1. Kako nastanejo in kako velike so izgube v železnem jedru transformatorjev?

Transcript

1 . Kako natanejo in kako velike o izgube v železnem jedru tranformatorjev? V železnih jedrih natajajo izgube pri izmeničnem magnetenju, zaradi preminjanja magnetnega polja v jedru. Delimo jih na dva dela: -HSTEREZNE natanejo kot poledica vzpotavljanja in podiranja elementarnih magnetnih področij (Weiove domene). Energija je pri enakih ciklih magnetenja enaka za vak cikel in e preminja v toploto. V krivulji magnetenja je to tatična hiterezna zanka, katere površina je proporcionalna izgubljeni energiji. B H W V Hiterezne izgube o dane z enačbo: f x P h kn B mfe 50 k pecifične hiterezne izgube v W/kg pri f=50hz in B= T. x ekponent je v mejah od,6 do,6 in je v povprečju. Hiterezna izgube zmanjšamo primerno izbiro mehkomagnetnega materiala, predvem magnetno orientiranih valjanih pločevin. -VRTNČNE Natanejo zaradi vrtinčnih tokov pri izmeničnem magnetenju. P R Dane o z enačbo: P v k f v B m FE 50 k pecifične vrtinčne izgube v W/kg pri f=50hz in B=T. Vrtinčne izgube e preminjajo proporcionalno kvadratom frekvence in kvadratom gotote polja B. Vrtinčni tokovi o poledica inducirane napetoti v jedru, ta pa je proporcionalna f in B. Od tod je kvadratna odvinot vrtinčnih izgub. Omejujemo jih tako, da lameliramo jedro. Debelina lamel je od 0, do 0,5mm.

2 Pri elektropločevini prevladujejo hiterezne izgube. Skupne izgube v jedru o tako: f PFe Ph Pv pfe B m Fe 50 p - pecifične izgube v železu v W/kg pri f=50hz in B=T. Fe Enačba ima dve poenotavitvi: vrtinčni del ne narašča f in hiterezni del ne narašča z Pri manjših odmikih od 50Hz in T dobimo dovolj dobre rezultate.. Napetotna in tokovna pretava tranformatorja (fizikalna lika in izvajanje) x B. U E E U Z b Ф gl Slika : Tranformator V vakem ovoju primarnega in ekundarnega navitja e inducira napetot, ki je enaka: e 4, 44 f ov gl Torej za primarno in ekundarno navitje je inducirana napetot: E 4, 44N f gl E 4, 44N f gl Napetotna pretava Razmerju induciranih napetoti v dveh navitjih pravimo napetotna pretava. Dobimo jo tako, da delimo zgornji enačbi. E E N N Tokovna pretava Na izhodne ponke ekundarja priključimo zunanjo upornot bremena Z b. Sekundarna napetot E bo pognala ekundarni tok kozi Z b. Ta tok bo še dodatno magnetil jedro. Zato e mora premeniti Φ gl, ki je bil na začetku μn + N. To pa pomeni, da e mora premeniti inducirana napetot E. Ker pa e le ta ne premeni in otaja enaka E u 0, pomeni da je po primarju tekel tok *. Ta tok kompenzira magnetno napetot, ki jo povzroči tok. To * pomeni, da je N N 0 oziroma Φ + Φ =0. z tega ledi tokovna pretava: * N N

3 Na liki je U viljena napetot, ravnotežje ji drži E, ki je za 80 0 premaknjen. μ magnetilni tok je induktiven in 90 0 zaotaja za U. Glavni magnetilni fluk Φ gl je vedno v fazi z μ. Gonilna napetot E, inducira Φ gl. E je v fazi z E, ki je reducirana na napetot pretave. Slika : Kazalčni diagram napetoti in tokov 3. TRFAZN TRANSFORMATOR. DELOVANJE N TP MAGNETNH JEDER. Trifazni tranformatorji o glede na razmerje moč/teža najcenejši, aj je za njih potrebno manj materiala kot pri otalih tipih tranformatorjev, poleg tega pa ne rabimo magnetnega ničlovoda. a) Jedrni tip Pojavi e rezultančni fluk: 0 A B C

4 b) Stebrni tip A 3 Ta tip je primeren za višje moči. C A 3 c) Platni tip B Pri tem tipu trifaznega tranformatorja je potrebno poebej paziti, da redinko navitje navijemo obratno od krajnih navitij. U A A A / U B B B / U C C / C

5 C C / B / A / A / ( C B ) B / / ( A B) B 4. Komponente toka praznega teka tranformatorja R X σ R' ' X' σ 0 U E R 0 X E' U' 0 0d μ Slika 3: Nadometna hema tranformatorja Sekundarne ponke tranformatorja putimo odprte, kar pomeni, da je Z b =, tok =0 in E' 0 =U' 0. Tok 0 je zelo majhen v primerjavi z nazivnim (0,0 n < 0 <0,0 n ). V protem teku memo zanemariti padce napetoti na R in X σ. Zato v protem teku velja napetotna pretava U0 E0 N tudi za napetoti na ponkah. Enako kot mo zanemarili padce napetoti na U' 0 E' 0 N R in X σ memo zanemarititudi izgube na njima. zgube za magnetenje jedra o veliko večje proti izgubam v navitju pri praznem teku. Saj pri praznem teku, teče v tranformator moč, ki je potrebna za kritje izgub v železu. P 0 = P Fe 0 0d tok zaradi izgub v železu U 0 E R 0 X 0 E' 0 = U' 0 0d μ

6 μ tok potreben za magnetenje Slika 4: Nadometna hema tranformatorja v protem teku U 0 =E 0 =E' 0 0 0d Slika 5: Električni tokovi v protem teku tranformatorja 5. Segrevanje električnega troja kot homogenega telea. Toplotna moč, ki natane zaradi izgub in e prošča v troju, e delno akumulira v troju, delno pa e odvaja prek površine v okolico. Akumulirana toplota dviga temperaturo troja, odvajanje toplote hladilnim redtvom pa njegovo temperaturo znižuje. Stroj ima pecifično toploto c (W/Kg K) in mao m (kg) in proizvaja toplotno moč P i. Toploto odvaja faktorjem h (W/ m K). Stroj e ohlaja prevajanjem, evanjem in konvekcijo, vendar je lednja najučinkovitejša. Na površini S ( m ), ima troj temperaturo v, okolica pa v 0. V diferencialu čaa dt e proti energija katere del e akumulira (temperatura e dvigne za d ), del pa odteče v okolico. Vak trenutek velja enakot: dt mc p d h Sdt Začetna pogoja: t = 0, = 0 Ko je d =0, e troj ne egreva več. P i Qdt = h S T m c S h max dt P i max -(ni linearno) S h max dt T d dt d T d max t dt d T max

7 t ln( max ) c T vtavimo začetne pogoje: 0 max 0 ln( ) c c ln( ) 0 t T max ln max max 0 Enačba egrevanja e glai: T max 0 e 0 Če je začetna nadtemperatura 0 = 0 e enačba poenotavi: t e t T max -Ohlajanje troja: 0 mc p d h Sdt t = 0, max max T e t 6. Segrevanje in hlajenje električnega troja. Čaovna kontanta egrevanja. Pri delovanju troja e prošča toplota, ker v raznih delih troja natajajo izgubne moči. Toplota izgub prehaja od dela, kjer nataja, na oednje dele, ter nazadnje do površine, na kateri troj hladimo. Toplota vedno teče od meta z višjo temperaturo do meta z nižjo temperaturo. Toplota prehaja od enega do drugega meta na 3 načine: S prevajanjem S evanjem S konvekcijo Recimo, da ima električni troj pecifično toploto c (W/kg O C) in mao m (kg), ter da proizvaja izgube toplotno močjo P i. Stroj oddaja toploto hladilni novi konvekcijo, evanjem in prevajanjem. Ve tri oblike združimo v kupni faktor odvajanja toplote h (W/m O C) na hladilni površini S (m ). Na površini ima troj temperaturo Q, hladilna nov oziroma okolica pa temperaturo Q 0. Temperaturo diference imenujemo nadtemperatura in označimo: θ = Q - Q 0 V diferencialu čaa dt e v troju proti toplotna energija P i dt. Del te energije m c dθ, e akumulira in zato dvigne temperaturo za dθ, drugi del, S h Θ dt, pa odteče na okolico. Vak trenutek velja enakot teh treh toplotnih energij: P i dt = m c dθ + S h Θ dt Zgornjo diferencialno enačbo rešimo eparacijo premenljivk in dobimo: mc dt S h d Pi S h

8 Nato integriramo levo in deno tran, da dobimo plošno rešitev: Vtavimo začetne pogoje Q(t 0 ) = θ 0 Kontanto vneemo v plošno rešitev ter dobimo poebno rešitev za ča: z izraza za ča izračunamo nadtemperaturo θ in dobimo enačbo, ki opiuje preminjanje temperature električnega troja. Zgornja enačba eveda velja za egrevanje troja pri kontantnih izgubah in pri kontantnih pogojih hlajenja. Upošteva tudi že začetno nadtemperaturo, ko začnemo troj opazovati. C h S P h S c m t i ln 0 ln h S P h S c m C i 0 0 ln h S Pi h S Pi h S c m t 0 0 t m c h S e h S Pi

9 Stroj e egreva do največje nadtemperature, ko je proizvedena toplota enaka oddani in e je nič več ne akumulira. Hitrot naraščanja temperature je dana faktorjem v m c ekponentu in ga označimo čaovno kontanto T. Tangenta na ogrevnico odreže S h na premici θ m vedno ča čaovne kontante T. P i m S h Enačba egrevanja pa e precej poenotavi, če mo začeli opazovati hladen troj na temperaturi okolice (θ 0 = 0) : T ( ) Ohlajanje troja e prične, če odklopimo izvor energije in putimo, da e troj od začetne temperature θ m = θ 0 ohlaja na temperaturo okolice brez proizvodnje izgub, P i = 0. V tem primeru dobimo za hlajenje: t e Segrevanje in ohlajanje troja prikazuje nalednji graf: m m t e T

10 m P i S h m e t T m t e T ( ) T m c S h ČASOVNA KONSTANTA: T mc S h Največja nadtemperatura θ m e premeni, če e premeni moč izgub P i. To e zgodi pri premembi obremenitve. θ m e premeni tudi, če povečamo ali zmanjšamo učinkovitot hladilne naprave troja (S h). točano e premeni tudi čaovna kontanta T, ki je tudi odvina od učinkovitoti hlajenja. Hitrot egrevanja troja je odvina od topnje obremenitve in od učinkovitoti hladilne naprave troja. Čaovne kontante egrevanja in hlajenja električnih trojev o zelo različne, od nekaj minut do nekaj ur. V plošnem imajo večji troji daljše čaovne kontante, manjši pa krajše. V troju določa najvišjo dovoljeno temperaturo izolacija, ki e nad dovoljeno temperaturo degradira oziroma uniči. Vak električni troj ima vojo nazivno moč Pn 3 U n n, ki jo ne memo preeči, icer lahko pride do preboja izolacije in poledično do uničenja troja. Pri prevelikem toku lahko troj prebije, tudi če je napetot manjša od nazivne. Ločimo 3 vrte obremenitve: Trajno: moč obremenitve troja je kontantna, tako da je tudi moč izgub kontantna. Ta obremenitev mora trajati najmanj toliko čaa, da doeže troj vojo največjo nadtemperaturo θ max. Ča dela mora biti večji od 4 čaovnih kontant egrevanja. Kratkotrajno: moč obremenitve in tem moč izgub je kontantna. Stroj dela le kratek ča, da temperatura ne doeže voje največje vrednoti θ max. Ča dela mora biti manjši od treh čaovnih kontant egrevanja. Nato troj razbremenimo, tako da nima nobenih toplotnih izgub, P i = 0. Največja trajna nadtemperatura θ max je lahko višja kot dovoljena θ d, aj je troj ne doeže, ker ga prej razbremenimo. V kratkotrajnem obratovanju memo torej troj bolj obremeniti kot v trajnem. Prekinjeno: troj deluje enakomerno periodično, tako da e ne egreje do trajne nadtemperature θ max, niti e v premoru ne ohladi na temperaturo okolice θ = 0.

11 7. Kaj je magnetno treanje v tranformatorju in kakšen učinek ima? Magnetno polje znotraj el. troja prenaša moč in energijo iz enega dela troja v drugega S pomočjo indukcije na navitju, za tranformator, ali kozi ilo na vodnik, za motorje. Pokrbimo, da glavno mag. polje oklepa vaj dve navitji kozi magnetno dobro prevodno pot. Del mag. polja e loči od glavne poti in ovije okoli navitij, ta fluk ne opravlja nobenega dela, e trea. Moč in energija znotraj električnega troja e prenaša kozi magnetno polje, ali pomočno indukcije na navitjih, ali ilo na navitje. Glavno magnetno polje, mora za delovanje troja oklepati vaj dve navitji in poteka po dobro prevodni poti. Nekaj magnetnega polja e veeno navije le okoli navitij, tako da ne oklepajo dveh navitij in tem ne pripevajo k delovanju troja, to polje e trea. V tranformatorju tako poznamo glavno magnetno polje g, ki teče kozi primarno in ekundarno navitje, ter polji treanja. navitja in. navitja. Streno magntno polje zaradi voje izmenične narave inducira v navitju ki ga oklepa padec napetoti po enačbi: u d N dt d N di di dt L Za inune tokove lahko padec napetoti zapišemo kazalci: U X L di dt

12 8. KAKO VELKE SO N KAKO NASTANEJO ZGUBE V NAVTJH TRANSFORMATORJEV? zgube v navitjih tranformatorjev natanejo zaradi tokov, ki tečejo po vodnikih. Običajno jim pravimo kar izgube v bakru, ker o vodniki bakreni. Upoštevati moramo va navitja v tranformatorju. Računamo jih po enačbi za joulko moč v uporu R l 7 Pri enomernem toku je R, cu 0,0750 m A Pri egrevanju e upornot poveča za R ( ), kjer je temperaturni koeficient cu 0,0039 / C R cu P cu 0 R 35 Drugi način za izražanje upora v toplem tanju daje. Ko rabimo primerjavo R računamo običajno povprečno temperaturo navitja 75 C. Pri kontruiranju, ko na zanimajo izgube na enoto mae materiala uporabimo raje računanje tokovnih izgub pomočjo tokovne gotote J=, ker je to značilen podatek troja. lcu Uporabimo enačbo Pcu J A cu in enačbo za mao navitja mcu cu lcu A. A Pcu cu Tako dobimo izgue v bakru na enoto mae navitja J m Procentualne nazivne izgube o enake nazivnemu procentualnem padcu napetoti na n R n R uporu navitja. To e lepo vidi iz enačb Pcu % 00 in ur % 00 U U Sledi P u % ; u % je v razmerju 0,04 0,. cu % r r cu n n cu n Če teče po navitju izmenični tok e v vodniku pojavijo tudi vrtinčni tokovi oziroma izriv toka na površino bolj znano kot»kin effekt«v primeru treh delnih vodnikov: Slika: Prikaz izriva toka

13 P cu i 3R i 3 v i 3R i 3 v i 3R i 3 v i i v R 8 i z enačbe vidimo, da memo pripevke vrtinčnih izgub računati poebej in jih potem dodati enomernim. R k R R R izm izm enom Dodatni upor R d e zmanjšuje temperaturo enako kot e zmanjšuje vrtinčne izgube! d R enom povečuje, ker večji upor Bremenka toka in, ki tečeta v naprotnih mereh po obeh navitjih tranformatorja zbudita reano magnetno polje in. Ta dva tokova povzročita induktivna padca napetoti po enačbah: U X in U X L Velikot izgub v navitjih tranformatorja določimo preikuomkratkega tika.glavni magnetni fluk je v kratkem tiku majhen, ker je inducirana napetot majhna, zato lahko magnetni tok in izgubni tok 0 d zanemarimo. Nadometno vezje tranformatorja poenotavimo v obliko: Slika: Nadometno vezje tranformatorja v kratkem tiku Velja k k N N Moč v kratkem tiku o amo izgube v navitju P k P cu k R k ; R k R R ' 9. Pogoji za paralelno obratovanje: Tranformatorji obratujejo paralelno kadar o na primarni in ekundarni trani priključeni na kupni primarni in ekundarni električni omrežji. Paralelno morajo obratovati tako, da v praznem teku med njimi ne tečejo iznačevalni toki in da i pri obremenitvi enakomerno porazdelijo bremenke tokove, proporcionalno vojim nazivnim močem. značevanlni tokovi ne tečejo, če na odprtem tikalu na liki ni napetoti ( U=0)

14 Ločimo: -Teno praralelno obratovnaje: tranformatorji o priključeni na ite zbiralke v tranformatorki potaji in nimajo med abo praktično nobene upornoti- -Ohlapno paralelno obratovanje Povezani o z deli omrežji zelo daleč z opaznimi upornotmi.

15 Pogoji za paralelno obratovanje:. Napetotna pretava obeh tranformatorjev mora biti enaka. Oba tranformatorja morata imeti pribljižno enake nazivne napetoti, da različno naičenje železnega jedra ne premeni pretavi (0/0,38 kv ali 0,5/0,4 kv). Pretava e lahko razlikuje največ za 0,5%. Če pretavi nita enaki, teče izenačevalni tok i, ker o ekundarne napetoti različne. 0,5% u % 0,5% u U 00 U u k n Z 00 U mf U i = Z Z U U U ku n U = n = n U k 0 Torej že 0,5% povzroči /0 toka!. Enaki fazni številki, ali za razliko 4, ker tako med fazami ni potencialnih razlik

16 3. Zaporedje faznih priključkov na primarni in ekundarni trani mora biti enako na obeh tranformatorjih 4. Relativne vrednoti U k morajo biti enake, aj v primeru da e razlikujejo preveč, lahko pride do primera, da je eden od tranformatorjev preobremenjen, eden pa neizkoriščen, toleranca je +/-0% U k =0 U k = U k =9 Z Z ; Z uk U f => 00 n U f 00 U 00 f U k U k n n l U l U, kjer je l obremenljivot k k Titi, ki ima manjšo U k bo prevzel več bremena l 9 l l 0,88 P bremena =l * P +l * P = * P +0,88 * P =,88 * P ledi da moč pade, ni temveč,88 Šolki primer, kadar je drugi tranformator brezveze v mreži 00 kva...8% *4*l =8=> l =0,5 P=*00+0,5*00=00kVA 00 kva...4% 5. Nazivni moči tranformatorjev e lahko razlikujeta največ za faktor 3, torej P <=3P. Če e moči preveč razlikujeta, e zgodi, da je en tranformator komaj nazivno obremenjen, drugi pa je preobremenjen ali pa bo manj kot nazivno obremenjen. Tako tranformatorja ne moremo polno izkoritit, kolikor bi dopuščali njuni nazivni moči.

