Itt ér véget a 2. zárthelyi elméleti
anyaga!!!
138
Szinkrongépek
Definíció: Azokat a váltakozó áramú gépeket, melyeknek a fordulatszámát a póluspárok száma, és a feszültség frekvenciája határozza meg, szinkrongépeknek nevezzük.
A fordulatszám meghatározása:
ahol:
- „n” a fordulatszám - „f” a frekvencia
- „p” a póluspárok száma
𝑛 = 𝑓
𝑝 ∙ 60
A gép szerkezete és felépítése
Fő részei:
- Állórész
● lemezelt vastest, hegesztett acéllemez váz fogja össze
● nyitott, vagy félig zárt horonyba helyezik a tekercselemeket
● a házat kétoldalt öntöttvas pajzs zárja le - Forgórész
● egyenáramú gerjesztő tekercs a mágneses tér előállítása érdekében, csúszó gyűrűk, a gerjesztő áram hozzávezetése miatt, melyekhez szén vagy bronzkefék csatlakoznak
140
Az állórész tekercseinek kapcsolása
Csillagkapcsolás Deltakapcsolás Tekercsvégek jelölése
● U1; V1; W1
● U2; V2; W2
● F1; F2
A tekercsvégek kapcsolhatók csillagba, és deltába egyaránt
A forgórész kialakítása lehet
Hengeres (gőzgenerátorok)
● párhuzamos hornyú
● kereszttekercses
● radiális hornyú
A forgórész feladata az, hogy olyan mágneses teret hozzon létre, amely alkalmas arra, hogy az állórészben szinuszos feszültséget indukáljon. Ezt a pólusok speciális kialakításával lehet megvalósítani.
142
A fordulatszám alakulása
A szinkrongépek gépek alkalmazása
A szinkrongép lehet:
- Motor
● Az állórészre háromfázisú feszültséget kapcsolnak
● a forgórész tekercsét egyenárammal gerjesztik.
- Generátor
● a forgórészre helyezik el az egyenárammal gerjesztett pólusokat.
● az állórészben feszültség indukálódik
144
A szinkrongépek gépek alkalmazása
Motor: Az állórészre kapcsolt 3 fázisú feszültség
fordulatszámmal forgó mágneses teret hoz létre. Ennek hatása van a pólus fluxusra, amit armatúra reakciónak nevezünk. A forgó fluxus a gerjesztett póluskereket fordulatszámon tartja, amin a motor nyomaték kifejtésére is képes. Az indítónyomaték 0, azaz álló póluskereket a forgófluxus elindítani nem tudja.
Generátor Az egyenárammal gerjesztett forgórészt állandó
fordulatszámmal forgatják. (gőz-, víz-, gázturbina, diesel motor) az állórésztekercsekben szinuszos háromfázisú feszültség
indukálódik.
Szinkron generátor
Működési elve:
Az állórészen elhelyezett, egymástól 120 fokra eltolt tekercseket metszi a forgórészen elhelyezett gerjesztő tekercs mágneses tere, így benne háromfázisú váltakozó feszültség indukálódik.
A szinkron generátorokat a hálózatra kapcsolás előtt szinkronizálni kell. Üresjárásban (nyitott állórész kapcsoknál) a forgórész póluskerék forgatásával forgó mágneses mező jön létre, ami feszültséget indukál az állórész 3 fázisú tekercseiben.
A tekercsekben indukált feszültségnek meg kell egyezni frekvenciában, fázisban, fázissorrendben a hálózati feszültséggel:
- Frekvencia beállítás: fordulatszám változtatással - Amplitúdó változtatás: gerjesztő árammal
- Fázis beállítás: fordulatszám nagyon finom állításával
146
A szinkron gép teljes és egyszerűsített áramköri
modellje
A szinkron motor indítása
A legelterjedtebb indítási mód az aszinkron felfutás:
A pólussarukban beépített csillapítórudak a rövidrezáró gyűrűkkel a kalickás aszinkron motoréhoz hasonló kalickát alkotnak. Indításkor a forgórész egyenáramú tekercselését rövidre zárják, a motor aszinkron motorként elindul és a szinkron fordulatszámhoz közeli fordulatszámra felgyorsul. A forgórész gerjesztőáram bekapcsolása után a motor "beugrik" a szinkron fordulatszámra.
