PROIZVODNJA TROFAZNOG SISTEMA SIMETRIČNIH NAPONA

Transcript

1 PROIZVODNJA TROFAZNOG SISTEMA SIMETRIČNIH NAPONA Za proizvodnju trofaznog sistea sietričnih napona najčešće se koriste trofazni sinhroni generatori. Osnovni konstrukcijski dijelovi generatora su stator i rotor. Stator je izrađen od željeznih liova s usječeni utoria u kojia je sješten trofazni naot. Rotor je također izrađen od željeznih liova i ože biti cilindričnog oblika ili iati istaknute polove. Na rotoru se postavlja naot koji se priključuje na izvor istosjernog napona.

2 Naot na statoru sastoji se od tri fazna naota s isti broje zavoja, koji su raspoređeni tako da izeđu njihovih agnetnih osa postoji prostorni poak od 10. Prijer prostornog rasporeda faznih naota u trofazno sinhrono generatoru dat je na slici. W Y X U U-X faza 1 V-Y faza W-Z faza V Z Da bi se u fazni naotia na statoru inducirali naponi, rotor se ora vrtiti određeno brzino, a kroz naot na rotoru ora protjecati istosjerna struja. Rotor sinhronog generatora obično pokreće turbina (vodena ili parna). Generatori koji iaju rotor s istaknuti polovia (kao što je prikazan na slici) predviđeni su za anje brzine vrtnje i koriste se u hidroelektranaa. Generatori koji iaju rotor s neistaknuti polovia (cilindrični oblik) predviđeni su za veće brzine vrtnje i koriste se u teroelektranaa i nuklearni elektranaa.

3 S cilje pojednostavljenja razatrat će se sao faza 1 u statorsko naotu. Kroz rotorski naot teče istosjerna struja koja stvara konstantni agnetni tok Φ. Os faze 1 Rotor se vrti konstantno ehaničko ugaono brzino ω eh uslijed čega se ijenja ulančeni agnetni tok obuhvaćen naotaje faze 1. X U Najveći agnetni tok kojeg obuhvata naot faze 1 ia se u slučaju kad se agnetna os ove faze i agnetna os rotora poklapaju. Ulančeni agnetni tok faze 1 jednak je nuli kad kut izeđu navedenih osa iznosi 90. Dakle, projena ulančenog agnetnog toka faze 1 ože se opisati relacijo: ψ1( t) = Ψ cos ωt S ω je označena električna ugaona brzina koja je vezana s ehaničko ugaono brzino ω eh relacijo: ω = ω eh p gdje je p broj pari polova (za prijer prikazan na slici p = 1). S obziro da dolazi do projene ulančenog agnetnog toka faze 1, po Faradayevo zakonu elektroagnetne indukcije u naotu ove faze inducirat će se napon:

4 dψ1(t) e1(t) = = E sin ωt dt Posljednja relacija pokazuje da je inducirani napon faze 1 haronijska funkcija. Maksialna vrijednost ovog napona E ovisi o električnoj ugaonoj brzini ω, agnetno toku Φ (koji se ože ijenjati projeno intenziteta struje koja teče kroz naot rotora) i broju zavoja u naotu faze. Inducirani naponi ostalih faza pojereni su fazno u odnosu na napon e 1 (t), pa vrijede slijedeće relacije: e (t) = E sin t e (t) = E sin( ωt 10 ) e (t) = E sin ωt 40 1 ω ( ) E W Y e (t) e (t) X U Z e 1 (t) V E

5 TROFAZNO OKRETNO MAGNETNO POLJE Razatra se siste sastavljen od tri naota s isti broje zavoja postavljena na željeznu jezgru tako da izeđu njihovih osa postoji prostorni poak od 10. Kroz ove naote protječu tri izjenične struje i 1, i i i, eđusobno fazno poaknute za električnih 10 (π/). i ( ωt ) (t) = I sin 40 Magnetna os faze 1 (U-X) W Y i1(t) = I sin ωt X U Magnetna os faze (W-Z) V Z Magnetna os faze (V-Y) i ( ωt ) (t) = I sin 10

6 Uslijed protjecanja struja i 1, i i i duž agnetnih osa djeluju pulzirajuća agnetna polja čije su agnetne indukcije srazjerne strujaa i u fazi s njia: y b 1 α b b b1(t) = sin ωt ( ωt ) ( ωt ) (t) = sin 10 (t) = sin 40 x Za određivanje rezultantnog polja koje je posljedica djelovanja svih faznih naota koristit će se njegove projekcije na x i y osu. Koponenta rezultantnog polja na x osi u bilo koje trenutku ože se odrediti po izrazu: (t) = b + b + b x 1x x x b b Koponenta rezultantnog polja na y osi u bilo koje trenutku ože se odrediti po izrazu: (t) = b + b + b y 1y y y Sa dijagraa se vidi da vrijedi: y x (t) = (t) = sin ωt [ sin( ωt 10 ) sin( ωt 40 )] cos 0 = cos ωt [ sin( ωt 10 ) + sin( ωt 40 )] sin 0 = sin ωt