17 0. Ekvivalentna hema tranformatorjev. Dikuija poameznih elementov. Dan tranformator je zelo priročno opiati z ekvivalentnim vezjem, aj ga na ta način lažje opišemo in določimo njegove karakteritike. Z električnimi veličinami lahko zaledujemo, kaj e v tranformatorju dogaja. Magnetne veličine iz vezja nio direktno razvidne, zato jih moramo preračunati iz električnih veličin. Problem pa natane pri velikih pretavah tranformatorja, aj je rianje nemogoče in tudi rezultati potanejo nepregledni. Pomagamo i tem, da eno tran (primarno ali ekundarno) reduciramo na drugo tran, pravimo da reduciramo primarno tran na ekundarno, ali obratno. S tem pridobimo pretavno razmerje in rianje ter računanje je pet mogoče. Pri označevanju e držimo pravila, da reducirano tran označimo črtico, N' ali E' Seveda morajo pri reduciranju latnoti tranformatorja otati nepremenjene. Ovojne napetoti pri inducirani napetoti morajo otati enake, zato: E ' = E N / N oz. E ' = E N / N Pri tokovih morajo otati nepremenjene magnetne napetoti, zato: ' = N / N oz. ' = N / N Tako otanejo moči identične, aj je P = U = U ' ' in P = U = U ' ' Enake pa morajo otati tudi izgube v navitju, R = ' R ' iz tega ledi: R ' = R (N / N ) oz. R ' = R (N / N ) Prav tako kot ohmke upornoti navitij, reduciramo tudi induktivne upornoti: X σ ' = X σ (N / N ) oz. X σ ' = X σ (N / N ) Primer nadometnega vezja za tranformator: A X σ R X' σ R' ' 0 U E E' U' R 0 X 0 X 0d μ a x -R 0 - izgube v železu -X 0 - magnetilne izgube -R, - upornot navitij -X, - induktivnot navitij -E, - inducirani napetoti - μ - magnetilni tok tok praznega teka Kot vidimo edaj, o napetoti:

18 U = E + R + X σ in E ' = E = U ' + ' R ' + ' X' σ Nadometna hema tranformatorja v praznem teku: μ Nadometno hemo tranformatorja v kratkem tiku dobimo tako, da izputimo magnetilno vejo:. Redukcijki faktorji za napetoti, toke in upornoti pri tranformatorju. zvajanje. Z redukcijkimi faktorji preračunavamo ekundarne veličine na primarne in obratno. Razlog je lažje računanje ter rianje kazalčnih diagramov pri trojih z velikimi pretavami. Lazje je da narišemo diagram za pretavo N /N `= (reduciranje ekundarne trani na primarno). Latnoti tranformatorja morajo otati enake: Ovojne napetoti morajo otati enake: E E 4.44 f 4.44 f N N E ` 4.44 f N ` E E ` N N E` E oziroma N N E` E N N Pri tokovih morajo otati magnetne napetoti enake: N ` oziroma N ` N N

19 Moči e ohranjajo preko enačb za tok in napetot: P U U ` ` in P U U ` ` Reduciramo tudi izgube v navitju in induktivne izgube: N R ` R in N X ` X in N N N R ` R N X ` X N N. Kazalčni diagram pretežno kapacitivno obremenjenega tranformatorja. Matematično gledanje. Ko je tranformator obremenjen čitim kapacitivnim bremenom X C, takrat ekundarni tok N^ prehiteva napetot U ^ za četrt periode (φ =-90 ). Napetoti na priključenih ponkah e me eboj praktično razlikujejo amo za induktivni padec napetoti U X. Torej je napetot U N^ enaka

20 3. Kazalčni diagram pretežno induktivno obremenjenega tranformatorja. (Matematično gledanje) Kazalčni diagram pretežno induktivno obremenjenega tranformatorja najlažje ponazorimo Kappovim diagramom. Pri pretežno induktivnih bremenih, je napetot U' manjša od U in je prememba napetoti Uφ pozitivna. To je na deni trani diagrama med točkama in. Pri induktivnih bremenih tok ' zaotaja za ekundarno napetotjo U'.

21 4.Razlaga kazalčnega diagrama tranformatorja tališča uporabnika. Zanemaritev toka protega teka. Gornja lika predtavlja realen tranformator, zato definirajmo njegove veličine: P Delovna komponenta toka ( od ) krije izgube v železu: od Fe E Magnetilno komponento toka ( ) praznega teka poenotavimo inunim izmeničnim tokom E ter jo računamo za glavno induktivnot X 0 : X 0 Celotni tok protega teka je torej eštevek magnetilnega toka in delovne komponente toka: 0 = od + Seveda je potrebno opozoriti, da ta toka od ter fazno zamaknjena (za kot 90 ), zato je celotni tok 0 enak: 0 0d Ker imamo na ekundarni trani neko breme, teče po ekundarju tok. Zaradi tega na primarni trani inducira nek kompenzacijki tok '. Celoten tok na primarni trani je torej: = '+ 0 Določimo še napetoti: Na primarni trani imamo poleg napetoti U in E še padec napetoti na uporu R in padec napetoti na induktivnem uporu zaradi treanja primarja X. Za primar torej velja: U + E = *R + *jx Podobno je za ekundarno tran: Poleg inducirane napetoti E imamo še padec napetoti na uporu R in induktivnem uporu X. E =U + *R + *jx

22 z veh teh podatkov lahko edaj etavimo kazalčni diagram tega realnega tranformatorja: Tak kazalčni diagram pa potane pri velikih pretavah nepregleden. Zato e odločimo za nalednjo rešitev: Sekundarno tran reduciramo na primarno. Je pa pomembno, da latnoti tranformatorja otanejo enake N N N E ' E * ali E' E * ' * ali ' N N N (ovojne napetoti in toki morajo otati enaki). Pri tem e premenijo nekatere enačbe: * N N

23 Tudi moči e ohranjajo: zgube v navitjih: nduktivne izgube: Napetoti o edaj: V tokokrogu primarnega navitja imamo poleg gonilne napetoti U še padec napetoti na uporu primarja R in induktivnem uporu zaradi treanja primarja X σ. U = E + R + X σ V tokokrogu ekundarnega navitja imamo poleg napetoti U ' še padec napetoti na uporu ekundarja R in induktivnem uporu zaradi treanja ekundarja X σ. E '= E = U '+ 'R '+ 'X σ ' z teh novih podatkov, lahko edaj narišemo nadometno vezje in kazalčni diagram: ' '* * P ' '* * ' P U U ter U U * ' R * ' R N N R ali N N R * X ' X * X ' X N N ali N N

24 Tok primarja je edaj = 0 + ' Kazalčni diagram nadometnega vezja:

25 ' X' σ R ' R' Če zanemarimo še tok protega teka, dobimo nalednji kazalčni iagram: Takrat velja: '= = = n 0 0,00,0 n

26 5. Značilnoti trifaznih vezav navitij Y, D, z. (Napetoti, toki, število ovojev, preeki žic). Vezava zvezda (Y) - Um Napetot na enem faznem navitju je fazna napetot U f, Um medfazna napetot 3 - Toki v navitjih pri zvezdni vezavi y o iti kot toki v dovodih, dov = nav. - P = 3 U m dov - Število ovojev uov = kont. = 4,44*f*B*Sfe - Um NY 3 u ov. Vezava trikot (D) - Napetot na enem faznem navitju je medfazna napetot Um = Unav. - Tok v enem faznem navitju nav je manjši od toka v dovodu dov 3nav - Preek bakra je pri vezavi D za SY ND 3 manjši kot pri vezavi Y, 3, S N 3 - Število ovojev za ito napetot mora biti pri vezavi D za 3 večja kot pri vezavi Y. - Um uov N D D Y

27 3. Vezava cik-cak ali lomljena zvezda (z) - Navitje je na vakem tebru razdeljeno na polovico, zato če hočemo dobiti fazno napetot, jo moramo etaviti iz dveh polovic, ki ta fazno premaknjeni. Fazna 3 napetot je po kazalčnem diagramu U A U - Toki v navitju o iti kot toki v dovodih, dov = nav. - Za ito fazno napetot kot pri zvezdi potrebujemo torej pri vezavi cik-cak za,53 krat več ovojev U f Un Un - Ut Mali z pri vezavi pomeni, da je vezava na nizkonapetotni trani. Velike črke pa uporabljamo pri vezavah na viokonapetotni trani!

28 6. Zakaj o potrebne vezave Dy, Yz in kdaj lahko uporabimo vezavo Yy? Vezava Yy Vezava Yy na primarju in ekundarju Kazalčna diagrama primarja in ekundarja Vezava Yy je najenotavnejša vezava, pri imetrični obremenitvi deluje vak teber kot enofazni tranformator. Napaka natane, ko vezavo Yy izpotavimo neimetričnim obremenitvam. Pri enofazni obremenitvi prvega tebra z tokom a na ekundarju dobimo magnetne zanke: V V V m m A B m C Setejemo N N N a N A B C Vm N N 3 a Ko upotevamo A B C 0 dobimo a N 3Vm Sedaj izračunamo toke naprimarju Kjer je a N poledica bremenkega toka na prvem tebru in V m med jarmoma.

29 A B C 3 a 3 a 3 a Kazalčni diagram popačitvijo napetotne imetrije Vidimo, da je tako triteberno jedro dodatno magneteno z /3 a N v vakem tebru. To dodatno magnetenje povzroči magnetno napetot med jarmoma znotraj tranformatorja. Tako e vzbudi magnetni fluk, ki e zaključuje po zraku, olju, armaturi tranformatorja. Ta dodatni fluk pa povzroča: - induciranje padca napetoti U d na navitjih primarja in ekundarja, kar zelo popači imetrije faznih napetoti. - Vrtinčne tokove, ki dodatno egrevajo tranformator Vezava Dy

30 Pri enofazni obremenitvi e tok enofazne obremenitve a na ekundarju tranformira v v tok N A a N Na navitju na prvem tebru, navitji na drugem in tretjem tebru ta brez toka. Brez dodatnega ofaznega vzbujanja e zvezdišče faznih napetoti ne zamakne. Vezava dovoljuje enofazno obremenitev na ekundarni trani, ter jo tranformira v dvofazno na primarni trani. Prav tako omogoča neimetrično obremenitev. Vezava Yz

31 Pri vezavi Yz teče tok a na ekundarju po navitju prvega in drugega tabra in e tranformira v tok A = a N /N na prvem tebru in A = - B na drugem tebru. Enofazna obremenitev na ekundarni trani e pretvori v dvofazno na primarni trani tako, da je na veh tebrih kupno magnetno vzbujanje bremenkih tokov enako nič. Ker taka vezava dodatno ne magneti tebrov ob neimetrični obremenitvi, je primerna za naimetrično obremenitev. Vezava Yy je neprimerna ob neimetričnih obremenitvah, ter e jo uporablja le na imetričnih obremenitvah ali ob zanemarljivi neimetriji. Pomankljivot vezave lahko popravimo tudi tako da predvidimo ničlovod na primarni trani, ali pa ničlovod odtranimo ekundarne trani. V neimetričnih omrežjih uporabljamo vezavi Dy in Yz, vendar pa ta le-ti vezavi dražji. Vezava Z potrebuje za navitje enakovredno zvezdnemu za / 3 več ovojev,7.65%. Vezava D ima za 3 več ovojev, vendar zaradi manjših tokov potrebuje za 3 tanjše vodnike. Veeno pa potrebujemo za 3 več ovojne izolacije. 7. PREZKUS PRAZNEGA TEKA TRANSFORMATORJA. KAJ MERMO N KAKŠNA JE OBLKA MAGNETNEGA TOKA? Pri preizkuu praznega teka tranformatorja merimo napetotno pretavo. Merimo tudi izgube v železu oziroma v železnem jedru (P PT = P FE ). Pri preizkuu praznega teka tranformatorja o izgube na primarnem navitju zanemarljive. Ker magnetenje ni linearno, graf magnetnega toka ni inune oblike. Naprotno pa je inune oblike graf Ф gl, ker je ta vezan na obliko napajalne napetoti. E 4, 44 N f gl

32 gl gl viljeni in uni fluk i µ i µ magneti ln i tok i 0 i 0 tok praznega teka 0 a b i i od t i od delovna komponenta toka praznega teka Dinamična hiterezna zanka 8 Preizku kratkega tika tranformatorja. Kaj merimo in kaj izračunamo? Tranformator je v kratkem tiku, kadar ima na primarni trani priključeno napetot, na ekundarni trani pa o ponke vezane na kratko. Kratkotično vezje je praktično brez upornoti. V tem primeru ni ekundarne napetoti torej e viljena primarna napetot porazdeli na notranje padce napetoti. Glavni magnetilni fluk je v kratkem tiku majhen, ker je majhna inducirana napetot. Zato memo magnetilni tok in izgubni tok zanemariti v primerjavi kratkotičnimi tokovi v navitju. Za tanje kratkega tika tranformatorja memo tako izputiti magnetilno vejo v vezju. Tako vidimo da je, oziroma, moč v kratkem tiku pa o amo izgube v navitju Na kazalčnem diagramu je prikazan kratkotični tok ki povzroči padec napetoti na veh upornotih ekvivalentnega vezja.

33 Če združimo oba padca napetoti na omkih in induktivnih uporih dobimo nalednjo enačbo. Med podatki na tranformatorju je značilna kratkotična napetot, to je viljena primarna napetot, ki je potrebna, da po tranformator v kratkem tiku teče nazivni tok. z zgornjega kazalčnega diagrama lahko izračunamo relativno vrednot U k. Pri preizkušanju kratkega tika moramo paziti, da kratkotični tok k ne preeže nazivnega toka tranformatorja N. Merimo kratkotično napetot U K, to napetot dobimo tako, da povečujemo nazivno napetot U N in hkrati opazujemo kratkotični tok k, ko je ta tok enak N, očitamo vrednot U N ta vrednot je enaka U K. Merimo: Primarni tok k Sekundarni tok k Primarno napetot (napetot ko je K = N ) U k Moč na napajalni trani P k Računamo: Faktor moči Moč kratkega tika, to je moč ki e troši na navitju Kratkotično upornot

34 nduktivno upornot ali Pretavno razmerje 9. Kontrukcija in uporaba Kappovega diagrama. Onova Kappovega diagrama je kratkotični trikotnik padcev napetoti. U K =U KR + U KX Kratkotični trikotnik rišemo za nazivni tok = n. Kazalci napetoti e gibljejo v dveh krogih: - v krogu K C rediščem v C in krogu K A rediščem v točki A. Kroga imata iti radij in je v merilu z napetotjo U. Za Kappov diagram je značilno tudi to, da rišemo v relativnih vrednotih napetoti. mamo tudi štiri značilne pozicije:.) čita kapacitivna obremenitev,.) čita ohmka obremenitev, 3.) čita induktivna obremenitev, ter 4.) čiti generator delavne moči. Zanimivi ta tudi točki in, kjer ta napetoti U in U ' enaki. U.prememba napetoti.kot obremenitve ' = = n.nazivni bremenki tok U.primarna napetot U '.ekundarna napetot.primarni fazni kot

35

36 0. KAKO DELUJE TRANSFORMATOR? (idealni tranformator, fizikalna lika) Slika: Shema idealnega tranformatorja Na liki vidimo da oklepata magnetni fluk gl, zaradi katerega e v ovojih vakega navitja inducira napetot E 4, 44 N f gl, E 4, 44 N f gl E N Razmerju obeh napetoti pravimo napetotna pretava E N Napetotno ravnotežje: Na primer priključimo električni vir U. Če zanemarimo treanje in ohmko upornot navitja imamo v zaključnem krogu amo dve napetoti: U in inducirano napetot primarnega navitja E. PoHirchoffu velja enačba U E 0 Napetot, ki jo inducira kupni glavni fluk, matramo kot gonilno. zkoriščamo jo kot gl nov izvor napetoti v veh navitjih tranformatorja. nducirano napetot e vedno ravna po viljeni napetoti zunanjega izvora. nducirani napetoti pa e prilagodi fluk po enačbi E 4, 44 N f. Da e ta vzbudi, mora iz izvora teči magnetilni tok, ki ga določajo latnoti magnetne poti v jedru gl Vcel, V cel R m N gl

37 Napetoti in magnetilni tok lahko predtavimo tudi kazalci: Slika: Kazalčni diagram napetotiin tokov tranformatorja Obrazložitev: Viljeni napnapetoti U drži ravnotežje inducirana napetoti E U, ki je za pol periode (80 ) fazno premaknjena. Magnetilni tok je induktivni tok zato zaotaja za četr periode (90 ) za gonilno napetotjo U. Z je vedno v fazi fluk gl. Ker e napetot inducira v veh ovojih enakoje ekundarna napetot E v fazi primarno napetotjo E Po velikoti e razlikujeta za pretavo E N. Obremenitev idealnega tranformatorja: Sekundarna napetot. E uporabimo kot vir napetoti in nanjo priključimo breme E Zb Rb jx b. E bo za to pognala tok, ki zaotaja za fazni kot R x X b tg X b. Na ponkah ekundarnega navitja imamo napetot U Z b b R b Z E U E N ki predtavlja padec napetoti na bremenu, velja enačba E B 0. Sekundarni tok teče po ekundarnih ovojih in dodatno magneti jedro. Kljub dvojnemu magnetenju N N, gl otaja kontanten aj minimalna diferenca med E in U požene dodatni tok ki ohranja napetotno ravnotežje. To e odvija amo od ebe, dodatni tok e porablja iz vira. Velja enačba ' ' N N N N. Po

38 primanrem navitju torej teče vota tokov. Magnetno jedro je tako magneteno z dvema tokovoma in v dveh navitjih. ' Slika: Tokovi za magnetenje jedra Bremenki tok velja enačba ' ' v primarnem navitju mora kompenzirat magnetno napetot toka zato N N. Tej enačbi pravimo tudi tokova pretava tranformatorja. Na liki vidimo, da je primarni tok bolj induktivnega značaja kot, ker je. Vzrok je magnetilni tok, ki je izrazito induktiven in del toka.

39 Moč ki e prenaša pri idealnem tr. je v primarju enaka U U U in v ' ekundarju enaka U U. Primarna navidezna moč e prenee na ekundar in e porabi na bremenu. Del te moči U pa e porabi za magnetenje jedra. ' Slika: Dopolnjen kazalčni diagram.kontrukcijke značilnoti tranformatorjev (magnetno jedro, tipi hlajenja itd.). Glavni etavni deli tranformatorja o: feromagnetno jedro, navitje in kontrukcijki deli hladilno napravo. -FEROMAGNETNO JEDRO Železno jedro vodi izmenično magnetno polje. Zgrajeno mora biti tako, da e čim lažje magneti in da ima čimmanj izgub. Največkrat je iz zlitine železa 4-7% ilicija. Dobimo ga v obliki pločevin, debelih približno 0,35mm. Pločevine o enotranko ali dvotranko izolirane. Pri majhnih (običajno enofaznih) tranformatorjih o valjane po toplem potopku, običajne magnetne gotote pa o med,3t,55t. Pločevina je rezana po takem potopku, da je čimmanj odpada. Pri velikih trojih pa o pločevine valjane po hladnem potopku in e dobro magnetijo v meri valjanja, o magnetno orientirane. Običajne vrednoti magnetne gotote o od,75,85t. Pri tranformatorjih višjih frekvenc o jedra lahko tudi praškata, tako da o v največji možni meri onemogočeni vrtinčni tokovi. Jedro trifaznega tranformatorja je običajno triteberno.

40 Vendar pride pri večjih močeh do problema pri tranportu, ker o takšni tranformatorji previoki. Tedaj e uporabi petteberno jedro. Na vaki trani tranformatorja je dodan še po en teber, ki pa ne noi navitja. zkaže e, da je magnetni pretok rednjih tebrov večji za 3 krat, tako da e lahko za enako moč zmanjša prerez jedra, in tem e zmanjša višina. -NAVTJE Električni del tranformatorja ima vaj dve navitji. Navadno ju imenujemo viokonapetotno in nizkonapetotno navitje. Poamezne ovoje navitij kontrukcijko združimo v večje kupine, ki o različno etavljene in razporejene. Vodniki za navitja o iz elektrolitkega bakra, ki je mehko odžarjen, da e lepo upogiba. Majhni prerezi vodnikov o okrogli, večji pa o pravokotni. Tranformatorji majhnih moči o običajno uhi oz. zračni. Nimajo izolirne tekočine. zolacija žic je navadno intetičen lak, tuljavična in lojna izolacija pa ta iz umetnih ma v obliki trakov ali folij. Tranformatorji velikih moči o v tranformatorkem olju. Olje je obenem izolacija in hladilna nov. zolacija žice, tuljavična in lojna izolacija o iz papirja, ki e prepoji tranformatorkim oljem. -HLAJENJE Tipi hlajenja o odvini od moči tranformatorja. Za tranformatorje zelo majhnih moči, do okoli 0 KVA ni potrebe po dodatnem hlajenju. Za 50 KVA pa do nekje MVA je dovolj dobro narebrena površina. Večji tranformatorji o večinoma oljni, in pri močeh, večjih od MVA o nameščeni radiatorji, ki še povečajo površino za hlajenje. Skozi radiatorje e pretaka olje pomočjo naravnega kroženja zraka, konvekcije. Pri še večjih močeh (>00MVA) o dodane oljne črpalke za priilno kroženje olja in ventilatorji. Za ohlajevanje e uporablja tudi vodno hlajenje. Pri največjih tranformatorjih pa e uporablja velike hladilne centrale, z avtomatkim reguliranjem hlajenja.