148
Gerjesztés módja
Általában a forgórész gerjesztését a szinkrongéppel egy tengelyre kapcsolt egyenáramú gerjesztő géppel oldják meg.
A szinkrongép külső gerjesztésű, mivel a gerjesztését másik géptől kapja.
Egyenáramú gépek
„Villámdelejes forgony”(Jedlik Ányos)
150
Egyenáramú gép működési elve
Az állandó mágnes mágneses terében helyezkedik el az áramjárta vezetőkeret. Az áram hatására a vezetőkeret körül is mágneses mező alakul ki. A két mágneses mező kölcsönhatása eredményezi azt a nyomatékot, amelynek hatására a vezetőkeret elfordul.
Egyenáramú generátor működési elve
Ez a bal oldali gép váltakozó feszültséget szolgáltat. Ahhoz, hogy egyenáram folyjék a kefékre csatolt terhelésen a megjelenő szinuszos feszültséget egyenirányítani kell erre a gyakorlatban a mechanikus egyenirányító a kommutátor szolgál. Amikor a keretben az indukált feszültség iránya megfordul, a kefékkel érintkező félgyűrűk is megcserélődnek, így a kefék közötti feszültség mindig egyirányú marad
152
Valóságos egyenáramú gép esetén
A valóságos egyenáramú gépekben a vezetőkeret helyett tekercselést alkalmaznak. A tekercselés több kivezetése több kommutátor szegmenshez csatlakozik.
A kefe által rövidre zárt mindenkori két kommutátor szegmenshez tartozó menetben megfordul, kommutál az áram iránya.
Egyenáramú gép szerkezeti felépítése
Állórész: Öntött acélkoszorúból, a főpólusból és a segédpólusokból áll. A lemezelt pólussaru biztosítja, hogy az armatura kerület minél nagyobb százalékában állandó légrésindukció alakuljon ki.
Armatura(forgórész): 0,35-0,5 mm vastag, axiális irányban egymásra rakott kör alakú, hornyokkal ellátott lemezekből állítják össze az örvényáramú veszteségek csökkentése érdekében. Kommutátor:
Egymástól és az armaturától szigetelt réz-szegmensekből felépített henger. A szegmensek közötti maximális feszültség kb. 15-20 V. Adott armaturafeszültség esetén ez megszabja a szükséges minimális szegmensszámot.
Kefék: A kommutátor henger-palástjára szorulva azon csúsznak.
Forgás közben kb. 1 V feszültség-esés jön létre, mely a terheléstől
154
Egyenáramú gép felépítése
Állórész:
- tömör vastest
- pólusokon gerjesztő tekercs (egyenárammal gerjesztve)
Forgórész:
- lemezelt vastest
- hornyokban gerjesztő tekercs
Armatúra reakció, és kompenzálása
Ha a forgórészben nem folyik áram, a semleges zóna a főpólus fluxusára merőleges (A ábra). Ha az armatúrában is folyik áram, ez is létrehoz egy mágneses mezőt (B ábra). Az eredő mező e kettő eredője lesz. Ez az armatúra visszahatás jelensége.
Ekkor a semleges zónahelye megváltozik (A’-B’). Ha a kefék az eredeti A-B vonalban maradnak, kefeszikrázás lép fel.
E hatások kiküszöbölésére:
- a pólussaruk hornyaiba kompenzáló tekercselést helyeznek el, - az armatúrával sorba segédpólus tekercset kapcsolnak.
156
Egyenáramú gép egyenletei
Indukált feszültség:
A főpólus mágnesen terében forgó vezetőkeretben indukálódó feszültség középértéke.
𝑈𝑖 = 𝑘 ∙ 𝛷 ∙ 𝜔
Nyomaték:
Egyenáramú gép belső teljesítménye alapján.
ahol:
k – gépállandó Φ – fluxus
– körfrekvencia Ia – armatúra áram
N – vezetőkeretek száma p – pólusok száma
𝑃𝑚𝑒𝑐ℎ = 𝑃𝑣𝑖𝑙𝑙
𝑀 = 𝑘 ∙ 𝛷 ∙ 𝐼𝑎
𝑀 ∙ 𝜔 = 𝑈𝑖 ∙ 𝐼𝑎 = 𝑘 ∙ 𝛷 ∙ 𝜔 ∙ 𝐼𝑎
𝑘 = 2 ∙ 𝑁 ∙ 𝑝 𝜋
Egyenáramú gépek kapcsolásai
• Külső gerjesztés: Az Ug feszültség független áramforrásból ered, ezen gépnek a legdinamikusabbak a, működési jellemzői, ezek a legjobban szabályozhatók.