7 Modul indukcije rezultantnog agnetnog polja je: (t) = x + Modul trenutne vrijednosti agnetne indukcije rezultantnog agnetnog polja ne ovisi o vreenu i ia konstantnu vrijednost. y = Položaj odula ože se definirati kuto α koji ovaj odul zaklapa s x oso. Sa dijagraa se vidi da vrijedi: y y tgα = α = ωt y x sin ωt = cos ωt = tgωt = tg ( ωt) x α x Posljednja relacija pokazuje da se ugao α, a tie i položaj odula, ijenja u vreenu. Dakle, agnetno polje indukcije rotira ugaono brzino ω koja je određena kružno frekvencijo struja i 1, i i i. Zato se ovo agnetno polje i naziva trofazno okretno polje. Kad se na naot statora trofaznog sinhronog generatora priključi trošilo, kroz naot će proteći struje, a u generatoru će se forirati trofazno okretno polje. Kod ove vrste strojeva brzina vrtnje okretnog agnetnog polja i brzina vrtnje rotora eđusobno su jednake i zato nose ie sinhroni (istovreen). To nije slučaj kod nekih drugih vrsta električnih strojeva.

8 PRINCIP RADA TROFAZNOG ASINHRONOG MOTORA Trofazni asinhroni otori oogućuju pretvorbu električne u ehaničku energiju i najčešće su korištena vrsta električnih otora. Osnovni dijelovi ovog otora su stator i rotor. Stator je izrađen od željeznih liova (praktično je isti kao kod trofaznog sinhronog generatora), a u usječene utore postavljen je trofazni naot spojen u zvijezdu ili trokut. Rotor trofaznog asinhronog otora ože se izvesti na dva načina, ovisno o toe kako su vodiči postavljeni u utore usječene na rotoru: 1. kavezni. klizno-kolutni (trofazni naot na rotoru).

9 Štap kaveza Prsten kaveza

10 Rad trofaznog asinhronog otora zasniva se na djelovanju okretnog agnetnog polja. Okretno agnetno polje i trofazni asinhroni otor otkrio je Nikola Tesla kraje XIX vijeka. Naot na statoru trofaznog asinhronog otora sastoji se od tri jednaka fazna naota, što znači da ovaj otor predstavlja sietrično trofazno trošilo. Fazni naoti na statoru raspoređeni su tako da izeđu njih postoji prostorni poak od 10 (kao kod sinhronog generatora). Ako se fazni naoti priključe na trofazni siste sietričnih napona, kroz naote će teći struje: i i i1(t) = I sin ωt ( ωt ) ( ωt ) (t) = I sin 10 Uslijed protjecanja ovih struja dolazi do foriranja okretnog agnetnog polja. (t) = I sin 40 Modul trenutne vrijednosti rezultantnog vektora agnetne indukcije okretnog agnetnog polja (koji je posljedica djelovanja sva tri naota) u svako trenutku je konstantan i ne ovisi o vreenu. Okretno agnetno polje rotira ugaono brzino ω koja je jednaka kružnoj frekvenciji (učestanosti) struja u fazni naotia. Uslijed djelovanja okretnog agnetnog polja u vodičia rotora dolazi do induciranja napona, odnosno protjecanja struja, što dovodi do pojave sile na vodiče i kretanja rotora.

11 Na slici je prikazan kavezni rotor asinhronog otora razvijen u ravninu. Okretno agnetno polje predstavljeno je polo N koji se kreće linijsko brzino v. Ako rotor, naprijer, iruje, dolazi do induciranja napona u vodičia rotora jer se agnetno polje kreće (ijenja) u odnosu na ove nepoične vodiče. Sjer induciranog napona određuje se prijeno pravila desne ruke, pri čeu treba pretpostaviti da polje stoji a da se vodiči rotora kreću u sjeru suprotno od sjera kretanja okretnog agnetnog polja. U zatvoreno rotoru inducirani napon uzrokuje protjecanje struje I koja ia sjer induciranog napona.

12 Na vodiče kroz koje protiču struje, a koji se nalaze u agnetno polju, djeluju ehaničke sile F čiji se sjer određuje prijeno pravila lijeve ruke. Mehaničke sile koje djeluju na vodiče prenose se na utore, odnosno na željeznu jezgru rotora i rotor se počinje vrtiti u isto sjeru u koje se vrti okretno agnetno polje. Nakon određenog vreena rotor će dostići zadanu brzinu vrtnje, ali ta brzina nikad neće biti ista kao brzina vrtnje okretnog agnetnog polja. Ako bi ove brzine bile iste, ne bi postojalo relativno kretanje okretnog agnetnog polja u odnosu na vodiče rotora, pa se u vodičia rotora ne bi inducirao napon. Upravo radi različitih brzina vrtnje okretnog agnetnog polja i rotora ova vrsta otora je i dobila ie asinhroni (neistovreen). Radi opisanog principa rada često se koristi i naziv indukcioni.