41 .Avtotranformator: menovan tudi varčni tranformator ali tranformator v varčni vezavi nducirano napetot, ki e iducira v prim. navitju izkoritimo kot ekundarni vir napetoti. Tako potane ekundarno navitje del primarnega. Primarna in ekundarna tran ta galvanko povezani z vodnikom in med eboj nita izolirani kot pri običajnem tranformatorju. S tem prihranimo del navitja, od tod tudi ime varčni tranformator. Da ocenimo prihranek, poglejmo tranformatorjevo prehodno in tipko moč. U UovN UovN U (N -N )=( - )N N N U U N N Prehodna moč P p je tita, ki prehaja od primimarnih ponk tranformatorja na ekundarne. Tipka moč P t pa je tita, ki e tranformira preko magnetnega polja, ki bi jo imel klaični tranformator pr običajni izvedbi z

42 ločenima navitjima, etavljen iz enake količine materiala a katero velja P p =P t. Pt (U - U) U( - ) P U U p Velikot AT v primerjavi z navadnim dobimo iz razmerja P P t p U. n čim bližje je U napetotna pretava U / U = N / N vrednoti manjši je AT v primerjavi z navadnim. Pri velikih pretavnih razmerjih potane AT ve bolj enak navadnemu. Moč, ki jo je zmožen prenašati pa e dobi iz razmerja: Pp P N N t in velja, da je prenona moč čim večja, bolj ko e razmerje N / N pribljiža vrednoti. Pri velikih pretavah prihranek izgine.

43 Tri-fazni avtotranformator: u k n U Z mf k 00 u k... n U... kr Sledi: kr 00 n in če predpotavimo, da ima tranformator u k =4%, velja, da je kr =5 n!! U k Naprotno delujoči ili, zaradi naprotnih tokov ta lahko rangu 0N/mm!

44 . Kako iz tranformatorja natane inhronki troj? Onovna razlika med trojema. Tranformator je tatični troj, ki za voje delovanje izrablja pojav inducirane napetoti. Na eni trani feromagnetnega jedra imamo primarno navitje, kjer je ponavadi višja napetot, na drugi trani pa ekundarno navitje, kjer je ponavadi nižja napetot. Preko feromagnetnega jedra umerimo fluk iz enega navitja kozi drugo in tem omogočimo preno moči. Tranformatorje največkrat uporabljamo za zvišanje ali znižanje napetoti (pretava tranformatorja je > ), lahko pa tudi le za galvanko ločitev (pretava = ). Sinhronki troj dobimo iz tranformatorja tako, da enemu navitju omogočimo vrtenje. Ta del SS imenujemo Rotor, mirujočemu delu pa pravimo Stator. Med obema glavnima deloma troja pa je zračna reža. izmenična U ω U enomerna Rotor napajamo z enomernim vzbujalnim tokom v, na tatorju pa e inducira izmenična napetot U. Seveda je povem veeno, ali je vzbujalno navitje na rotorju ali tatorju, tako poznamo veliko vrt različnih izvedb SS. Glavna razlika med trojema je torej v vrtljivem, rotorkem delu, ki pretvarja električno energijo v mehanko, kadar je v motorkem obratovanju in obratno, kadar je v generatorkem obratovanju. Pri tranformatorju pa gre le za preno, modifikacijo električne energije, pravimo tudi, da je tranformator tatičen troj, medtem ko je SS dinamičen troj. Pomembna razlika med trojema je tudi v tem, da moramo tranformator vzbujati z izmenično napetotjo, če želimo imeti izmenični fluk, oziroma izmenično napetot na ekundarju, medtem ko pri SS z vrtenjem rotorja doežemo, da e enomerna napetot inducira v izmeničen fluk. Pri tranformatorju inducirana napetot zaotaja za magnetnim poljem za 90 O, medtem ko pri SS prehiteva za 90 O. Sinhronke troje dandane najdemo v najrazličnejših napravah, tako v generatorkem, kot v motorkem delovanju. So glavni generatorji v veh vrtah elektrarn, termo, hidro, nuklearnih... Dandane ti generatorji že doegajo moči 500 MW. Naprotno pa rečamo inhronke troje tudi v najmanjših izvedbah, kjer moči ne preegajo nekaj mw, ali celo nekaj μw.

45 . KAKO DELUJE SNHRONSK STROJ (FZKALNA SLKA)? Sinhronki troj je etavljen iz rotorja in tatorja. Rotor je vzbujan enomerno ali iz trajnega magneta. Vrti e inhronko frekvenco n. V tatorju, ki ima večfazno navitje, e zaradi preminjanja polja ob njegovem vrtenju inducira izmenična napetot. Ker o palice induktivnega navitja krajevno premaknjene in ker o tokovi fazno zamaknjeni, e tudi tatorko polje premika. Frekvenca in faza teh tokov morata biti tolikšni, da e tatorko polje vrti z enako kotno hitrotjo kot rotor. Le tako natane med oema rezultirajoči kontanten navor. f 60 Sinhronki troj deluje le v inhronizmu: p FZKALNA SLKA JE PR VPRAŠANJU 3 3. Kontrukcijke značilnoti inhronkega troja (zgradba in izvedbe, tipi rotorjev, število polov). Sinhronki troj ima mirujoči del ali tator in vrteči del ali rotor, ki ta ločena z zračno režo. Zračna reža med obema deloma troja omogoča gibanje troja. Na enega od obeh glavnih delov troja je nameščeno eno ali več navitij za vzbujanje magnetnega polja. Na drugem delu o običajno navitja, v katerih e inducira napetot. Lahko pa celo eno amo navitje prevzame obe vlogi. Ločimo dve kontrukcijki izvedbi, in icer troj z izraženimi poli na rotorju in troj z neizraženimi poli ali troj cilindričnim rotorjem. Pri troju z izraženimi poli je zračna reža funkcija čaa, δ = f(x) Pri troju z zračna reža δ = kont. neizraženimi poli pa je

46 SS imajo lahko različno število polov, glede na to za kakšne namene e uporabljajo in kako hitro e morajo vrteti. Pri frekvenci 50Hz e bo najhitreje vrtel dvopolni troj 50 vrtljaji na ekundo ali 3000 obrati na minuto. Sinhronki generatorji, ki jih recimo ženejo vodne turbine ali dieelki motorji, e vrtijo počaneje kot turbogeneratorji, zato o večpolni. Že za p > uporabljamo izvedbe rotorjev z izraženimi poli. Praktično vi inhronki motorji o večpolni in zato z izraženimi poli. Obtajajo izvedbe v razponu od štirih polov (p = ) pa ve do izredno počai tekočih hidrogeneratorjev 00 poli in več. primer SS z izraženimi poli in vzbujalnim navitjem na tatorju, polni in 4 polni: Lahko pa imamo vzbujalno navitje tudi na rotorju z izraženimi poli:

47 Na vzbujalno navitje je pritinjena enomerna ali izmenična napetot. Nameto vzbujalnega navitja, napajanega z enomerno napetotjo, lahko uporabimo tudi trajne magnete. Ti o prav tako lahko nameščeni na tatorju ali rotorju (trajni magneti o označeni pikčato): 4. Tranformatorka in generatorka inducirana napetot (izpeljava generatorke) Tranformatorka inducirana napetot Električni troji o opremljeni z navitji. Na en ali drug način povzročimo premembo magnetnega fluka, ki inducira nato napetot. Vzemimo za primer navitji, ki oklepata magnetni fluk v železnem jedru. Naj e magnetni fluk preminja po inunem čaovnem zakonu int, kjer je krožna frekvenca f in je f frekvenca v Hz. Trenutna m vrednot inducirane napetoti bo e Nmco t, ki je zopet inuna čaovna funkcija, vendar za ¼ periode čaovno premaknjena. Ta inducirana napetot lahko v vojem tokokrogu navitja proizvaja električno moč, ki e je na ta način tranformirala iz vzbujalnega izvora magnetnega polja. Ta napetot e zato imenuje tranformatorka inducirana napetot, ki jo zapišemo: E Nfm 4, 44Nfm.

48 Generatorka inducirana napetot Na liki imamo ovoj, ki e giblje od magnetnega pola S proti magnetnemu polu N. Vzemimo, da je gotota magnetnega polja vzdolž meri premikanja razdeljena po inuu, kot je na liki Ko e premakne ovoj iz polno nariane lege v črtkano nariano lego, e premeni magnetno polje od +Ф do Ф v čau premika t. Pri tem pa e amo magnetno polje ni premenilo. V ovoju e inducira napetot, ki ji pravimo gibalna inducirana napetot. Sprememba magnetnega fluka pri levi palici ovoja je d B ldx kadar e palica premakne za dx. Ker e giblje palica z enakomerno hitrotjo v dx, je čaovna prememba dt magnetnega fluka d dt B lv, kar je znana enačba za gibalno napetot. Pri N ovojih gibajoče e tuljave dobimo napetot ene tranice tuljave x e p x NB lv. Da je ta napetot enaka, x če jo izračunamo iz čaovne premembe fluka, e lahko takoj prepričamo. Magnetna gotota x je razdeljena po inuu Bx Bm in. Hitrot premikanja v lahko izrazimo hitrotjo vrtenja n, če ima troj p takšnih polovih parov. Hitrot je tako x vt p nt p p. p je polovna delitev, razdalja, ki odpade na en pol. v p n. Razdalja x je edaj nducirana napetot za obe tranici tuljave, ki je široka p, bo dvojna, ker e v deni tranici inducira enako, amo obratno umerjeno. e e B Nlp nin( pnt). p m p p

49 Ker je in( pnt) int, je f pn. To je zveza med frekvenco napetoti in hitrotjo vrtenja f pn. Amplituda inducirane napetoti tuljave je e 4B Nl pn 4B Nl f. Če upoštevamo, da m je pri inuni porazdelitvi magnetne gotote Bx največji magnetni fluk, ki ga objame tuljava, ve magnetni fluk enega pola m 0 m p l pb ind ( ) Bml p, je e m Nf. Efektivna vrednot napetoti je E ( ) Nf, E 4, 44Nf, kar pomeni, da je generatorka inducirana napetot enaka tranformatorki. m p 5. Oblika magnetnega polja rotorja pod izraženim polom (idealna, realna). N 0H - širina zračne reže B 0 Magnetno polje B pod polom je odvino od kontantne magnetne napetoti N in od različne magnetne upornoti (širine zračne reže). Glavno upornot, poleg naičenja železa, predtavlja zračna reža pod polom. V medpolovem protoru e zračna reža močno poveča in tem tudi mag. upornot (B e zmanjša). S primernim oblikovanjem reže lahko doežemo razmeroma dobro inuno porazdelitev. Do potlačenja krivulje magnetnega polja na redini pod polom pride, ker pride polov čevelj, pri velikih magnetnih gototah, v naičenje. x x B B max in B 3max in 3 p p

50 DEALNO: x B B in( ) max p x 0 in( ) idealno preminjanje zračne reže p dealno obliko magnetnega polja bi dobili, če bi imel pol obliko kaplje, vendar tem nebi imeli protora za ovoje. 6 Oblika magnetnega polja rotorja v cilindrični (turbo) izvedbi (idealna, realna). Vzbujalna navitja o razporejena po utorih, običajno o zaedeni dve tretjini utorov ena tretjina pa otane prazna, ker polno navit rotor ne vzbudi doti večjega magnetnega polja, poleg tega e pri dve tretjinkem navitju magnetno polje bol približa inuu. Zračna reža je kontantna zato je magnetna napetot razporejena. Enačba magnetnega polja

51 7. Hitrot vrtenja inhronkega troja. Paovni faktor in faktor krajšanja navitja. Poledice obeh Hitrot inhronkega troja dobimo z nalednje enačbe: n vrt min 60 f v p p p p v f p p 60 f Q Pri čemer je nvrt min in p p p Paovni faktor: Fazni veji utreza grupa tuljav A Slika 6: Vezava utorov Napetoti na tuljavah ene grupe(-0, -, 3-) o po velikoti enake, razlikujejo pa e v faznem kotu. Slika 7: nducirane napetoti v utorih Slika 8: Napetot grupe U f

52 Paovni faktor je definiran kot razmerje med voto kazalcev teh napetoti in aritmetično voto (voto velikoti, pri čemer e kot ne upošteva ). Število utorov na pol in fazno vejo je enako 0 N 360 p q. Kot med dvema utoroma je enak el. pm N Paovni faktor je enak: el in( q ) fp el qin( ) Za višje harmonke pa el in( q ) fp el qin( ) Paovni faktor nam pove kako racionalno je izkoriščen material. Faktor krajšanja: nducirane napetoti v tranicah ite tuljave nita v protifazi. Sešteti je treba kazalceteh napetoti. Razmerje med kazalčno voto in aritmetično voto imenujemo faktor krajšanja f. Enak je S f in, pri čemer je S širina tuljave. p p Da bi izničili določeno harmonko komponento, uporabimo krajšane tuljave za S, pri čemer je S n p. Slika 9: Skrajšanje tuljave

53 8. MAGNETNO POLJE SNHRONSKEGA STROJA K GA VZBUD ENOFAZNO STATORSKO NAVTJE. Glavni namen magnetnega polja je preno moči in energije iz toječega v vrteči e del troja ali obratno. To magnetno polje mora tako oklepati vaj dve navitji in mu pravimo glavno magnetno polje gl. Preno moči e izvrši pomočjo inducirane napetoti.seveda pa e magnetno polje ne vedno klene prko obeh navitij ampak e lahko del le tega klene v enakem navitju. Lahko e tudi raztree po protoru, zato mu pravimo treano magnetno polje. V rotacijkem troju je ituacija nalednja: Slika: Glavno in treano magnetno polje Streano polje pretopa iz zoba v zob preko utora, ne širi e preko zračne reže kot glavno polje. Streana magnetna polja ki jih vzbujajo izmenični tokovi, o tudi izmenična. V item navitju, ki jih vzbuja, inducirajo napetot ki jo obravnavamo kot padec napetoti na induktivnoti treanega navitja. d d di di u N N L dt di dt dt Enačbe za gototo magnetnega polja pri izraženih polih: JN B 0H 0 x B Bmax in( ) 0 x in( p ) p x 3x B B max in( ) B3 max in( ) p p

54 Pri tem na zanima na amo prvi del enačbe, ker že amo navitje višjeharmonke komponente izloči. Slika: Shema motorja, zračne reže Slika: Potek magnetnega polja

55 9. Vrtilno magnetno polje trifaznega itema: Trifazno navitje je etavljeno iz treh enofaznih navitji geometrijkim zamikom za 0. V primeru, da napajamo vzbujalno navitje z izmeničnim tokom i= cotωt, bo tudi vzbujanje izmenično. Ker je v zračni reži odvinot med vzbujanjem in magnetnim poljem: b(x,t)= ( x, t) 0 e n ker ta permeabilnot zraka μ 0 in zračna reža δ e kontantni, za gototo magnetnega polja velja: B=B max in( x p )co(ωt), kjer je B max = 0 e Krajevno polje toji, čaovno pa utripa, zato ga imenujemo tudi pulzirajoče polje. S pomočjo trigonometričnih enačb lahko vako polje, ki čaovno niha raztavimo na dve (levo in deno) vrtilni polji polovičnih amplitud. Bmax x B D = in( t), kjer je δ= p Bmax x B L = in( t) kjer je δ= p Z večanjem čaa»t«e inu pomika v deno

56 V vakem trenutku je vota plje B L in B D enaka B max mamo 3 deno vrteča in 3 levo vrteča polja, ki jih eštejemo. ΣB Di =B Da +B Db +B Db, kjer o a,b,c faze navitji Faze o za 0 narazen, prav tako čaovno. Torej dobimo: B ΣB Di = max (in( t) in( 0 ( t 0)) in( 40 ( t 40))) Dena polja kupaj e inuno vrtijo: B D = 3 B 3B max in( t ), polje potuje z amplitudo max 3 kn x Oz. B D = N in( t) p Sedaj eštejemo še leva polja: ΣB Li =B La +B Lb +B Lb, kjer o a,b,c faze navitji p ΣB Li = B max (in( t) in( 0 ( t 0)) in( 40 ( t 40))) =0 Vota levo vrtečih e polj je vota treh inunih funkcij, od katerih ima vaka za 0 večji kot od prejšnje. n tako polje ima v vak točka protora»x«in v vah čaih»t«vrednot 0. Torej levo polje izgine.

57 Hitrot vrtilnega polja: x p t = kontantno dx dt p f p f p Hitrot rotorja: n v p p f p 60 Sledi, da ta hitroti rotorja in vrtilnega polja ta enaki, če tečejo po navitju imetrični tokovi. Če ta pogoj ni izpolnjen levo polje ne izgine. 0. Kaj je to reakcija indukta? Sinhronka relativna reaktanca. Zakaj prečna in vzdolžna? Reakcija indukta(tr 5-53,66) menujemo jo tudi magnetno vzbujanje tatorja zaradi latnega tatorkega toka. ndukt je tator, ki noi običajno trifazno ali polifazno navitje, po katerem tečejo tokovi. Ti tokovi v tatorkem navitju vzbujajo mag. polje v zračni reži. Reakcija indukta ima kontantno amplitudo in e v protoru vrti hitrotjo n. Statorki tokovi (reakcija indukta) morajo torej imeti ito frekvenco kot inducirana napetot, če naj e reakcija indukta vrti z ito hitrotjo kot magnetno kolo oz. rotor troja. Statorki kratkotični tokovi dodatno magnetijo zračno režo in glavni magnetni krog troja. Dodatno zato, ker prvotno magneti že rotorki enomerni vzbujalni tok. Kot rezultat obeh pa je rezultirajoče magnetno polje. Oba vzbujalna toka, pri trajnem tanju, ne vplivata direktno drug na drugega, kot pri tranformatorju.

