našroubovány ke kostře stroje; složen z izolovaných plechů Pólový nástavec budícího vinutí drážky kompenzačního vinutí Zuby rotoru, jho rotoru plechy Póly pomocného vinutí - plechy 47

48 Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné vinutí - rotoru Otevřené samostatné cívky 48

49 Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné vinutí - rotoru Uzavřené jedna cívka 49

50 Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné vinutí - rotoru Umístěné na rotoru stroje Cívky vinutí spojeny s komutátorem Prstencové vinutí 50

51 Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné vinutí - rotoru Válcové vinutí Jednovrstvé dvouvrstvé Aktivní část uložena v drážce rotoru Zakončení v komutátoru 51

52 Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné vinutí - rotoru Prostorové uspořádání válcového dvouvrstvého vinutí uskutečněného ze smyčkových závitů 52

53 Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné vinutí - smyčkové 53

54 Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné vinutí - vlnové 54

55 Stejnosměrné stroje konstrukce Komutátor 55

56 Stejnosměrné stroje konstrukce Komutátor 56

57 Stejnosměrné stroje konstrukce Komutátor Válcový komutátor Zděřový komutátor 57

58 Stejnosměrné stroje konstrukce Komutátor Izolace nesmí převyšovat lamely komutátoru odskakování uhlíku - jiskření Lamely komutátoru válec Dosedací plocha uhlíku válcová plocha 58

59 Stejnosměrné stroje konstrukce Komutátor 59

60 Stejnosměrné stroje konstrukce Komutace Změna směru toku proudu cívkou 1 lineární komutace 2 podkomutováno 3 - překomutováno 60

61 Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Základní pojmy Transformátory konstrukce Transformátory výpočty Transformátory - zapojení Speciální transformátory Stejnosměrné stroje princip funkce Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné stroje zapojení Stejnosměrné stroje - výpočty 61

62 Stejnosměrné stroje zapojení Komutace Komutace má být bezjiskrová; jinak dochází k ničení komutátoru. Zdroje jiskření - mechanické: 1. Vychýlené kartáče v držáku 2. Vyčnívající izolace mezi lamelami 3. Nesprávný tlak na kartáče 4. Vibrace kartáče 5. Nevhodná tvrdost kartáčů 6. Chvění stroje - elektrické: vlivem napětí, které se indukuje v komutující cívce - např. nevhodná kvalita kartáčů 62

63 Stejnosměrné stroje zapojení Komutace Zlepšení komutace: 1. natáčení kartáčů 2. pomocné póly 3. kompenzační póly (velké stroje) 63

64 Stejnosměrné stroje zapojení Vinutí statoru Budící vinutí Stejnosměrné napájení; vinutí je umístěno na statoru; vytvoření hlavního magnetického toku Pomocné vinutí; vinutí umístěné na statoru; sériově zapojeno s vinutím kotvy; kompenzace reakce kotvy Kompenzační vinutí; navinuto v zubech pólových nástavců hlavních pólů; kompenzace reakce kotvy; tlumení rázových dějů 64

65 Stejnosměrné stroje zapojení Reakce kotvy Mg. pole budícího vinutí Mg pole kotvy 65

66 Stejnosměrné stroje zapojení Reakce kotvy Mg. pole celkové Průběh mg pole v mezeře Zeslabení magnetického toku Posunuje neutrálu o úhel & Hodnota mg indukce B není rovnoměrná po ploše pólu. 66

67 Stejnosměrné stroje zapojení Reakce kotvy - kompenzace Natáčení kartáčů Přidávání vinutí 67

68 Stejnosměrné stroje zapojení Cizí buzení Dynamo Výhoda: jednoduché zapojení - jednoduchá reverzace -téměř bezeztrátové a snadné řízení otáček - stabilita Použití:- řídící dynamo v Leonardově skupině -Budiče synchronních strojů Motor Výhoda - jednoduché zapojení - jednoduchá reverzace - téměř bezeztrátové a snadné řízení otáček Použití - samočinné regulační pohony v průmyslu 68