• Párhuzamos gerjesztés: a gerjesztő tekercs párhuzamosan van kötve az armatúratekercseléssel, vagyis A sönt generátor jellemző tulajdonsága, hogy rövidzár-biztos, Imax> Iz, ezért ezt a típust használják gépjárművek villamos energia forrásaként.
• Soros gerjesztés: a gerjesztő tekercs sorba van kapcsolva az armatúratekercseléssel, vagyis Ez a géptípus szolgál a gépjárművek indítómotorjaként, mert igen nagy kis fordulatszámokon a nyomatéka, mivel
𝑀 = 𝑘 ∙ 𝐼𝑎2
158
Egyenáramú gépek gerjesztési típusai
Külső gerjesztésű egyenáramú motor
Motorüzemben a sönt és a külsőgerjesztésű gép között nincs különbség: a fluxus állandó (a kompenzált gépeknél). A motor egyik legfontosabb tulajdonsága a fordulatszámtartás, azaz növekvő nyomaték mellett nem változik meg lényegesen a fordulatszám.
𝑈𝑖 − 𝑈𝑘 + 𝐼𝑎 ∙ 𝑅𝑠 = 0 ω = 𝑈𝑘
k ∙ 𝛷 − 𝑅𝑎 ∙ 𝑀 𝑘 ∙ Φ 2
A nyomaték-fordulatszám jelleggörbe
160
Soros gerjesztésű egyenáramú motor
Mivel ez esetben a gerjesztőtekercs és a forgórész sorban van kapcsolva.
𝑈𝑖 = 𝑘 ∙ 𝛷 ∙ 𝜔 = 𝑘 ∙ 𝐿 ∙ 𝐼 ∙ 𝜔 = 𝐾 ∙ 𝐼 ∙ 𝜔 𝛷 = 𝐿 ∙ 𝐼
𝑈𝑎 + 𝑈𝑖 + 𝑈𝑔 − 𝑈 = 0
𝜔 = 𝑈
𝐾 ∙ 𝐼 − 𝑅
𝐾 𝜔 = 𝑈
𝐾 ∙ 𝑀 − 𝑅 𝐾 𝑀 = 𝑘 ∙ 𝛷 ∙ 𝐼 = 𝑘 ∙ 𝐿 ∙ 𝐼 ∙ 𝐼 = 𝐾 ∙ 𝐼2
𝐼 ∙ 𝑅𝑎 + 𝑈𝑖 + 𝐼 ∙ 𝑅𝑔 − 𝑈 = 0
𝐾 ∙ 𝐼 ∙ 𝜔 = 𝑈 − 𝑅 ∙ 𝐼 ahol 𝑅 = 𝑅𝑎 + 𝑅𝑔 𝐼𝑔 = 𝐼𝑎 = 𝐼
Soros gerjesztésű egyenáramú motor
Az ábráról leolvasható, hogy a soros gerjesztésű motornak nincs üresjárási fordulatszáma.
Terhelés nélkül indítani tilos. A motor indulásakor, amikor az armatúraáram nagy és a fordulatszám még kicsi, akkor
adja le a legnagyobb
nyomatékot, majd a
fordulatszám növelésével csökken a nyomaték és az áramfelvétel is.
Ezt a viselkedést járműveknél (troli, villamos, metro, vasút) és különböző kéziszerszámoknál ideálisan ki lehet használni, hiszen ezeknek a gépeknek induláskor van szükségük nagy nyomatékra, az elért fordulatszámot már kisebb nyomatékkal is fenn lehet tartani.
162
Egyenáramú motorok üzemeltetése
- Indítás: cél az indítási áramfelvétel csökkentése előtét ellenállással, kapocsfeszültség csökkentéssel.
- Forgásirány váltás: vagy a gerjesztőtekercs, vagy az armatúratekercs pólusainak felcserélésével.
- Fordulatszám változtatás: kapocsfeszültség csökkentéssel, áramfelvétel szabályozással, fluxus gyengítéssel.
- Fékezés: ellenáramú féküzem, rekuperációs fékezés, dinamikus fékezés.