58 Reakcija indukta V za izražene pole Vzbujanje V, ki ga daje enomerni tok v vzbujalnem navitju rotorja, leži protorko vedno v vzdolžni oi (zaradi nameščenega navitja). Vzbujanje tatorkega toka (reakcija indukta V ) lahko leži protorko v poljubni legi proti rotorju, ker je neodvino od faznih premikov med napetotmi in tokovi v tatorju. Ker imamo izražene pole, moramo reakcijo indukta V razdeliti na dve meri:.) V d vzdolžna mer.) V q prečna mer V vzdolžni meri deluje vzdolžna reakcija indukta: V prečni pa prečna reakcija indukta: V q V co V d V in Vzdolžna reakcija indukta V d bo vzbudila ekundarni fluk d, prečna pa fluk q. Zaradi neenakoti rež v d in q meri, bo v prečni meri reakcija indukta V q večja kot pri vzdolžni V d. Poledica tega pa je, da rezultirajoči fluk ( ) ni v iti meri kot rezultirajoča reakcija indukta V. Poglejmo še, kako je tokovi in napetotmi:

59 Razdelimo tatorki tok ( ) na dve komponenti in dobimo: Prečna komponenta je d in ter vzdolžna komponenta q co. Magnetni fluk d inducira v tatorju napetot Eaq q X. aq Ead d X, fluk q pa napetot ad Torej e pri izraženih polih reakcija indukta pokaže na trani tatorkih napetoti, kot padec napetoti na navideznih reaktancah X ad ter X aq. Ker pa je reakcija indukta v vzdolžni meri močnejša kot v prečni (zaradi manjše reže v vzdolžni meri), velja da je X ad > X aq. Sinhronka relativna reaktanca(tr 56,57,67,68) Obremenjen inhronki troj lahko enotavneje opišemo, če združimo induktivna padca zaradi treanja *X in zaradi reakcije indukta *X a v kupni induktivni padec napetoti. To je potem t.i. induktivni padec napetoti med fiktivno napetotjo E 0 in napetotjo na ponkah U. Nadometna reaktanca je potem X =X a + X. menujemo jo tudi inhronka relativna reaktanca inhronkega troja. S pomočjo inhronke relativne reaktance lahko računamo in analiziramo delovanje troja le tatorkimi veličinami in podatki. Relativne vrednoti inhronke relativne reaktance o pri običajnih trojih v mejah od 0,9 do,5. Največji delež k relativni reaktanci pripeva reakcija indukta (X a ). Reaktanca X a ponazarja vpliv reakcije indukta (kot mo že omenili, je to vpliv vzbujanja tatorkega toka). Pri majhni zračni reži je X a velik ker je vpliv reakcije indukta večji, pri veliki pa majhen. z tega lahko povzamemo, da bo inhronka relativna reaktanca močno odvina od zračne reže. Torej: troji z majhno zračno režo imajo velik X S, troji z veliko pa majhen X S. Oglejmo i dva primera inhronke relativne reaktance (pri tem mo znemarili upornot R ):

60 Za inhronki troj, ki ima izražene pole, pa velja nalednje. Streano magnetno polje tatorkega navitja je krožn imetrično porazdeljeno po navitju in ne kaže izraženoti, ker nanj ne vpliva rotor. Reaktanca X σ ima zaradi tega le eno vrednot v obeh mereh (prečni in vzdolžni). Če uporabimo reaktanco X a )ponazarja vpliv reakcije indukta ter reaktanco zaradi treanja tatorkega polja X σ ), dobimo enačbi za prečno in vzdolžno inhronko reaktanco: Prečna: X q = X aq + X σ Vzdolžna: X d = X ad + X σ PREZKUS PRAZNEGA TEKA N KRATKEGA STKA (KAZALČN DAGRAM a) Prazni tek Na tatorju nimamo bremena, zato z vzbujanjem magnetimo železo in dvojno zračno režo. Magnetni tok zaradi velike upornoti zračne reže še zdaleč ni zanemarljiv, kot v primeru tranformatorja. Napetot e inducira po nalednji formuli: E0 4, 44 kn N f () karakteri tika zračra reže E 0 karakteri tika praznega teka U n r

61 z grafa je razvidno, da bolj kot je FE v naičenju, več magnetne napetoti pade nanj. b) Kratek tik Sponke tatorja o kratko vezane in rotor vrtimo frekvenco n n. Hkrati počai povečujemo vzbujanje ( k ). Celotna inducirana napetot E 0 e v tem primeru porabi le za notranje padce napetoti v troju. Padec napetoti na navitju je poledično zanemarljiv in celoten padec je na inhronki reaktanci. Vzbujanje povečujemo dokler ni k = n Takrat je celotna napetot troja amo reaktanca (X ). E x 0 k E 0 n X n X a ' q n n X k r k n

62 Oglejmo i še karakteritiko kratkega tika: U K. Z. R K. PT. B' K. K. S,0 A' C' U B E k A 0 C E k 0% Un E X k k E 0 k X U X n

63 . OPS POTEROVEGA TRKOTNKA N DOLOČTEV VZBUJANJA ZA NAZVN TOK TER co 0 ind Tako kot pri tranformatorju je tudi pri inhronkem troju zelo ilutrativno tanje kratkega tika. Sponke trifaznega tatorkega navitja o vezane kratko, na njih ni napetotiu 0! Rotorke magnete vzbujamo tokom k, ki daje fiktivno napetot E 0. Celotno napetot E 0 e porabi amo za notranje padce napetoti v troju. To vidimo na liki Slika: Kazalčni diagram troja v kr. tiku kjer mo zanemarili upornot tatorkega navitja R. Celotna napetot troja je tako amo E0 inhronka reaktanca X S in v kratkem tiku je E 0 k X S, k. X S

64 Razmere v kratkem tiku inhronkega troja i lahko ponazorimo tudi v karakteritikah praznega teka in kratkega tika. To vidimo na liki: Slika: Karakteritiki praznega teka in kratkega tika Karakteritika kratkega tika daje odvinot tatorkega kratkotičnega toka k od rotorkega vzbujalnega toka k. To je premica, aj je v kratkem tiku inhronka reaktanca praktično kontantna, ker je železno jedro daleč od magnetnega naičenja. Sinhronki troj je v kratkem tiku vzbujen tolikšnim tokom k, da je tatorki tok k enak nazivnemu oz. njegova relativna vrednot enaka ena. Večina vzbujalnega toka n k je potrebna za kompenzacijo reakcije indukta g.preotanek vzbujalnega toka pa daje inducirano napetot za induktivni padec napetoti. Tako dobimo značilen trikotnik ABC, ki ga imenujemo Potierov trikotnik! Pri popolnemu induktivnem toku tatorja in co ind 0 vedno natane Potierov trikotnik reakcije indukta g in inducirane napetoti k X zaradi treanja. Pri različnih napetotih U na ponkah e potierov trikotnik paralelno prelika am ebi z vrhom v B po karakteritiki praznega teka v novo lego A'B'C'. Tako dobimo novo potrebno vzbujanje. 3. Kazalčni diagram inhronkega turbogeneratorja (opi poameznih kazalcev).

65 X a - induktivni padec napetoti zaradi reakcije indukta X - padec zaradi treanega magnetnega polja U - napetot na ponkah troja E - fiktivna inducirana napetot 0 E - inducirana napetot v tatorkem navitju a 0 E 0 E U Vzbujalni tok a povzroči induciranje napetoti E. Statorki bremenki tok pa povzroči dva padca napetoti. To ta padec napetoti zaradi treanega magnetnega polja v tatorkem navitju X σ in ohmki padec napetoti R. Ta dva padca zmanjšata napetot E na napetot na ponkah U (to je gonilna napetot, ki žene ). Breme na ekundarni trani diktira kot φ med U in. V liko vrišemo še inducirano napetot E 0 (fiktivna napetot), ki bi e inducirala v tatorkem navitju, če nebi bilo tatorkega toka. Smer 0 je mer kupnega vzbujanja, ki ne ovpada z magnetno ojo rotorja. Kot δ (koleni kot oz. navorni kot) kaže na izmik rotorja iz kupnega mag. polja. Stroj v takem tanju, kot je na liki, daje delovno moč in in jalovo induktivno moč bremenu. 4. Kazalčni diagram inhronkega generatorja z izraženimi poli. Če pogonki troj M p > 0 popeši gibanje rotorja (polovega kolea), Φ p prehiteva glede na položaj Φ p0. Zato natane razlika U m U Ep, ki požene tok Θ a Φ a. Velja pogoj: Φ a + Φ p = Φ g = U m / jω (N ƒ n ) Tok narate za toliko, da bo M + M pog = 0 Tok ima negativno vatno komponento. M = k Φ g co φ Dovajanje mehanke moči na gred :

66 Θ a δ Θ rez Θ v Oddajanje električne moči v mrežo (koleni kot δ > 0 ) Kazalčni diagram inhroniziranega troja: U m U Ep d o Φ g = Φ po E g Kazalčni diagram obremenjenega troja:

67 U Ep U E p U m +δ d o Φ p +δ Φ a Φ g P el = P meh X d E 0 E 0 inδ E ' q U / in(δ) X q E q = q X q U δ β

68 5. Kaj je 'kratkotično razmerje'? zračun inhronke relativne reaktance v vzdolžni meri. z karakteritike protega teka in kratkega tika odčitamo rotorki tok k, ki v kratkem tiku po tatorju požene nazivni tok in 0, tok protega teka tatorja, ki je enak n. Ta dva podatka nam data nazivni tok n v kratkem tiku in U n v protem teku. z teh podatkov dobimo kratkotično razmerje SCR SCR 0 k U X 0 n x rel Pri čemer je X rel realativna inhronka reaktanca. Slika 0: d in q o D o, vzdolžna mer je mer največje magnetne prevodnoti. Pravokotna na to mer je prečna q mer. Magnetna prevodnot v tej meri je vedno manjša od magnetne prevodnoti v d meri p zaradi večje zračne reže. Kot med d in q merjo je. Reakcijo indukta V razdelimo na dve meri. Na vzdolžno in prečno. Vzdolžna reakcija indukta V in( ). Vzbudi ekundarni vzdolžni fluk Φ d. Statorki tok ima tudi dve V d komponenti. Vzdolžni d in( ) in prečni co( ). Magnetni fluk Φ d q inducira v tatorju napetot Ead ad X ad. Reakcija indukta e kaže kot padec napetoti na navidezni reaktanci. Če eštejemo X ad, reaktanco indukta v vzdolžni meri in X σ, reaktanco treanja tatorkega polja, dobimo vzdolžno inhronko reaktanco v vzdolžni meri X d.

69 6. Mehanka moč (vrtilni moment) potrebna za turbogenerator (izpeljava). Mehanka moč e preko vrteilnega magnetnega polja rotorja pretvarja v električno moč tatorkega navitja. Za obravnavo zanemarimo mehanke in električne izgupe in dobimo P meh =P el. Kazalčni diagram kaže obremenitev turbogeneratorja. U je obremenitev na ponkah generatorja, fazni tok je zamaknjen za φ. Vzbujalni tok rotorkega navitja vzbuja fiktivno napetot E 0 tko, da je razlika kazalcev E 0 in U ravno padec napetoti na inhronki reaktanci X, ki je pravokotena na. M om tabilno generator -π -π/ labilno π π/ motor kolenkega kota Navor odvien od Moč na inhronkem troju zapišemo: P P m U el co m predtavlja število faz meh z kazalčnega diagrama razberemo enakot za izračun daljice AB, ki predtavlja jalovo moč. Pjalova X S co n E0 in Ter vtavimo v enačbo za P el P m el n dobimo m M E U meh 0 X UE X in S 0 uporabimo še zvezo P el P m p UE0 in in f X S meh M mah

70 Po izpeljani enačbi za navor lahko narišemo graf odvinoti navora od kolenega kota δ. z grafa je razvidno, da bo navor največji pri kolenkem kotu δ=±π/, torej omahni navor M om. Če navor povečamo čez mejo tatične tabilnoti, troj omahne in e zautavi. 7:Mehanka moč potrebna za inhronki generator z izraženimi poli: P M P el mu co f co AB X ( E 0 d X d Aco ) in X X d q U A U A U X d X X q q P el =P meh =P del = E0 U X d X q mu ( in in ) X X X d E U U X P delovna = ( 0 d X q m in in ) X X X d d q d q V enačbah je zanemarjen ohmki padec napetoti. Moč je etavljena iz dveh komponent, prva je inhronka moč, katera predtavlja pretežni del, druga pa je reluktančna moč, manjšinki del. Ali če zapišemo z navorom (P=M*ω=M**π*n =M* ω/p): 3p E U U X M= ( 0 d X q in in ) X X X d d q Prvi del predtavlja inhronki vrtilni moment. Ta je funkcija kolenega kota δ in poredno vzbujalnega toka, ki dloča velikot napetoti U. ker je na toem omrežju U=kont, e mora pri kontantnem vzbujanju menjati položaj napetoti kota, odvino od obremenitve. Te e pokaže kot kratkotrajno popeševanje ali zaotajanje kolea. Drugi del je poledica magnetne neimetričnoti pri troju z izraženimi poli. Ta del imenjemo reluktančni vrtilni moment. Reluktančni moment obtaja tudi tedaj, ko vzbujalnega toka ni. Na velikot fluka povzročenega le z enim navitjem vpliva premenljiva magnetna upornot rotorja in to kot funkcija dvojnega kolenega kota. V normalnem obratovanje kot rečeno

71 prevladuje inhronki vrtilni moment. Ta je linearno odvien od napetoti. Največji oziroma omahni vrtilni moment dobimo tako v motorkem kot generatokem načinu obratovanja za kot /δ om- / = /δ om+ /<π/. če vzbujanja ni, troj omahne pri 45. Stroj z izraženimi poli lahko deluje tudi brez vzbujanja. H B 0 x b a B V H B 0 dx d F S fe B b a B F 0 0

72 8. Karakteritika delovna moč-koleni kot za oba tipa inhronkega troja. Meja tatične tabilnoti Sinhronki troj cilindričnim rotorjem. Generator: E 0 X δ U φ Slika : Kazalčni diagram generatorja E0U Mehanka moč je enaka električni moči Pmeh Pel m in M mah X pri čemer je m število faz, U fazna napetot in E 0 fiktivna napetot, ki jo vzbudi rotorki vzbujalni tok. Da je med E 0 in U ravno padec napetoti na inhronki reaktanci X. δ je koleni kot in e nahaja med E 0 in U. Meja tatične tabilnoti za inhronke troje cilindričnim rotorjem e nahaja pri kolenem 0 m p U E0 m U E0 kotu 90. Pri tem kotu je tudi navor največji. M om. f X S meh X S menujemo ga omahni navor. Ta navor določa tudi mejo tatične tabilnoti. Če zunanji navor le malo povečamo,troj omahne ( in( ) ). Slika : Omahni moment. Motor

73 Obrnemo mer delovanja zunanjega navora. Rotor začne zatajati za poljem, napetot E0 bo zaotajala za U in koleni kot bo negativen. Dobimo motorko delovanje. P el mu co( ) m E U 0 in( ) M X Na celotno navorno karakteritiko e da direktno vplivati z E 0, ki je proporcionalen rotorkemu vzbujalnemu toku. Slika 3: Kazalčni diagram inhronkega troja cilindričnem rotorjem v motorkem načinu delovanja Sinhronki troj z izraženimi poli:

74 Slika 4: Kazalčni diagram inhronkega troja z izraženimi poli Delovna moč inhronkega troja z izraženimi poli Kot β na kazalčnem diagramu je enak kotu φ. P el P meh U E0 U X d X q mu co( ) m in( ) in( ) X d X d X q Navor inhronkega troja z izraženimi poli m U E0 U X d X q M in( ) in( ) meh X d X d X q Navor lahko razdelimo na dve komponenti. Prva je navor zaradi vzbujanja rotorja M vr na katerega vpliva E 0 in je odvien od kolenega kota. Nameto X upoštevamo vzdolžno mer X d. m Mv U E 0 in( ) meh X d Drugi del navora pa ima obliko:

75 m U X d X q m U ( ) in( ) M r Sin meh X d X q meh X q X d Ta del imenujemo reluktančni navor ki nataneamo kadar X d ni enak X q. Za natanek reluktančnega navora je potrebna U, ni pa potrebna rotorka vzbujanje z E 0. Največji kupni navor M max je pri kotu nekoliko manjšem od. Če vzbujanja z E 0 ni troj omahne pri kotu Slika 5: Omahni moment 9. Kakšen vpliv ima preminjanje parametrov SS-a na tabilnot delovanja (glej enačbo za moment) Generator cilindričnim rotorjem Podamo enačbo za navor: m M U E meh X S 0 in M m p f U E 0 X S Za lažje razumevanje narišemo graf odvinoti in

76 navora od kolenega kota, parametrom E 0. Navor bo doegel največjo vrednot pri kolenem kotu ±π/, v negativni meri je to omahni navor motorkega obratovanja, v pozitivni pa generatorkega. Če edaj pogledamo parametre katerimi lahko vpljivamo na velikot omahnega navora, (pri kolenem kotu ±π/). S zmanjšanjem inhronke reaktance X troja povečamo omahni navor, zmanjšanje reaktance pomeni povečanje zračne reže, zato imajo inhronki troji velike zračne reže. Najbolj enotavno vpljivamo na navorno karakteritiko preminjanjem napetoti E 0, kot razvidno v grafu za napetoti E 0 =(E, E, E 3 ). E 0 je direktno povezana z vzbujalnim tokom rotorkega navitja, tako povečanim vzbujanjem direktno zvečamo tabilnot delovanja inhronkega troja. Sinhronki generator z izraženimi poli Pri SS z izraženimi poli moramo poleg navora za cilindrični rotor upoštevati še dodatni reluktančni navor. M m p f UE X d 0 U in X d X X d X q q in Prvi del enačbe je enak kot pri troju cilindričnim rotorjem in nanj lahko vpljivamo preko E 0 ter reaktance X d (prej X ). Drugi del enačbe pa predtavlja reluktančni navor, ki e pojavi zaradi poledice neenakomerne zračne reže. Torej ko X d X p. Reluktančni navor e preminja orazmerno z kvadratom napetoti na ponkah, ter je neodvien od rotorkega vzbujanja. Ta latnot e uporablja pri majhnih inhronkih reluktančnih motorčkih. Opazimo tudi, da e reluktančni navor preminja dvojnim kolenim kotom.

77 Opazimo, da navorna karakteritika SS z izraženimi poli nima več maximuma pri δ=π/, največji navor dobimo že pri manjših kotih δ<π/. Ta kot lahko dodatno preminjamo preminjanjem E 0. 0 Kako e preminja delovanje turbogeneratorja, če večamo le mehanko moč pogonkega troja? Mehanka moč e preko vrtilnega magnetnega polja prenaša od rotorja in e ob enem pretvarja v električno moč tatorkega navitja. Preno in pretvorba moči lahko gre v obe meri, tako lahko deluje kot generator ali motor. Sinhronki troj, ki deluje kot generator in pri katerem mo zanemarili ve izgube, je obremenjen tako kot kaže diagram. Na ponkah tatorja je fazna napetot in teče fazni tok faznim premikom za φ. Rotorki vzbujalni tok mora vzbuditi takšno napetot, da je med in ravno padec napetoti na inhronki reaktanci troja in in da je med tem padcem napetoti in tokom fazni premik četrt periode. Sedaj uporabimo enačbo za izračun navora. Električna moč za m-fazni troj bo na tatorkih ponkah enaka

78 z like vidimo da lahko daljico AB izračunamo na dva načina, če edaj v zgornjo enačbo vtavimo dobimo nalednjo enačbo Mehanka moč je po enačbi enakoti dobimo enačbo navora enaka električni, torej lahko iz te Mehanka krožna frekvenca in kotna hitrot tatorkih tokov in napetoti po enačbi je pri inhronkem troju frekvenco z enačbe lahko vidimo, da vojo največjo vrednot dobi navor pri kolenem kotu. Tu razvije troj tako imenovan omahni navor M om, kjer je to največ kolikor ga lahko obremenimo. Če zunanji navor amo malo povečamo, troj omahne in e utavi. To je torej meja tatične tabilnoti delovanja inhronkega troja. Največji navor bo takrat, ko bo oziroma. Drugače rečeno: Pri večanju mehanke moči e povečuje delovna komponenta toka, medtem ko pa E 0 otane enaka. Drugače povedano večje mehanke moči za vzdrževanje toge napetoti U pomeni večanje delovne električne moči torej delovne komponente toka. Pri povečanju mehanke moči e povečuje koleni kot δ med E 0 in U dokler ne pride do vrednoti 90 tedaj velja P el =P meh. Pri še večjem kotu pride generator iz inhronizma.. Kako e preminja delovanje turbogeneratorja, če večamo le rotorko vzbujanje? Razdelimo delovanje/obratovanje na dva dela: a)obratovanje NA TOGEM OMREŽJU (amotojno omrežje):

79 Pri večamo rotorko vzbujanje (tok 0 ), e tem povečuje tudi inducirana napetot E 0. Hkrati e povečuje jalova energija Q. Če je generator NADVZBUJEN, e jalova moč generira (induktiven značaj), če pa je PODVZBUJEN (kapacitiven značaj), e pa troši. b)otočno OBRATOVANJE: Velja podobno kot pri točki a. Ko večamo rotorko vzbujanje (tok n ), e tem povečuje tudi inducirana napetot E 0nr. Poledica tega je, da e povečuje tudi jalova energija

80 Q. Če je generator NADVZBUJEN, e jalova moč generira, če pa je PODVZBUJEN, e pa troši..kako delujeta inhronki motor in kompenzator: Če na togo omrežje (omrežje kontantno napetotjo in frekvneco) inhroniziramo inhronki troj tako, da med omrežjem in trojem ne teče noben tok, je troj je v praznem teku. Če edaj povečamo moč (navor) pogonke turbine na gredi troja, tako, da edaj navor turbine poganja rotor in napetot E 0, ki je vezana na lego rotorja, bo začela prehitevati togo omrežno napetot U na ponkah troja. Po enačbi: M arcin( m meh X U ) arcin( P m X S S E0 U E0 ) Se vidi, da med njima natane navorni kot δ. Kot že vemo troj v takem načinu obratovanja potane genarator. Med napetotima E 0 in U e pojavi diferenca napetoti U=(E 0 -U )= X. Stekel bo zato tatorki trifazni tok med trojem in omrežjem, ki bo glede na diferenco napetoti U induktiven in enak: U X E 0 U S X S Podoben položaj natane, če v praznem teku malo zavremo rotor z zunanjo mehanko zavoro, ki proizvaja zavorni navor. Tak navor bo zavrl rotor in bo začel zaotajati za tatorkim poljem. S tem bo začela zaotajati tudi napetot E 0 za napetotjo U za navorni kot (-δ), lika deno. Po enačbi zopet dobimo navorni kot (edaj ta M in P negativna). To je motorko delovanje. Stroj je edaj potal motor in moč teče iz omrežja v mehanko zavoro. X S E 0 U -δ φ To delovanje daje negativno moč in navor. Pri motorkem obratovanju ila vleče rotor v meri vrtenja, inhronki motor e mora vrteti ve ča z ito hitrotjo, ne memo preminjati omremenitve

81 Pri določenem bremenu in vzbujanju je ravnotežno tanje bližje največjemu navoru oz. meji tabilnoti delovanja. Sinhronkemu troju tik po inhronizaciji in v praznem teku povečamo edaj rotorki vzbujalni tok. Po karakteritiki zračne reže e bo proporcionalno povečala napetot E 0.(lika levo). Napetot U in E 0 ta še vedno v fazi, koleni kot δ=0, ker troj ni priiljen razvijati navora. Pač pa bo po enačbi =(E 0 -U )/X S tekel po tatorju tok, ki je popolnoma jalov in z ozirom na diferenčno napetot (E 0 -U ) eveda induktiven. Sinhronki troj napaja čito induktivno breme v omrežju. Tako delujočemu troju pravimo tudi inhronki kompenzator, ker dobavlja omrežju jalove tokove za induktivna bremena in tem razbremenjuje otale generatorje v omrežju. 3. Sinhronizacija inhronkega troja na omrežje Sinhronki troj ne memo direktno priključiti na trifazno omrežje napetoti U in frekvence f. Sinhronki troj lahko deluje amo v primeru, da e njegova hitrot vrtenja ujema frekvenco f 60 napetoti po enačbi n. Samo v tem primeru bo troj lahko prevzemal bremenke p tokove in razvijal navor. Poleg tega moramo še paziti, da pri priklopu inhronkega troja na omrežje ne natanejo tokovni unki in navorni unki, ker oboji lahko poškodujejo troj in otale naprave v omrežju.