69 Stejnosměrné stroje zapojení Derivační buzení Motor Výhoda jednoduché zapojení jednoduchá reverzace - téměř bezeztrátové a snadné řízení otáček Použití - samočinné regulační pohony v průmyslu Dynamo Výhoda - soběstačné zdroje proudu Použití - pomocné budiče synchronních alternátorů 69

70 Stejnosměrné stroje zapojení Cizí buzení Derivační buzení 70

71 Stejnosměrné stroje zapojení Sériové buzení Dynamo Nestabilní stroj Použití: brždění do odporu v trakci; jeřábech a transportních zařízeních Motor Nesmí běžet bez zatížení Použití: trakční motory; elektrická vozidla; jeřáby; transportní zařízení 71

72 Stejnosměrné stroje zapojení Kompaudní a protikompaudní buzení Motor kompaudní buzení Měkčí charakteristika Zmírnění proudových nárazů při špičkách Možnost provozu naprázdno Dynamo kompaudní buzení Tvrdá charakteristika Odstraňuje nestabilitu der. d. Motor protikompaudní buzení Dynamo protikompaudní buzení Nestabilní stroj Slabá protikompaudace konstantní rychlost nezávislá na zatížení Měkká charakteristika Svařovací stroje 72

73 Stejnosměrné stroje zapojení Charakteristiky strojů 1.Dynamo s cizím buzením 2.D. s paralelním buzením 3.D. s kompaudním buzením 4.D. s protikompaudním buzením 5.Charakteristika zatěžovacího odporu 73

74 Stejnosměrné stroje zapojení Charakteristiky strojů Otáčkové charakteristiky stejnosměrných motorů Ik proud kotvy M zatěžovací moment 1. Motor s cizím (paralelním) buzením 2. M. se sériovým buzením 3. M. s kompaudním buzením 4. M. s protikompaudním buzením 5. Charakteristika zátěže 74

75 Osnova přednášky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Základní pojmy Transformátory konstrukce Transformátory výpočty Transformátory - zapojení Speciální transformátory Stejnosměrné stroje princip funkce Stejnosměrné stroje konstrukce Stejnosměrné stroje zapojení Stejnosměrné stroje - výpočty 75

76 Stejnosměrné stroje výpočty Příklad: Vypočtěte jak velký maximální výkon a moment budeme mít na hřídeli stejnosměrného motoru o následujících parametrech. Počet závitů N, průměr závitu D; aktivní délka závitu L, který je v homogenním magnetickém poli s magnetickou indukcí B, a který je protékaný proudem I. Otáčky rotoru motoru jsou n. N = 20 B = 1,1 T D = 350 mm L = 200 mm I = 20 A n = ot min-1. 76

77 Použitá literatura: 1) Heřman a kol Příručka silnoproudé elektrotechniky; SNTL Praha ) Tkotz Klaus Příručka pro elektrotechniky; Europa Sobotáles Praha 2006; ISBN ) UHLÍŘ I. - Elektrické obvody a elektronika; ČVUT Praha 2002; ISBN ) Voženílek P. Kurs elektrotechniky; SNTL Praha

78 Opakovací otázky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) Jaké známe elektromagnetické stroje - stručně je popište. Z Popište základní části stroje. Jaké známe druhy magnetických obvodů u transformátorů. Jaké známe druhy vinutí cívek transformátoru. Jakým způsobem může být navinuta cívka u transformátoru. Jaké známe druhy zapojení třífázového vinutí. Co je to hodinový úhel. Popište mechanické části transformátoru a vysvětlete jejich význam. 9) Co je to převodový poměr a jeho vztah k napětí a proudu. 10) Nakreslete náhradní schéma transformátoru a fázorový diagram. 11) Paralelní chod transformátorů a jeho podmínky. 78

79 Opakovací otázky 12) 1) 13) 14) 15) 16) Popište princip stejnosměrného stroje Z Popište konstrukci stejnosměrného stroje. Vysvětlete co je to komutátor a jeho funkci. Vysvětlete podstatu komutace. Popište druhy vinutí stejnosměrného stroje a popište princip reakce kotvy. 17) Popište jednotlivé druhy stejnosměrných strojů podle zapojení. 18) Nakreslete charakteristiky stejnosměrných strojů 79