82 Potopek, v katerem pripravimo inhronki troj za priklop in am priklop na omrežje imenujemo inhronizacija. Pri inhronizaciji brez unkov moramo izpolniti nalednje pogoje: A.) Enaki frekvenci omrežja f in inhronkega troja f. To doežemo z naravnavo f60 hitroti vrtenja rotorja n. p B.) Enaki napetoti omrežja U in inhronkega troja E0. To doežemo z naravnavo rotorkega vzbujalnega toka, ki je preko karakteritike praznega teka povezan z napetotjo E0. C.) Enaki fazni zaporedji priključkov omrežja in inhronkega troja na inhronizacijkem tikalu. To nam zagotavlja, da e oba trifazna itema vrtita v ito mer. D.) Enaki fazi omrežne napetoti U in trojeve napetoti E0. To doežemo z naravnanjem mehankega pogona do prave lege vrtečega e rotorja. Ko o vi zgoraj našteti pogoji izpolnjeni, na ponkah inhronizacijkega tikala ni napetoti ( U = 0). Sedaj lahko vklopimo inhronizacijko tikalo, ne da bi natal kakšen unek. Po tako izvedeni inhronizaciji je inhronki troj v praznem teku, njegovi napetoti E0 in U ta enaki po velikoti, fazi in frekvenci. Med njima ni nobenega padca napetoti, ki bi ga povzročal tatorki tok, zato tega toka ni, = 0. Stroj teče v inhronizmu in je pripravljen na obremenitev.

83 . KAKO DELUJE ASNHRONSK MOTOR (FZKALNA SLKA)? Statorko navitje je v primeru ainhronkih motorjev je v večini primerov trifazno. Le v redkih primerih je navitje dvofazno ali enofazno. Statorko navitje priključimo na trifazni vir napetoti in utvari e vrtilno magnetno polje, ki inducira izmenično napetot v rotorju in tatorju. Rotorka inducirana napetot požene po rotorkem navitju tok, ki z vrtilnim poljem tvori navor. Poledično e rotor začne vrteti. Ker mora vrtilno polje otati nepremenjeno, e v troju inducira tok, ki kompenzira dodatno magnetno vzbujanje rotorkega toka. Rotor je lahko v primeru ainhronega motorja trifazen z drnimi obroči ali polifazen v kratkem tiku. Slednji pojav imenujemo kratkotična kletka. gred šččetke trifazno tatorko navijtje. Kakšni o rotorji ainhronkega motorja, kako e v njih inducira napetot, kakšen je lip, kakšna je frekvenca toka in napetot? Poznamo dve vrti rotorjev: -rotor z drnimi obroči (ali navit rotor, tri faze)

84 -rotor kratkotično kletko (quirrel cage, ang), je termično in mehanko zelo robuten nduciranje napetoti:. Odprto rotorko navitje: Statorko navitje priključimo na trifazno napetotno omrežje (U ). Tako e vzbudi vrtilno polje Ф, ki e vrti v zračni reži inhronko hitrotjo n po: n Φ =f/p ali pa po 3 kn x B D = N in( t) p p

85 V tatorkem faznem navitju, ki je edaj primarno, e inducira napetot E 4, 44 f N kn. ti magnetni fluk Φ oklepa tudi ekundarno navitje v katerem e inducira E 4, 44 f N kn. Med induciranima napetotima primarne in ekundarne trani je torej napetotna pretava: E n kn...faktor navitja tatorja E N k N k n Za napetotno pretavo med U in E pa moramo upoštevati še vpliv primarnega treanega polja v praznem teku in je U /E > E /E. Za vzbujanje potrebnega magnetnega polja, bo tekel po primarnem navitju magnetilni tok μ, ki e ravna po magnetnem uporu magnetnega kroga Φ= μ N, podobno kot pri tranformatorju. Za zmanjšanje tega jalovega toka gradimo troje čim manjšo zračno režom aj je zračna reža titi del magnetne poti, kjer je praktično koncentrirana va manetna upornot. Poleg tega pa pri trojih z več polovimi pari magnetni fluk vakič dvakrat prečka zračno režo. Zračne reže o tako majhne kot nam omogoča tehnoločija izdelave (do cca kw 0,mm, nekaj 0kw po mm). kratkoklenjeno rotorko navitje: nducirana napetot E požene po troju ekundarni tok, za katerega i prizadevamo, da je čim večji. Zato o rotorka navitja večinoma v kratkem tiku. Ena faza rotorkega navitja ima upronot Z R X,kjer je R ohmka upronot vodnika navitja, X pa induktivna upornot zaradi treanage magnetnega polja v rotorke navitju. Sekundarni tok v kratkovezanem navitju bo torej: R E X n fazni kot φ med E in : co R R X Torej, vrtilno magnetno polje e vrti hitrotjo n in inducira v rotorju napetot E. Ta napetot požene tok, ki fazno zaotaja za kot φ. V protoru e ta fazni zamki odraža kot protorki zamik. Amplituda toka je toraj protorko izmaknjena za kot φ iz amplitude magnetnega polja. Magnetno vzbujanje ekundarnega toka je zato v protoru premaknjeno proti vrtilnemu magnetnemu polju za kot δ=90 +φ.to je navorni kot. Ko e rotor vrti, fluk vedno počaneje reže palice. Napetot začne padati.

86 Slip: Ko e rotor vrti, hitrot rezanja rotorkih palic navitja v vrtilnem magnetnem polju ni več enaka kot pri toječem rotorju. Upoštevati moramo edaj relativno hitrot med vrtilnim poljem in vrtečim e rotorjem. Zato vpeljemo pojem lipa, ki nam pove, kolikšna je relativna vrednot hitroti rotorja proti polju: n - n n kjer je n inhronka hitrot polja, n pa hitrot vrtenja rotorja. Polje e vrti hitrotjo n, ki je dana frekvenco napajalne primarne napetoti f po enačbi n=f /p. Značilna področja delovanja ainhronkega toja o označena z značilnili vrednotmi lipa : Rotor toji n=0 =(n -0)/n = Zagon Rotor e vrti v meri polja n<n =(n -n)/n < Motorko delovanje Rotor e vrti v meri polja n=n =(n -n )/n =0 Sinhronizem Rotor e vrti v meri polja n>n =(n -n)/n <0 Generatorko obratovanje Rotor e vrti proti meri polja -n =(n +n)/n > Zavorno obratovanje nducirana napetot v tatorkem navitju E bo še vedno ita, za inducirano napetot v rotorkem navitju E pa moramo upoštevati, da e bo pri vrtenju rotorja premenila frekvenca rotorkega rezanja in tem frekvenca rotorke napetoti f. Torej frekvenca rotorke napetoti f, bo enaka frekvenci rezanja rotorja v vrtilnem polju: f = f. nducirana napetot na rotorju e tudi preminja lipom in je enaka: E = E 0, kjer je E 0 rotorka inducirana napetot, ko rotor toji in ta frekvenci tatorja in rotorja enaki (f =f, =) E 0 Ko e rotor vrti, e rotorki tok računa po:. R ( X ) 3. Kazalčni diagram zavrtega ainhronkega motorja in primerjava tranformatorjem. Velikot kratkotičnega rotorkega toka. Ainhronki troj z odprtim in mirujočim rotorkim navitjem lahko interpretiramo tudi kot tranformator z napetotno pretavo: E Nk n E N kn Fazni premik med primarno in ekundarno inducirano napetotjo E in E je dan kotom zavrtitve ali protorkim kotom α, kjer je φ = p α. φ predtavlja fazni kot. Običajno uporabljamo tak tranformator v avtotranformatorki vezavi in ga imenujemo vrtilni tranformator ali potencialni regulator. Vezje potencialnega regulatorja dobimo recimo tako, da zvežemo ponko A z x, B z y, in C z z ( povezave o nariane črtkano) :

87 Med ponkama X A je viljena fazna napetot U, med ponkama x a pa je ekundarna fazna napetot E. Ti dve napetoti kazalčno eštejemo in dobimo celotno napetot U Xa. a x A U Xa X

88 Pri tem lahko primerno zavrtitvijo rotorja v mejah 0 O < φ < 80 O dobimo ve napetoti med U Xa,max = U + E pri φ = 0 O U Xa,min = U E pri φ = 80 O in Pri obremenitvi, ko teče po navitjih tatorja in rotorja bremenki tok, natane eveda elektromagnetni navor, zato mora imeti vrtilni tranformator rotor vedno zaneljivo zavrt v izbranem položaju. Za običajno obratovanje AS pokrbimo, da inducirana napetot požene v rotorkem navitju čim večji ekundarni tok. Vezava, ki to omogoča je kratek tik, zato o običajno rotorka navitja v tej vezavi. Ena faza rotorkega navitja ima upornot: kjer je R ohmka upornot vodnika navitja pri izmeničnem toku, X pa induktivna upornot zaradi treanega magnetnega polja v rotorkem navitju. Sekundarni tok v kratkovezanem navitju je torej: R E X in fazni kot φ med E in je dan z: co R R X R X Protorke razmere predtavlja dvopolni model rotorja na liki: Z Ф n δ φ V povzroča E Vrtilno magnetno polje Φ e vrti hitrotjo n in inducira v rotorju napetot E. Prav ta napetot pa je tita, ki požene tok, ki fazno zaotaja za kot φ. Protorko e to kaže kot premik rotorja za mehanki kot. Amplituda toka je torej protorko izmaknjena za kot φ iz amplitudnega magnetnega polja Φ. Magnetno vzbujanje V ekundarnega toka je zato v protoru premaknjeno proti meri Φ za kot δ = 90 O + φ. S tem mo definirali navorni kot δ.

89 4. Vrtilno magnetno polje trifaznega itema (levo in deno, hitrot, izpeljava). Trifazno vrtilno polje dobimo, ko na trifazno tatorko navitje priključimo trifazno napetot. Fazne napetoti o med eboj premaknjene za 0 0. Statorka navitja o protorko zaukana za p 0 0. Če na tuljave, ki i protorko lede v deni meri priključimo zaporedne faze, dobimo polje, ki e vrti v deno mer. Če dve fazi med eboj zamenjamo, dobimo polje, ki e vrti v levo mer. Faza a al ad p p V V t x t x V in in max Faza b bl bd p p V V t x t x V in in max Faza c cl cd p p V V t x t x V in in max t x N p k t x V V V V V p n p cd bd ad d in in max cl bl al l V V V V Slika 6: Trifazno vrtilno polje

90 Če tečejo po navitju imetrični trifazni tokovi je n f p. Če tokovi nio po velikoti enaki, e vrtilna hitrot premeni. Levo vrtilno polje ni več enako nič. Skupno levo in deno polje ni več krožno temveč eliptično. 5. Velikot rotorkega toka. Ekvivalentna hema rotorja. Delitev moči v rotorju. Onovno analizo delovanja ainhronkega troja naredimo najlažje z njegovim ekvivalentnim vezjem. E Tok v rotorkem navitju pri toječem rotorju:. R X Tok v rotorkem navitju pri vrtenju: Fazni kot: co R. R X E 0. R ( X ) Enako kot pri tranformatorju zreduciramo rotorke veličine na tatorko (primarno) tran in dobimo E 0 ', E ', R ' in X '. Deno tran enačbe delimo v števcu in imenovalcu lipom. ' R ( E' 0 ' ) X ' dobimo ekvivalentno vezje kot pri tr. (E 0 ' in X ' nita odvina od lipa) Rotorki tok ' in rotorka napetot E 0 imata edaj v enačbi frekvenco f - enačba popiuje tudi razmere v vezju. To vezje je torej ekvivalentno vezje rotorja ainhronkega troja pri poljubnem lipu, torej velja za ve hitorti vrtenja rotorja. zločili mo torej od hitroti vrtenja rotorja odvino rotorko inducirano napetot E ' in enako odvino rotorko frekvenco f. Pri toječem rotorju (= in f =f ter X R X ' E =E 0 ') deluje troj kot ' tranformatoe. Dodamo mu enako kot tranformatorju ohmko U E E 0 ' upornot R in induktivno upornot X zaradi treanja tatorkega R 0 X 0 R ' / navitja ter paralelno X 0 in Ro, ki ponazarjata magnetenje glavnega vrtilnega magnetnega polja ter izgube v železnem paketu zaradi glavnega polja.

91 Ohmka upronot v ekvivalentnem vezju rotora ni prava upornot navitja, temveč e preminja lipom.ima lahko najrazličnejše vrednoti od negativne do pozitivne, zato jo delomo na dva dela, prvi je prava upornot, drugi pa preotanek. R ' - R ' R ' Tako dobimo ekvivalentno vezje ainhronkega toja. Del vezja obkrožen črtkano črto je EKVVALENTNO VEZJE ROTORJA X R ' X ' R ' U E R 0 X 0 E 0 ' R '(-)/ Delitev moči v rotorju: Moč ki e pretaka v ainhronkem troju ima tri oblike. Na primarni trani imamo električno moč, ki priteka iz omrežja v troj ali iz njega odteka. Na gredi motorja imamo mehanko moč, ki jo troj oddaja bremenu ali pa dobiva od mehankega pogona. mamo pa tudi izgubo moči zaradi toplote. Moči v rotorju: izgubna moč v rotorkem navitju R ': P m' R Cu ' P vp pojavi e še moč v»uporu«( ' ' R ) : Pmeh m ( R ' ) Pvp ( ) Zgoraj mo videli, da je lahko dodatni upor negativen ali pozitiven, ptav tako tudi moč, pri pozitivni mehanki moči bo troj delal kot motor, pri negativni pa kot generator moč vrtilnega magnetnega polja: je moč, ki kozi režo prehaja iz tatorja na rotor in e deli na izgube v rotorkem navitju in na mehanko moč rotorja. Na kakšen način e deli/pretvarja notranja moč pa dloča lip! P P Pmeh Če zanemarimo trenje in ventilacijo P tr,v meh vp M b PCu

92 6. EKVVALENTNA SHEMA ASNHRONEGA MOTORJA. ENERGJSKA BLANCA ZA MOTOR N GENERATOR. a) Ekvivalentna hema b) Energijka bilanca motor 0<< omrežje R 3 U n n co n tator zračra reža P vp P FE P EL P VP P P CU m R CU ' ' P vp m R rotor P vp ' P ' CU m R P P m P ( ) CU vp P vp P tr, v ' ' Gred: P mch m ( R ) c) Energijka bilanca generator S<0 omrežje P el

93 P FE tator P CU P P ( ) m vp P vp P cuz P vp zračra reža P vp P CU P tr, v rotor gred P meh 7 Energijka bilanca ainhronkega motorja v zavornem področju. Kdaj lahko dela v tem področju? Ainhronki motor v zavornem področju dela pri lipih ki o večji od in o pozitivni ( ). Rotor e vrti v naprotni meri kot vrtilno polje. To tanje doežemo če z zunanjim pogonkim trojem vrtimo rotor proti meri vrtilnega polja in tako dobimo izgube v rotorkem navitju po enačbi. Moč vrtilnega polja je manjša od in pozitivna, kar pomeni da priteka iz tatorja v rotor. Mehanka moč rotorja je po enačbi vedno negativna ker je lip večji od. Moč torej priteka po gredi v rotor, torej obe moči in pritekata v rotor in e uničujeta kot toplotno moč v rotorkem navitju. zgube v bakru o enake, v našem primeru je ta moč enaka.

94 Ainhronki motor v zaviralnem področju izgubi veliko energije in e zato močno greje, pri tem pa je ogrožena izolacija navitja, uporabljamo jo izjemoma pa še takrat mora bit rotor navit. To pregrevanje lahko zmanjšamo, če v rotorki tokokrog dodamo upor, ki prevzeme egrevanje nae. 8. Momentna karakteritika ainhronkega troja (izpeljava, graf). Pri uporabi AS ponavadi potrebujemo podatek, kakšen je in kako e preminja elektromagnetni navor. Ponavadi ta podatek razberemo iz karakteritike navora v odvinoti od hitroti vrtenja rotorja. Če zanemarimo mehanke izgube P v,tr, lahko navor izračunamo iz rotorke mehanke moči P m. Splošna mehanka enačba za navor: M Pm Pm n m z pretoka moči vemo, da je P m = P vp ( ). z enačbe za ekundarno navitje v kratkem tiku pa n = n ( ), po podobnem razmileku pa tudi ω m = π n ( ) = ω m ( ). Upoštevamo ve zgornje izpeljave in dobimo: M Pvp ( ) Pvp Pvp ( ) n m m Dobili mo enačbo za navor, ki nam pove, da e elektromagnetni navor AS preminja točno tako, kot e preminja njegova moč vrtilnega polja P vp. Proporcialnotni faktor je inhronka mehanka kotna hitrot vrtenja ω m, oziroma inhronka hitrot vrtenja vrtilnega polja n. Ta hitrot pa je kontantna pri kontantni frekvenci napajalne napetoti f, ki jo omrežje vili tatorju. Navor torej lahko pri AS ugotovimo že iz moči vrtilnega polja P vp, brez da računamo

95 hitrot vrtenja rotorja n. Moč vrtilnega polja pa lahko računamo tudi z inducirano napetotjo E, tokom ' in faznim kotom φ med njima: P vp m E ' co Enačbo lahko naprej razvijemo z upoštevanjem, da je inducirana napetot E v enem faznem navitju tatorja enaka: E 4,44 f N ' kn. Vzamemo, da je f = p n in da je število ovojev ene faze N = Z / polovično število palic navitja ene faze v utorih tatorja, potem moč vrtilnega polja P vp lahko zapišemo: P, (p) n m vp Z ' kn co Sedaj to enačbo vtavimo v prvotno enačbo za mehanki navor in delimo moč vrtilnega polja P vp z ω n, pa dobimo navor: Pvp p M, kn m Z ' co n z toječega ekundarnega navitja v kratkem tiku, pa je znana še enakot: co φ = in δ. M p, kn m Z ' in Zgornja enačba daje navor v odvinoti od navornega kota δ z upoštevanjem kupnega vrtilnega magnetnega polja Φ in ekundarnega (rotorkega) toka '. K / R ' +M motor = - = 0 = generator -M Zgornji graf je karakteritika navora ainhronkega troja. V bližini = 0, je navor proporcialen lipu.

96 9. Momentna karakteritika a. troja v linearnem delu (izpeljava momenta, omahnega lipa, komentar). zpeljava: vp vp vp meh eh m P n P n P P M ) ( 60 ) ( 60 ) ( ' ' ' 0 ) ( 60 X R R E n m V bližini = 0 oziroma n = n je navor proporcionalen lipu. Pri majhnih lipih R ' prevladuje nad vemi otalimi upornotmi, zato lahko enačbo premenimo ' ' 0 60 R K R E n m M X R X R X R X R X X R X R E X R R E X R X R E X R R E k X R R E k d d X R R E k d d d dm om ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ) ( ) ( ) ( ) ( + za motorki del - za generatorki del Generatorki in motorni omahni moment ta popolnoma neodvina od delovne upornoti v rotorkem tokokrogu troja R '. S preminjanjem R ' e preminja om pri katerem razvije troj omahni navor. S tem preminjamo nagib linearnega dela karakteritike.

97 0. Velikot omahnega momenta (kako vpljivamo nanj?). Kloova enačba..) z karakteritike odvinoti navora od lipa vidimo, da je omahni navor extrem v ali motorkem, ali pa generatorkem območju. Če preežemo omahni navor, potane troj netabilen, ter moment pade proti 0. Enačba ki opiuje karakteritiko: M m n R U t ` R ` t X t X R Da izrazimo omahni moment moramo najprej določiti omahni lip, ki ga dobimo tako, da poiščemo ektrema funkcije momenta. Tako dobljeni omahni lip je: om R t R ` ` X X t za poenotavitev lahko upoštevamo, da je R t majhen v primerljavi z (X f +X `). Ter vtavimo omahni lip v prvotno enačbo: M om m U t n X X t ` Velikot omahnega momenta je tako odvina od bvote induktivnih uporov, ter v veliki meri od omrežne napetoti, kvadratna karakteritika. Omenimo še da velikot omahnega momenta ni odvina od upora v rotorkem navitju R `. Pač pa e preminjanjem rotorkega upora preminja lip, kar vpliva na nagib linearnega kraka karakteritike.

98 .) Kloova enačba: M M. om Povezuje razmerje momentov ainhronkega troja pripadajočimi lipi. Potek razmerij navorev v odvinoti od lipa lahko opazujemo na grafu. S pomočjo grafa lahko izrazimo še poenotavitvi enačbe: M. za M Ter M M om om. om om om za om om om. Normirana oblika Kloove enačbe in enačbe rotorkega toka (dikuija). Normirana oblika Kloove enačbe e glai: ke0 kjer je omahni navor M om. x M M n om n om om n,

99 M r z z ; z ; om z zag om R X X R Enačbe rotorkega toka: R ( E ) 0 X E X 0 R ( X ) r ; max z z z max E X 0. POENOSTAVLJEN KROŽN DAGRAM ASNHRONSKEGA STROJA(značilne premice, izpeljava iz enačbe za rotorki tok) Diagram kazalcev ki ga riše ' ima značilno krožno obliko. V to e lahko hitro prepričamo, če napišemo enačbo za rotorki tok, ki izhaja iz ekvivalentnega vezja za ainhronki motor na liki podaj. ' ekvivalentno vezje za ainhronki motor Slika:

100 ' ' ' X X R R U t Če e pri kontantnih parmetrih vezja preminja amo lip, potem kzalec ' riše krožnico vidno na liki podaj: Karakteritične premice: Merilo toka: m Merilo moči: p m U m m Merilo vrtilnih momentov: p M n m m Statorka tran: P m 0 P P m R 0 ' Rotorka tran : P P n m m m r r r 0 Dovedena moč: AP m D m AP m P p 0 Moč zračne reže: BP m P p

101 Vrtilni moment: M m p BP m n Premica P 0 P je premica moči oddane moči motorja P r in premica prejetemoči generatorja P. Koritna mehanka moč na gredi: Joulke izgube v tatorju: Joulke izgube v rotorju: P P Cu Cur M BP P in premica vrtilnih momentov M. Premica P P 0 m m P p p m P m AB BC Zagonki vrtilni moment: M z mm B P p CP je premica Omahni motorki vrtilni moment: M m om M B om P om Makimalna moč: P m max p C m P m Zagonki tok: z m 0P Faktor moči: 0D co 0P 3. Regulacija vrtljajev a. motorja z dodajanjem ohmkih upornoti v rotorki tokokrog. Z dodajanjem uporov na drne obroče AM premenimo karakteritiko navora in toka. Karakteritika navora e premeni z dodatnim uporom R, ki pa e razvija pri drugem lipu: om R R R ' X X d Tako preminjanjem upornoti dobimo družino navornih karakteritik. Pri talnem navoru M b e bo motor vrtel različno hitro. Sprememba hitroti je tem večja, čim večji je navor bremena, kar pomeni, da pri razbremenjenem motorju, ploh ne moremo preminjati hitroti rotorja z vključevanjem dodatnih upornoti. Pri počanejšem vrtenju in pri večjih lipih e več moči P vp pretvarja v toploto oz. izgubo in manj v mehanko moč. Torej je preminjanje hitroti z dodatnimi upori povezano z večjimi izgubami v rotorkem tokokrogu. Uporabljamo ga pri motorjih malih moči ali pri pogonih, kjer itočano z vrtljaji pada tudi vrtilni moment. Ponavadi pa dodajamo upore na drne obroče ob zagonu, da tako povečamo zagonki moment. d

102 Določitev dodatnega upora: V rotorju mora veljati nalednje ravnotežje napetoti E ( R R ) za dodatni upor in E 0 ' d 0 R brez dodatnega upora E0 z teh dveh enačb edaj določimo dodatni upor: R d ( ' ) Ker imajo vi motorji z drnimi obroči napiane podatke o nazivni rotorki napetoti u (E 0 =u/ 3), nazivnem rotorkem toku i in nazivnem lipu n, lahko zapišemo enačbo drugače: u M n Rd ' 3 im Tako lahko izračunamo dodatni upor pri preminjanju hitroti in tudi za izračun zagonkega dodatnega upora, amo da računamo z ' =. Za linearni del karakteritike lahko predpišemo določen tok pri določenem lipu, da dobimo u dodaten upor in dobimo: R d ' 3 i 4 Slaboti regulacije vrtljajev a. motorja preminjanjem napajalne napetoti. Navor ainhronkega motorja e preminja, če preminjamo napetoti na tatorju kar kaže enačba Tudi tok e preminja z napetotjo primarja po enačbi To izkoritimo kadar želimo preminjati hitroti vrtenja ali pa imeti majhne zagonke tokove. S kvadratom napetoti e preminja navorna karakteritika. Ainhronki troj z veliko rotorko upornotjo, bo imel velik omahni lip. Z znižano napetotjo memo zaganjati amo ainhronke motorje z lahkim zagonom, ki torej med tekom nio obremenjeni. Obremenjen

103 motor nam lahko med tekom obtiči, ker ne more premagati bremenkega navora. Druga labot je da o navitja pri znižani napetot močno preobremenjena in tako imamo velike izgube na rotorju. Primer: n =0.03 om^=0. zgube v rotorju o do 7 večje! Ta način krmiljenja je energetko potraten zaradi velikih izgub, zato ga je mielno uporabljati pri motorjih z majhnimi močmi, izjemoma ga lahko uporabimo do moči 0kW in še to za kratkotrajno znižanje hitroti vrtenja. 5. REGULACJE VRTLJAJEV SASNHRONSKEGA MOTORJA S SPREMNJAJEM NAPAJALNE NAPETOST N FREKVENCE. A) Spreminjanje napetoti Navor ainhronkega motorja e preminja, če preminjamo napetot na tatorju R X X R R U n m M t t ' ' ' 0 Tudi tok e preminja preminjanjem primarja ' ' ' X X R R U t t To dvoje izkoritimo ko želimo preminjati hitrot vrtenja ali doeči majhne zagonke tokove.

104 S kvadratom napetoti e preminja navorna karatkteritika po zgoraj napiani enačbi. Ainhronki troj z veliko rotorko upornotjo bo imel velik omahni leep in linearni del navorke karatkeritike nagnjen čez vo motorko področje. Če mu nižamo napetot, e mu bo zniževala karakteritika kot je to vidno na liki: Slika: Zniževanje napetoti povzroči zniževaje momentkih karakteritik Doežemo lahko relativno velike premembe hitroti vrtenja, kjer e motorka navorna karakteritika eka z navorno karakteritiko bremena. Za omejevanje zagonkih tokov lahko znižamo napetot pomočjo avtotranofrmatorja ali preklopom trikot-zvezda. Pri zniževanju napetoti e proporcionalno zniža zagonki tok. Zagonki navor M pa e zniža kvadratom napetoti. Z zniževanjem zg napetoti memo zaganjati motorje ki v amem štartu nio obremenjeni.

105 Slika: Shema priključitve avtotranformatorja za regulacijo vrtljajev Slika: Sprememba momenta zaradi regulacije vrtlajev z avtotranformatorjem Cenejša je izvedba priklopom. Ob priklopu oz. štartu navitje motorja vežemo v zvezdo, napetot tako znižamo za. Tok je za iti faktor manjši. Ker pa je tok v dovodu 3 k trikotu za 3 večjiod toka v zvezdi, bo celotno znižanje toka pri vezavi v zvezdo z : z : 3. Skozi priključke bo tako tekel 3krat manji tok. 3 3 Kot vidimo na podnji liki moramo ob vezavi zvezda putiti da teče motor do inhronizma, šele na to preklopimo v vezavo trikot. Če preklopimo prezgodaj pride še vedno do tokovnega unka in tikalo ni doeglo vojega cilja.

106 Slika: Shema preklopnega tikala trikot-zvezda Slika: Sprememba momenta zaradi preklopa tikala trikot-zvezda b) Spreminjanje frekvence: S preminjanjem frekvence preminjamo tudi hitrot vrtenja. Navor e ohrani če e vrtilno magnetno polje po velikoti ne preminja. Po enčabi E 4, 44 N f gl e fluk gl ne bo premenil če e kupaj f preminja E tudi E. Torej moramo zagotoviti konatntno razmerje. Hkrati frekvenco e mora f zato premeniti tudi primarna napetot izvora U, icer zaidemo v naičenje in potrbujemo za določen navor prevelik tok.

107 ' Pri kontantnem fluku je navor proporcionalen rotorkemu toku in rotorkemu faznemu kotu. ' ' Tovidimo iz enačbe M k co. Če vzamemo da je E0 E in jo vtavimo v enačbo Sleep je enak E ' 0 ' E je rotorki tok ' R Z X n R, fazni kot je enak co. ' Z ' n n n R in navor bo z določen fluk enak M k E ' n n Z. Rotorka frekvenca e preminjanjem tatorke frekvnece ne preminja. Pri premenljivi tatorki frekvenci dobimo zato karakteritike navora, ki o za poamezne inhronke hitroti premaknjene. Oblike e ohranijo dokler je kontanten oz. kontanten koeficient E. f ' Slika: Karakeritike navora pri preminjanju frekvence Ko računamo karakteritike moramo upoštevati da e X, X in X 0 preminjajo orazmerno frekvenco f in o neodvini od napetoti. R 0 pa e preminja kvadratom frekvence f! Za krmiljenje preminjanjem frekvence e dandane uporablja tatični premernik v tiritorki izvedbi. Poznamo direktni trifazni trifazni premernik, ki premerja iz višje frekvence k nižji z utreznim zaporednim vklapljanjem faznih tiritorjev Slika: Drugi način pa je ta, da najprej umerino napajalno napetot. Enomerno napetot nato širinko pulzno moduliramo.

108 6. Zagon a. motorja tikalom zvezda-trikot. Motor je izdelan tako, da ima pri normalnem obratovanju trifazno tatorko navitje vezano v trikot in je na fazno navitje pritinjena medfazna napetot U. Pri zagonu, to je pri n = 0, bi ta napetot pognala velik kratkotični zagonki tok. Zmanjšanje tok dobimo, če zmanjšamo napetot U. Praktično to opravimo tikalom zvezda-trikot. U U LY L 3 3 Z Z LY U Z Razmerje tokov - L Z 3 U 3 3 Tok v zvezdi (zagonki) e zmanjša za faktor 3. Navor je v kvadratnem razmerju z napetotjo. LY Y BY M k U (( M k B 3 3 B 3 L U M zagy 3 M zag U 3 3 Navor v zvezdi e zmanjša za faktor 3. )) Pri zagonu zvezda-trikot icer zmanjšamo omrežni zagonki tok na /3, toda itočano zmanjšamo tudi zagonki vrtilni moment na /3. Pri takem zaganjanju mora biti motor dovolj razbremenjen, najbolje neobremenjen. Motor obremenimo polnim bremenom po preklopu, ki ga naredimo takrat, ko e vrtljaji približajo nazivnim.

109 Med preklopom Y mora biti čaovni zamik., ki traja približno 0.3 0,5. Magnetni pretok v tatorju mora pati na vrednot 0, ker drugače obtaja možnot, da naletimo na naprotno napetot ( tem fluk) in bi e inducirala velika napetot, tekel bi velik tok. 7. Zagon ainhronkega troja z uporovnimi topnjami Pri motorjih z drnimi obroči na rotorju lahko v rotorki tokokrog vključimo dodatne upore. S tem premenimo karakteritiko navora in karakteritiko toka na tak način, da prilagodimo delovanje motorja zahtevam zagona ali zahtevam preminjanja hitroti vrtenja. Karakteritika navora e premeni, če premenimo rotorko upornot R za dodatno upornot Rd v celotno rotorko upornot R + Rd. Pri tej premembi otane omahni navor Mom nepremenjen. Stroj pa razvija ta omahni navor pri drugem lipu, ki ' ' R Rd je om. ' R t ( X t X ) Za različne dodatne rotorke upore dobimo tako celo družino navornih karakteritik. Pri talnem bremenkem navoru Mb e bo motor vrtel različno hitro, odvino pač od tega, kakšna dodatna rotorka upornot Rd je vključena. Lepo e tudi vidi, da bo prememba hitroti tem večja, čim večji bo navor bremena Mb. Pri razbremenjenem motorju z Mb = 0 praktično ploh ne moremo preminjati hitroti vrtenja z vključevanjem dodatnih rotorkih upornoti. Moč vrtilnega polja Pvp, ki pretopa iz tatorja v rotor, je talna, če je talen tudi navor Mb, ki naj ga troj razvija. To pomeni, da e bo pri počanejšem vrtenju in pri večjih lipih več moči Pvp pretvarjalo v toploto (Pcu = Pvp*) in manj v mehanko moč (Pm = Pvp*(-)). Takšno preminjanje hitroti vrtenja je torej vedno povezano povečanimi izgubami v rotorkem tokokrogu. Dodane o še izgube v dodatnem uporu Rd. Praktično določamo vrednot dodatnega upora Rd vedno za kontanten zahtevan navor M = Mb = kont. pri določenem lipu na linearnem delu navorne karakteritike. Za ta del ' (R Rd ) velja, da je veliko večji od veh otalih upornoti in prevladuje. Če to upoštevamo tudi za rotorki tok, vidimo, da je rotorki tok v linearnem delu tudi linearno odvien od lipa ' U t U t ' in je coφ =. Rotorki tok je v linearnem delu navorne ' ' ' R ( R Rd ) karakteritike čiti delovni tok. Za kontanten navor M mora biti zato določena kontantna

110 ( R Rd ) moč P vp. S tem pa je že določen tudi kontanten rotorki tok. V linearnem delu navorne karakteritike je rotorki tok torej linearno proporcionalen zahtevanemu navoru M. Zahtevamo torej določen tok pri predpianem lipu '. V rotorju mora veljati torej nalednje ravnotežje napetoti ' E R R ) za dodatni upor in 0 ( d 0 R E za rotor brez dodatnega upora. E0 z teh dveh enačb lahko določimo dodatni upor, ki je R ( ' d ).Dodatni upor je tako podan podatki motorja in zahtevami navora in lipa oziroma hitroti vrtenja. Motorji z drnimi obroči noijo na napini tablici podatek o nazivni rotorki napetoti»u«med dvema u drnima obročema pri odprtem in mirujočem rotorju. Torej je E0. Drug podatek z 3 napine tablice je nazivni rotorki tok»i«, pri katerem razvija motor nazivni navor Mn. Tretji podatek je nazivni lip n oziroma nazivna hitrot vrtenja nn, pri kateri razvija motor nazivni navor. S temi podatki napiana enačba za dodatni upor je edaj u M n ' Rd ( n), kjer mo upoštevali, da je rotorki tok proporcionalen navoru, torej 3 i M i/il = Mn/M. Prejšno enačbo za dodatni upor še nekoliko poenotavimo, če zanemarimo n in u M ' napišemo R n d 3 i M. Tako izračunani dodatni upor je nekoliko prevelik, vendar za prako kar uporaben. Lažje namreč ugotovljeni upor zmanjšamo, ko ga točno prilagajamo preizkuom, kot pa ga povečamo. Poleg tega e rotorki upori egrevajo in tem preminjajo ter zato prevelika točnot pri izračunu niti ni potrebna. Enačbi za izračun dodatni upornoti uporabimo tako za izračun dodatnega upora pri preminjanju hitroti vrtenja, kot za izračun zagonkega dodatnega upora. Pri zagonkem uporu moramo eveda računati z ' =. Motor z drnimi obroči lahko popolnoma prilagodimo zahtevam po preminjanju hitroti vrtenja ali zahtevam po zagonkem navoru. To pa je vedno povezano povečanimi izgubami v dodatnem uporu. Karakteritika preminjanja rotorkega toka, je podana podaj. Za linearni del karakteritike memo, ravno tako kot pri navoru, predpiati določen tok pri določenem lipu, pa bomo dobili utrezni dodatni upor. Za zapi želenega toka i lahko uporabimo kar enačbi: u M n ' u M ' Rd ( n) oziroma R 3 i M n d 3 i M.

111 Če hočemo omejiti zagonki tok motorja na zaželeno vrednot i, upoštevamo v enačbah lip ' =. Dodatni upori v rotorkem tokokrogu itočano z zaželenim zagonkim navorom omejijo tudi zagonki tokovni unek. Seveda pa potrebujemo za to motor z drnimi obroči, ki je dražji od motorja kratkotično kletko. 8. Ainhronki motor z globokimi utori ali dvojno kratkotično kletko. (tr 6) a) Dvojna kratkotična kletka: ZGORNJA KLETKA SPODNJA KLETKA S VELKA UPORNOST, MAJHNA NDUKTVNOST MAJHNA UPORNOST, VELKA NDUKTVNOST Zgornja kletka ima palice z veliko pecifično upornotjo in manjšim prerezom, leži pa tik bo površini rotorja. Poledica tega je da e treano magnetno polje Ф σz koraj ne razvije (razvije e zelo labo). Zaradi tega ima kletka večjo upornot R Z in majhno induktivnot L σz.spodnja kletka pa ima palice velikega prereza z majhno pecifično upornotjo. Streno polje e močno razvije Ф σs. Kletka ima majhno upornot R S in veliko induktivnot L σs. Prerez rotorja ainhronkega motorja z dvojno kratkotično kletko. Ko motor priključimo na omrežje (rotor je takrat v tacionarnem tanju), je f = f. To pa pomeni da takrat tok teče večinoma po zgornji kletki, ker e deli v razmerju induktivnih upornoti (X Z =f * L σz, X Z = f * L σs ). Upornoti R z in R zaradi velike rotorke frekvence in = ne vplivata na delitev toka med kletkama. Zgornja kletka deluje torej tako, kot da bi povečali upornot rotorkega tokokroga in tem dvignili navorno karakteritiko.

112 Ko rotor teče, e rotorka frekvenca ve bolj manjša in tem tudi induktivni upornoti obeh kletk, dokler popolnoma ne prevladata upornoti R z ter R. Večina toka teče edaj po podnji kletki z majhno upornotjo R in motor ima normalno karakteritiko navora, pri majhni rotorki upornoti. b) Globoki utori: PRMER GLOBOKH UTOROV:

113 Rotor z globokimi utori deluje podobno (velja tudi za enojno kratkotično kletko). Pri treanju mag. polja toka v palici vidimo, da podnji del palice oklepa veliko večje treano polje kot zgornji. Zaradi tega ima podnji del veliko večjo induktivnot kot zgornji del. Ob zagonu e zato pojavi izriv toka v zgornji del palice. Učinkovit prerez za prevajanje toka, e bo torej zmanjšal. Poveča pa e rotorka upornot R. mamo podobno ituacijo, kot če bi vključili dodatne upore v tokokrog. Ko pa rotor teče, e rotorka frekvenca zmanjšuje in izriv toka ve bolj izginja. Po določenem čau e to enakomerno porazdeli po vem prerezu palice in rotorka upornot R pade na vojo minimalno vrednot. Tako kot pri rotorju z dvojno kletko, pride tudi tu do povečanja zagonkega navora.

114 Značilne oblike navorne karakteritike: M dvojna kratkot. kletka Globoki utori Enojna kletak z okroglimi utori M n 0 Motor z drnimi obroči n j n 9. ASNHRONSK GENERATOR a) Ainhronki generator v tuji mreži S pogonkim trojem povežemo ainhronko mrežo do inhronkih vrtljajev n = n. Nato ainhronki generator priključimo v mrežo, ki mu dovaja energijo in ga vzbudi. Nato generator v itemu popešimo v nadinhronizem in motor prične mreži dovajati energijo. Regulacija ni potrebna, aj tuja mreža pogojuje generator (tudi f). Naprotno pa je nujen merilec vrtljajev, ki zautavi pogonki troj pri n = n. b) Ainhronki generator ni priključen v mrežo Na dodatno navitje je priključena kondenzatorka baterija. Ko poženemo motor, remanenčna napetot nabije kondenzatorje. Ti poženejo tok, ki dodatno namagneti rotor. Rotor ponovno rabi kondenzatorke baterije in krog e ponovi. Opiani potopek e ponavlja, dokler e ne vzpotavi U c = U m, pri čemer je U Potrebujemo še regulator napetoti in vrtljajev, da dobimo pravo f. Zapora natopi pri n > n. c wc c

115 0. Enofazni AM z zaenčenimi poli. Motorji z zaenčenimi poli o enotavno grajeni za majhne moči, tam do nekaj vatov. Stator je ponavadi narejen iz štancane pločevine ter oblike izraženih polov. Na tatorju je enofazno navitje, rotor pa je običajno kratkotična kletka. Del polovega čevlja je obdan z kratkotičnim ovojem, ki zakani izmenični prehod magnetnega fluka kozi ta del čevlja. Preotali del fluka pa neovirano prehaja iz polovega čevlja v rotor kozi zračno režo. Magnetno polje bo tako najprej na makimumu pod nezaenčenim delom pola, potem pa pod zaenčenim delom. Kar nam da nekakšno popačeno vrtilno polje, katerega amplituda potuje v levi meri (na liki). To vrtilno polje zavrti ob lahkem zagonu rotor v določeno mer. Pri polni hitroti deluje koraj kot enofazni motor, ker je učinek kratkotičnega obroča majhen, ter luži le

116 . Enofazni aihronki motorji pomožno fazo (ohmki in induktivni upor, kondenzatorki motor) Ohmka in induktivna pomožna faza Redkeje najdemo enofazne aihronke motorje, pri katerih doežemo premik toka p v pomožni fazi z dodatnim uporom ali dodatno induktivnotjo. Upor v pomožni fazi vidimo na liki Kot kaže kazalčni diagram, icer dobimo fazni premik med tokoma g in p, vendar vedno precej manj kot eno četrtino periode. To icer da vrtilno polje, vendar ne krožno imetrično. Motor teče v določeno mer, zagonki navor pa je majhen in primeren amo za lahke zagone. Pomožno fazo po teku motorja običajno izklopimo, da zmanjšamo trajne izgube troja. Še labše o razmere z induktivnotjo v pomožni fazi, kot vidimo na liki Tudi ta motor teče am, vendar je zaradi majhnega zagonkega navora primeren amo za lahek zagon. Zaporedje tokov p in g je pri induktivni pomožni fazi obratno kot pri uporovni ali kondenzatorki pomožni fazi. To je vzrok, da pri icer item vezju in priključku obeh faznih navitij dobimo pri induktivni pomožni fazi obratno mer vrtenja motorja kot pri otalih dveh. Kondenzatorka pomožna faza Pri enofaznem ainhronkem motorju zaedemo z navitjem glavne faze največ /3 oboda tatorja. Več e tudi pri čitih enofaznih trojih ne izplača. Preotali del tatorja edaj tudi navijemo in dobimo tako drugo fazno navitje, katerega magnetna o je pravokotna na magnetno o glavne faze. S tem mo izpolnili prvo zahtevo za vrtilno polje. Vrtilno polje

117 dobimo, če imamo fazna navitja v protoru premaknjena in če po njih ženemo čaovno premaknjene izmenične tokove. Najmanjše število faz, katerimi lahko zadovoljimo obe zahtevi, ta dve fazi. Drugo zahtevo izpolnimo z utrezno vezavo glavne in pomožne faze. Ker je priključek vedno amo na enofazno omrežje, moramo doeči fazni premik med tokoma glavne g in pomožne p faze. Glavno fazo priključimo vedno direktno na napetot. Pomožni fazi pa vežemo v erijo kondenzator, kot je na liki Tok pomožne faze p bo zato prehiteval napetot U in lahko doežemo cela prehitevanje toka p pred g za eno četrtino periode (90 ). Tako dobimo lahko imetričen dvofazni item, ki daje imetrično krožno vrtilno polje. Z enim kondenzatorjem je možno doeči imetrijo amo za eno obratovalno točko. Za drugo e premeni velikot in faza toka g, temu pa bi moral lediti tudi p in bi zato morali premeniti kondenzator. Običajno imajo ti motorji amo en kondenzator, ki je prirejen za delovanje krožnim imetričnim vrtilnim poljem pri izbrani hitroti vrtenja. Če je to vrtilna hitrot vrtenja, je kondenzator talno priključen. Ob zagonu je tako izbran kondenzator premajhen. Sicer dobimo vrtilno polje tudi ob mirovanju in motor e zavrti v določeno mer. Zagonki navor pa je zaradi popačenega polja majhen in primeren amo za lahke zagone. Kondenzator lahko izberemo tudi za mirovanje. Tak tartni kondenzator daje krožno polje ob zagonu. Ko pa motor teče, je kondenzator prevelik. Polje e popači, poleg tega pa tečejo v pomožni fazi še zelo veliki tokovi, ki lahko pregrejejo navitje. Zato tak tartni kondenzator po zagonu izklopimo in putimo motor naprej teči kot čiti enofazni motor. zklop opravi avtomatično centrifugalno ali tokovno tikalo, ko motor doeže določeno hitrot vrtenja ali določeno vrednot toka. Motor tartnim kondenzatorjem ima razmeroma veliko zagonki navor in je primeren za težje zagone. Kombinacijo obeh zgornjih izvedb predtavlja motor z dvema kondenzatorjema v pomožni fazi po liki Oba kondenzatorja kupaj omogočata močan zagon. Po teku z avtomatkim tikalom odklopimo tartni del in preotalim kondenzatorjem motor trajno dela. Krožno polje dobimo ob zagonu in pri nazivnem delu.

118 Motorji, ki imajo talno priključeno kondenzatorko pomožno fazo o občutljivi na prazen tek. V praznem teku je namreč tudi kondenzator za talen tek prevelik in povzroči velike tokove v pomožni fazi, ki lahko navitje pregrejejo in poškodujejo. Opišite delovanje ainhronkega motorja, ki dviga ali pušča breme (dodajanje uporov motorko, zavorno, generatorko obratovanje). Dodajanje uporov: Pri dviganju bremena potrebujemo motor, ki že takoj ob vklopu razvije zelo velik navor, da pelje voje breme. To lahko naredimo z dodatnimi upori R d, ki jih vključimo v rotorki tokokrog. Karakteritika navora e premeni po enačbi Če premenimo rotorko upornot R z dodatnimi upori R d, tako dobimo celotno rotorko upornot. Pri tej premembi otane omahni M om navor nepremenjen. Stroj pa razvije ta omahni navor pri drugem lipu Z različnimi dodatnimi upori dobimo različno navorno karakteritiko Ko troj teče odklopimo ve dodatne upore in tako dobimo nazivno navorno karakteritiko ainhronkega motorja. Zavorno področje V zavornem področju želimo počai zautaviti breme, to naredimo z potopnim dodajanjem dodatnih uporov R d v rotorki tokokrog, tem povečujemo lip, Poledica povečanja lipa je zmanjševanje vrtljajev motorja in tako e breme utavi. Karakteritika je enaka amo da jo gledamo v obratnem vrtnem redu.

119 Generatorki način Če pa imamo neko breme, ki ima veliko vztrajnot (npr. puščanje dvigala), pa lahko ainhronki troj uporabimo kot generator, ki vrača energijo v omrežje. Če mo uporabili ta iti motor za dvig bremena moramo ob puščanju zamenjati dve fazi med eboj, drugače e motor močno pregreva v omrežje pa ne da nič. To puščanje imenujemo koritno zaviranje, vendar lahko zaviramo amo do inhronke hitroti vrtenja. To je takrat ko e troj vrti hitreje od inhronizam. Sinhronko hitrot natavljamo frekvenčnim pretvornikom, ki zmore delovati tudi kot premernik, tako da moč vrača nazaj v omrežje. 3. Kako deluje trifazni a. motor pri zamenjavi dveh faz ali izpadu ene faze?(predavanja) Pri izpadu faze: Ko e zgodi, da pri trifaznem ainhronkem motorju izpade ena faza, e ta motor prične obnašati kot enofazni, ki je priključen na medfazno napetot. Motor bo icer deloval naprej, a bo v otalih dveh navitjih preobremenjen. Dobro je, da ga čim prej izključimo. Otale poledice o tudi: -utripanje navora (hrup) -izgube takega motorja e podvojijo Če zamenjamo fazi: S tem, ko mo ainhronkemu motorju zamenjali dve fazi, mo mu premenili mer vrtilnega magnetnega polja in tem poledično tudi vrtilni moment. Zamenja e tudi mer vrtenja.

120 . Kako deluje enomerni kolektorki (komutatorki) troj (opi pomočjo Gramovegaobročatega troja). Kolektorki troj etavlja dvopolni ali večpolni elektromagnet, ki nam predtavlja tator. Ta pokrbi za vzbujanje glavnega magnetnega polja. Stator ima vedno izražene pole, ki noijo koncentrična vzbujalna navitja. Lahko pa je opremljen tudi permanentnimi magneti brez navitja. Na njem imamo običajno še pomožne ali komutacijke pole, ki preprečujejo ikrenje na ščetkah. Železno jedro tatorja je ponavadi iz maivnega železa, ker o magnetna polja enomerna in tem nimamo vrtinčnih tokov, ki bi jih morali omejiti z lamelami. Rotor je indukt in noi komutatorko navitje komutatorjem. Navitje je amo vae klenjeno in na tikih dveh tuljav priključeno na lamele komutatorja. Po komutatorju drita nepremični ščetki, ki vodita tok in napetot do rotorkega navitja. Pri vrtenju rotorja e inducira v vaki tuljavi izmenična napetot, ko je tuljava enkrat pod N, drugič pod S polom tatorja. S tator Na ščetkah e vedno pojavi napetot v iti meri, ker takrat, ko preide tuljava od N tator gornjega pola pod podnjega, e menja tudi priključek tuljave na ščetko. Tuljava preide od zgornje paralelne veje navitja v podnjo. Vrteč e komutator toječimi ščetkami deluje kot mehanki umernik oziroma razmernik. Ta razmeri ravno tako zunanji enomerni tok ščetk v izmenični tok tuljave komutatorkega navitja. Magnetno polje rotorja oziroma indukta je tudi enomerno nepremično umerjeno v protoru v meri ščetk. Napetot, ki e inducira v komutatorkem navitju rotorja in katero dobimo na ščetkah v nevtralni coni, je valovita. Njena rednja vrednot je: E p n Kjer je z število veh palic v veh utorih na rotorju, a je število parov paralelnih vej, p število polovih parov troja in Φ magnetni fluk glavnega pola. Navor, ki ga razvije komutatorki troj nam opiuje nalednja enačba: z a p z M a kjer je tok na kupnih priključnih ponkah rotorja, otale oznake pa že poznamo. p z Navor je dan kontrukcijo troja k M a in e preminja z magnetnim flukom

121 glavnega rotorja Φ in rotorkim tokom. Sedaj navor krajše zapišemo kot: M k M nducirano napetot in navor povzroča glavno magnetno polje. Pri imetrični gradnji troja je tudi glavno magnetno polje porazdeljeno v zračni reži imetrično na vzdolžno o troja in imetrično na nevtralno cono. Porazdelitev polja v zračni reži prikazuje razvita hema KS: S N B gl V gl τ p τ p Pod enim polom je magnetno vzbujanje glavnih polov V gl talno, ravno tako pod drugim polom, le da obrne vojo mer. Gotota polja B gl pa e menja zaradi različne zračne reže. Vioka gotota (po abolutni vrednoti) je amo pod polom (S in N), v medpolovnem protoru pa upade. Vota veh napetoti je vedno pravokotna na magnetno polje, ki ga utvarjata magnetna pola. To povzročita ščetki, ki preklapljata med tuljavami rotorja. Slika vote delnih napetoti je vedno enaka, čeprav kazalci krožijo. Zato je to enomerna napetot. Torej je kolektor oz. komutator mehanki umernik, ki iz izmeničnega troja naredi enomernega in obratno. Seveda lahko troj dela kot motor ali kot generator. Če tok teče v enomerno mrežo (E i > U mreže ), kar pomeni da vrtimo rotor troja z mehanko močjo, dobimo generator. Če meh. moči ne dovajamo, nam moment rotor zavira in E i pada, dokler ne potane manjša od U mreže in troj začne jemati energijo iz omrežja in preide v motorko obratovanje. Smer toka e glede na generatorko obrne, tako da kaže v mer vrtenja. P el e premeni v P meh. delne ind. nap. končna ind. napetot

122 . Kontrukcijke značilnoti enomernega kol. troja ( tator, rotor, paralelne veje, kolektor). Enomerni troj je glede na izvedbo enak inhronkemu troju.razlika je v tem, da ima enomerni troj vzbujalne pole nameščene na tatorju, navitje kotve, to je glavno navitje, pa na rotorju. Poleg tega je na rotorju nameščen še komutator. Stator troja je elektromagnet, ki je pri manjših trojih dvopolen, pri večjih pa večpolen. Ker hitrot vrtenja ni odvina od števila polov, e jih izbere glede na najgopodarnejšo gradnjo troja. Statorki elektromagnet z glavnimi poli krbi za vzbujanje enomernega glavnega magnetnega polja in ima vedno izražene pole. Ti noijo eno ali več koncentričnih vzbujalnih navitij. Nekateri troji imajo na tatorju trajne magnete in ne potrebujejo vzbujalnega navitja. Na tatorju imamo običajno še komutacijke pole, ki labijo škodljive poledice labe komutacije. Nekateri troji imajo na glavnih polih tatorja tudi kompenzacijko navitje. Železno jedro tatorja je lito ali kovano iz maivnega železa, ker je magnetno polje enomerno. Rotor je indukt in noi komutatorko navitje komutatorjem. Rotorko jedro je lamelirano, cilindrične oblike z utori za navitje. Komutatorko navitje rotorja je vedno dvoplatno in po etavi zankato ali valovito. Z izbiro navitja določimo število vzporednih vej, kar je odvino od tokov in napetoti. Zankata o bolj primerna za večje tokove in manjše napetoti, ker imajo vaj toliko vzporednih vej kot polov. Valovito navitje pa ima neglede na število polov vedno amo dve vzporedni veji in je primerno za vioke napetoti in majhne tokove. Kadar ima navitje veliko vzporednih vej, zvežemo točke itih potencialov z izenačevalnimi zvezami na komutatorju. S poebnimi vezavami e da pri obeh vrtah navitij število paralelnih vej povečati z večkratnimi navitji, ki jih širše ščetke na komutatorju vežejo vzporedno. Vaka tuljavica je vezena na komutator, po katerem drijo ščetke, ki o največkrat v magnetno nevtralni legi. Na liki je primer štiripolnega troja.

123 3. nducirana napetot pri enomernem kol. troju (izvajanje, valovitot napetoti). Napetot na kolektorkem poju e inducira na navitju rotorja v poameznih premerkih tuljavicah, po enačbi E 4.44 N t f Zaradi vrtenja rotorja e ф preminja po inuu, kar inducira inuno premenljivo napetot na poamezni tuljavici. Ščetke komutatorja o potavljene tako, da odjemajo napetot na poametni tuljavici v njeni nevtralni legi. To je tkrat, ko prehaja palica izpod območja enega pola pod drugi pol in menja mer inducirane napetoti. Tako»pobrana«napetot je valovita, njena rednja vredno pa je

124 E z a p n z je število veh palic v veh utorih a je število paralelnih vej p je število polovih parov troja ф predtavlja glavno magnetno polje ulomek z/a pa predtavlja vodnike, ki pripadajo eni vzporedni veji navitja Na liki je prikazan ignal napetoti. Napetoat e v poamezni premerki tuljavici inducira v obliki inua. Ščetke komutatorja pa o kontruirane, da poberejo le temenke vrednoti na poameznih tuljavicah. Na ponkah e tako pojavi valovita napetot, ki je ob zanemaritvi valovanja enaka enomerni napetoti U r. Valovitot napetoti e zmanjša, če povečamo število utorov tuljavic (palic) in komutatorkih lamel. Enačbo lahko preuredimo tako, da izrazimo hitrot vrtenja polja. z E p n k a el n K el k Tako dobimo inducirano napetot v odvinoti od kotne hitroti rotorja. Kjer predtavljajo k el k z p ; n a kel k je koeficiojent magnetnega fluka, ki pomeni inducirano napetot na enoto kotne hitroti, in je kontanta, če e glavno magnetno polje ne preminja. 4. Moment enomernega kolektorkega troja (izvajanje). Najprej i poglejmo onovno enačbo Biot-Savartovega zakona za vrtilni moment: M Bl ir Kjer je r radij rotorja. Določimo i poljubno porazdelitev magnetne gotote B X pod glavnim polom na razdalji τ p, porazdelitev prikazuje lika:

125 r Predpotavimo, da je B X porazdeljena pod vemi poli enako in da menja le vojo mer od pola N do pola S. Komutatorko navitje ima a paralelnih vej in tako v vaki palici induktivnega navitja teče tok p = /a, če je celotni tok, ki teče v priključek indukta. Navor, ki deluje na eno palico je edaj M p = B l p r z. Če navore veh palic na obodu indukta eštejemo, dobimo: Voto poameznih gotot lahko nadometimo rednjo gototo, kjer vzamemo, da je Navor je edaj Enačbo za navor lahko preoblikujemo tako, da vzamemo celotni magnetni fluk za en pol: in potem dobimo za navor: z l z p p B b B r l M M )... ( p r X p z B z dx B z B B B 0 )... ( z r l B M p r p r l B r a p a z p M

126 Za komutatorko navitje, ki ima ščetke v nevtralni coni, lahko izračunamo navor tudi z magnetno napetotjo. Dobimo, da je in preoblikujemo zgornjo enačbo v: z 4 V a 4 p M Lahko upoštevamo tudi inducirano napetot v komutatorkem navitju in dobimo, da je: p Končno pridemo do enakoti med mehanko in električno močjo: E n max V p z a max E M n E meh P meh meh P el meh Pri veh zgornjih izpeljavah mo upoštevali, da o ščetke v nevtralni coni. Magnetna oziroma tatorka navitja, ki daje gototo B, je električno pravokotno na magnetno o komutatorkega navitja, ki daje vzbujanje V max. Navorni kot δ r = 90 O. 5. Reakcija indukta en. kol. troja in poledice. (44, predavanja) Ko rotorkemu komutatorkem navitju preko ščetk rotorki tok in vzbudi voje magnetno polje. To magnetno vzbujanje rotorkega bremenkega toka imenujemo reakcija indukta V r ali rotorko vzbujanje. Pod enim polom je magnetno vzbujanje gl. polov V gl talno, tako kot pod drugim ( le mer je druga). Magnetna gotota B gl je makimalna pod polom, v medpolovnem protoru pa vpada. z tega ledi, da poli nikdar ne pokrivajo celotne polove delitve p. Velja pa še nekaj: za troje brez komutacijkih polov b je 0,65 0, 75 p za troje komutacijkimi poli pa b 0,60 0,70 p

127 Ker ščetka leži na komutatorju, e tok deli v zgornjo in podnjo paralelno vejo in tem določi mer rotorkega vzbujanja. Ščetke o običajno v nevtralni coni, zato je vzbujanje reakcijkega indukta v prečni meri na imetralo gl. polov. Magnetni oi rotorkega navitja in vzbujalnega navitja glavnih polov ta pravokotni druga na drugo. Zaradi tega e med tema dvema navitjema ne pojavi medebojna indukcija kadar je reakcija indukta V r točno v nevtralni coni. Reakcija indukta vzbuja magnetno polje v iti zračni reži kot glavni poli. Amplituda reakcijkega indukta v meri z z ščetk: V rm a 4 p 8 a p S N V gl Vgl B gl Bgl p Vr p z...število rotorkih palic 4 p pod eno polovico pola (τ p /)...tok v palici ene a paralelne veje rotorkega navitja N a redini med obema ščetkam a (l=0, x=0) ni rotorke ga vzbujanj a. V poljubni točki v razdalji l po obodu rotorja pa je rotorko vzbujanj e za * l x= p

128 Reakcija indukta je potem: * l * z Vrx Vrm * Vrm * x * x za 0 x 8* a * p p Obe polji pa ta porazdeljeni vzdolž oboda rotorja. Še nekaj značilnoti: -zgube fluka -> E i,5-% -zgube P Fe o večje -Povišane napetoti med lamelami -Premaknitev nevtralne lege-> problem komutacije (do kw nio potrebni ukrepi) Primer ščetk za kolektorki motor E i =E -E /

129 6.Kako pri enomernem kolektorkem troju premik ščetk iz nevtralne lege vpliva na magnetno polje troja? d o Protorki položaj ščetk na komutatorju določa mer rotorkega magnetnega vzbujanja oziroma mer reakcije indukta. Med eboj ta + ščetka in ščetka icer vedno razmaknjeni za eno polovno delitev τ p. Če ščetke premaknemo za kot β v meri vrtenja generatorja oz. proti meri vrtenja motorja, e mer reakcije indukta V r tudi premakne za β. V rd V rd V rq V r β q o To vzbujanje lahko razdelimo na dva dela; -vzbujanje v meri nevtralne cone V rq (prečna o) -vzbujanje v meri glavnih polov V rd (vzdolžna o) Kjer ta: V gl V rq = V rd = z p 8 a p z p 8 a p Komponenta V rq učinkuje tako, kot je prej celotna reakcija indukta ščetkami v nevtralni coni. Komponenta V rd pa učinkuje v iti meri kot glavno mag. polje. Ta komponenta labi glavno vzbujanje, ker deluje njemu naprotno. Rotorko navitje navidezno razpade na dve tuljavi, ki magnetita vaka v voji oi. V d-oi magneti navidezna tuljava, ki obega ve palice znotraj kota β. V q-oi pa magneti navidezna tuljava, ki obega preotale palice znotraj kota [π/p - β]. Če bi ščetke premaknili v naprotni meri vrtenja generatorja oz. v meri vrtenja motorja bi komponenta V rd podpirala glavno vzbujanje. Vota obeh vzbujanj je prečna reakcija indukta V r = V rq + V rd. Pri generatorju zauk ščetk v meri vrtenja rotorja labi glavno polje Pri generatorju zauk ščetk proti vrtenja rotorja ojača glavno polje Pri motorju zauk ščetk v meri vrtenja rotorja ojača glavno polje Pri motorju zauk ščetk proti meri vrtenja rotorja labi glavno polje U~E i E i M k V n V in, največni moment je pri α=90

130 7. Zakaj pri enomernih kolektorkih trojih uporabljamo kompenzacijko navitje? Kompenzacijko navitje uporabimo, da e znebimo poledic reakcije indukta (kotve). To doežemo tako, da vzbujamo z dodatnim navitjem, ki je nameščeno vzdolž oboda zračne reže v polovih čevljih. Skozi kompenzacijko navitje teče bremenki tok. Tokovna obloga kompenzacijkega navitja mora biti enaka oblogi kotve, vendar v naprotni meri, zato je komp. navitje vezano v proti tiku z rotorjem. Kompenzacijko navitje ima tako število ovojev, da imamo pod polom popolno kompenzacijo.v protoru med poli določen vpliv reakcije indukta otane, aj tu ni kompenzacijkega navitja, vendar je tu vpliv manjši zaradi velike zračne reže med poli. Na ta način o koraj popolnoma odtranjeni vi vplivi reakcije indukta na glavno magnetno polje.

131 8 Problem komutacije (uporovna, napetot amoindukcije). Problem natane pri preminjanju meri toka, ki prehaja zaradi premikanja ščetk po rotorju iz ene vzporedne veje v drugo kot je na liki. Do prehoda tuljave pod ščetko teče v njej tok ene paralelne veje, po prehodu ščetke teče v tuljavi tok druge paralelne veje v vmenem čau je tuljava preko oednjih lamel in ščetk kratko zvezana (v tem čau mora tok pati na nič in zrati v naprotno mer). Včaih e zgodi da tok ne premeni mer tako natane ikra ki traja toliko čaa dokler prememba toka ni dokončna. Trenutna vrednot toka je je funkcija elementov komutacijkega tokokroga. V tem tokokrogu pa imamo nalednje omke upornoti: Upornot tuljave R t, upornot dovodnih vodnikov R V, upornot komutatorja R C (ščetke). Potek toka v čau komutacije Vpliv upornoti: Pri nariani meri vrtenja bo tok v lameli upadel in tok v lameli naraščal, tok i v komutirajoči zanki bo zato tekel v nariani meri in bo upadel. Napetot amoindukcije e L bo kušal ohranjevati tok i, komutacijka napetot e K pa naprotuje napetoti latne indukcije e L. Na kontaktu ščetk z lamelami in e pojavita dve različne napetoti in, zato lahko po Kirchoffovem zakonu napišemo napetotno enačbo. Če je gotota toka na drnem kontaktu povot enaka lahko zanemmarimo, v tem primeru mora bit popolnoma enak. Potek ščetke iz lamele v lamelo : Tako dobimo nalednjo erijo enačb:

132 Napetotna amoindukcija: V komutirajoči tuljavi e mora v čau T K premeniti tok od + p do p. Tuljava ima latno induktivnot zaradi trenega magnetnega polja Ф v utoru in okrog glav navitja. Lahko pa ležijo v item utoru še tranice drugih tuljav, ki o treenimi fluki med eboj induktivno povezani. Ve te različne induktivnoti komutirajočih tuljav bomo poenotavili v eno amo latno induktivnot L zaradi trenega fluka Ф. Pri preminjanju toka i e v komutirajoči tuljavi z N ovoji inducira napetot, ki naprotuje vakršni premembi toka i v komutirajoči tuljavi. Čaovni diagram toka i kaže vpliv napetoti e L, ki združuje preminjanje od p. Tako natane premenjena komutacija ki e nadaljuje še potem, ko je doba komutacije minila in e je zato vžgal lok, da ej je lahko komutacija končala. Ta lok pa predtavlja za tok i veliko upornot zato dobimo hitrejšo premembo toka do p.

133 9. Vloga pomožnih polov pri enomernih kolektorkih trojih. Dimenzioniranje. Neprijetno in škodljivo zakanitev komutacije zaradi napetoti latne indukcije el kompenziramo dane koraj izključno komutacijkimi (pomožnimi) poli. Te pole nametimo v nevtralno cono troja. Tam vzbujajo komutacijko polje ΦK, v katerem e giblje komutirajoča tuljava. V otalem protoru, kjer tuljave ne komutirajo, komutacijko polje ni potrebno, zato o komutacijki poli ozki in dani širino ščetke, kot na liki Večinoma imamo v vaki nevtralni coni en komutacijki pol. Samo zelo majhni troji imajo včaih en am komutacijki pol na polov par (na dve nevtralni coni). Tako e v komutirajoči tuljavi inducira gibalna napetot ek, ki mora prevladati nad napetotjo latne indukcije el. Napetot latne indukcije el lahko ocenimo, če vzamemo enakomerno preminjanje toka i od +p do p in njegovega treenega fluka od +Φ do Φ v dobi komutacije TK. S S el N N t T K Streeni magnetni fluk Φ dobimo iz relacije S bal, kjer je: - ξ Hobartov koeficient induktivnoti in znaša pri običajno grajenih trojih V Am - z A tokovna obloga rotorja A a p A m - b širina utora in zoba na rotorju - l dolžina tranice tuljave v železnem paketu rotorja b Doba komutacije pa je T K, kjer je v obodna hitrot rotorja. v v z zgornjih enačb dobimo edaj napetot latne indukcije e L NbAl NlAv. b Napetot latne indukcije je odvina od rotorkega toka, ki določa tokovno oblogo A in od hitroti rotorja v. Samo ti dve veličini e preminjata pri delovanju troja. Vi otali faktorji enačbe o kontrukcijki podatki in o kontantni za določen izgotovljen troj. Kompenzacijka gibalna napetot ek bo pri vrtenju v komutacijkem polju ΦK gotote BK dveh komutacijkih polov e NlB v. K K p

134 Če naj gibalna napetot ek popolnoma kompenzira napetot latne indukcije el, potem mora veljati el ek N lav NlB Kv. z tega dobimo znano Pichelmayerjevo formulo z BK A. 4ap p Magnetna gotota BK komutacijkega polja pod pomožnimi poli e mora preminjati kladno z rotorkim tokom, kar kaže Pichelmayerjeva formula. To kladnot zagotovimo tako, da vežemo vzbujalno navitje pomožnih polov v erijo z rotorjem oz. ščetkami. Tako vzbuja komutacijko polje iti tok, kot povzroča napetot latne indukcije. Polaritete moramo urediti tako, da BK oz. ek popešuje komutacijo. BK mora biti umerjena proti meri reakcije indukta Vrm, ki deluje ravno tako z makimalno vrednotjo v nevtralni coni, kar vidimo na liki in na vezju like. reže K B K 0 Za vzbujanje gotote BK potrebujemo magnetno napetot V, če poenotavljeno vzamemo vo magnetno upornot zbrano v zračni reži reže pod pomožnim polom. Na pomožnih polih potrebujemo tako vzbujanje pri troju brez kompenzacijkega navitja V V V N in pri troju kompenzacijkim navitjem V pp pp K K r m r m pp V ( V V ) N, ker kompenzacijko navitjo vojim vzbujanjem Vkomp že komp pp amo vzbuja proti reakciji indukta Vrm. Tako dimenzioniramo tudi število ovojev Npp na pomožnem polu. 0. KAKO NASTANE ENOSMERN STROJ GENERATOR AL MOTOR (mer momenta, toka, velikot inducirane napetoti glede na pritinjeno) Magnetno polje inducira napetot v navitju kotve pri vrtecem e rotorju. Tako dobimo dva elektricna kroga povezana z enim magnetnim flukom.

135 Slika: Elementi enomernega troja Vzbujalno navitje vzbudi magnetni fluk, ki e raprotira po polih(n,s), polovimi čevlji (pč), po jarmu (J), železu kotve (A) in v zračni reži med kotvo rotorja in polovimi čevlji. Na kotvi imamo le dva diametralno naprotna utora v katerih ležita tranici tuljave kotve. zvoda tuljave ta pojena komutatorjem (K). Na komutatroju ležita ščetki (Š), ki ta pojeni ponkama (+) in (-). Ščetki ležita v nevtralni coni (NC). Komutator je mehanko pritrjen na rotor in e vrti kupaj z njim, medtem ko o ščetke pritrjene na tator in o nepremične. Pri vrtenju rotorja ščetki drita po komutatorju. Slika: inducirana napetot in porazdelitev magnetnega polja v zračni reži Na liki je vidna porazdelitev magnetnega polja v zračni reži. Krožnica na kateri opazujemo magnetno polje je razvita v ravnino. Rezultat je mirujoče polje. Pri tem opazimo da je pod poli gotota B kontantna. V protoru med poli pa njena vrednot pada zaradi povečane magnetne upornoti (povečana zračna reža).v primeru da rotor vrtimo v meri puščice e v eni tranici tuljave če ima eno palico inducira napetot v B l. e p

136 Opazovanje razširimo na celo tuljavo, ki e vrti konctantno obodno hitrotjo. Celotna inducirana napetot v tuljavi je geometrijka vota inducirane napetoti poamezne palice. Gledano trani rotorja je ta napetot izmenična. Celotna inducirana napetot je tako z z Ei l v Br ; - število palic na en pol a a n v p p 60 B l E r i p n l p p l 60 Končna oblika: p E i z a k n E Če gledamo na pojav trani ščetk točka opazovanja toji, lamela komutatorja pa e vrti z rotorjem. Ščetka (+-ponka) dri po deni lameli in nema tanje pod N polom. Ko pride tuljava v nevtralno cono e opazovana lamela odmika in pod ščetko pride druga lamela. Na ščetki (+ ponka) dobimo torej talno napetot enake meri. Enako velja za negativnoponko(- ). Slika: čaovna lika inducirane napetoti v tuljavi Slika: napetot na ščetkah tuljavi, ki odgovarja protorki liki. Na liki je prikazana čaovna lika inducirane napetoti v

137 Na liki je prikazana napetot na ščetkah, ki je enake meri vendar pulzirajoče oblike. Komutator je torej mehanični umernik, ki pretvarja izmenično napetotni tok v enomerno obliko. Doedaj opian način dela velja za generatorko obratovanje E 0. Za motorko obratovanje pritinemo na ščetke enomerno napetot E i U. V tuljavi kotve dobimo tok naprotne meri. Ker je edaj vodnik v polju gotote B in teče v njemu tok e pojavi ila F, ki pokuša vodnik izriniti polja. i Slika: Pojav ile in magnetno polje v motorju Slika: Vrtilni moment in Magnetno polje v motorju Za velikot ile na toku vodnik velja F B l. Ker ima tuljava dve tranici dobimo par il ki utvarita vrtilni moment. Rotor e bo vrtel levo. Vrtilni moment pade na 0, ko prideta palici v

138 evtralno cono. V primeru da vztrajnot zavrti rotor preko nevtralne cone, prideta palici magnetno polje naprotne meri, toda ker e itočano premeni mer toka, obodna ila drži mer, prav tako tudi vrtilni moment. V onovi ni razlike v načinu gradnje enom. motorja in generatorja. Tako lahko vak motor dela kot generator in obratno. Zaradi tega e tudi v generatorju pojavi ila in vrtilni moment, zpeljava za moment: F B l M F r D p p M p B p J v l ; D ; J i M Br l z a J p i p M l z a M pz a p J i J v J i a Končna oblika: M k m J v k m je kontanta motorja! ta pa naprotuje vrtilnemu momenu pogonkega troja in je vedno majnši od njega. Tudi napetot na ponkah generatorja je manjša od inducirane napetoti zaradi padca napetoti na rotorju. Obratno je pri motorjukjer e pojaviniducirana napetot, ki je manjša od pritinjene. Za motorko obratovanje velja v bitvu enaka fizikalna lika kot zta generatorko obratovnje. Predpotavimo da imamo nameto dveh utorov štiri, torej dve tuljavi, potavljeni pod pravim kotom. Slupna napetot je še vedno pulzirajoča vendar je pulzaija manjša. Z dodatnim povečanjem števila utorov oz tuljav bo utrezno zmanjšana valovitot enomerne napetoti. Slika: kupna inducirana napetot dveh tuljav

139 .Vezave enomerni trojev. Karakteritika praznega teka in obremenilna karakteritika.(tr 6, predavanja)

140 Pri enomernih komutatorkih trojih imamo vaj dva električna tokokroga vojimi navitji:.) tokokrog vključuje vzbujalna navitja, katerimi vzbujamo glavno magnetno polje in o nameščena na glavnih tatorkih polih troja..) tokokrog vključuje rotorko (induktivno) navitje komutatorjem in ščetkami ter morebitno kompenzacijko navitje in navitje komutatorkih polov. Tokokrog.) in.) lahko edaj zvežemo kupaj na različne načine in pri tem dobimo različne obratovalne latnoti. Različno vezana navitja o označena tandardnimi črkami (npr C- D=vzporedna vezava). V rotorkem tokokrogu o vedno: -komutatorko navitje -kompenzacijko navitje -pomutacijko navitje pomožnih polov, vezana v erijo. Sedaj i oglejmo, kaj pomenijo črke na gornji liki: A-B..rotorko navitje C-D paralelno (vzporedno) vzbujanje E-F erijko (zaporedno) vzbujanje -K.tuje vzbujanje G-H..komutacijko (dodamo lahko tudi kompenzacijkega) navitje Lahko e zgodi, da imamo več itovrtnih vzbujalnih navitij. Takrat črkam dodamo številke indeke (npr. C -D, E -F ). Označevanje ponk je pri vrtenju rotorja v deno mer takšno, a je ponka prvo črko po abecendme redu pozitivna, ponka z drugo črko pa negativna. Pri tem pa e morajo vzbujanja poameznih vzbujalnih navitij glavnih polov podpirati. Za vrtenje rotorja v levo tran velja obratno enako... KARAKTERSTNA PRAZNEGA TEKA: Je onovna karakteritika enomernega troja. Podaja

141 odvinot od inducirane napetoti E na odprtih ponkah (A-B) komutatorkega navitja rotorja v odvinoti od vzbujanja glavnih polov V v oz tatorkega vzbujalnega toka v. Pogoj pa je, da je hitrot vrtenja rotorja n talna in kontantna. nducirana napetot znaša: Ei ke n in je proporcionalna mag. fluku Ф. Magnetni fluk pa je odvien od od mag. vzbujanja V v in od magnetne upornoti poti fluka. Mag. upornot e preminja v kladu krivuljo magnetenja železa. Glavni značilnoti ta: a) vpliv naičenja, ki krivi karakteritiko PRAZNEGA TEKA, b) remanenca, ki daje neko malo remanentno napetot brez vzbujanja (V v =0). Sprememba je pri kontantrnem vzbujanju in tem fluku: E n E n E E k.p.t E nn n (= 0) n n n nn E V v ( v ) VV( V).. OBREMENLNA KARAKTERSTKA: Rotorki tokokrog obremenimo z rotorkim tokom. Tok g predtavlja bremeki tok, tok m pa je motorki bremenki tok Bremenki tok pri tem povzroči dve premembi:

142 .) Padec napetoti na uporih R r veh navitij rotorkega tokokroga, ta padec je g R r = m R r,.) zmanjšanje magnetnega fluka Ф za ΔФ zaradi lokalnega naičenja mag. pola, ki ga povzroči reakcija indukta g oz. m. Zato e zmanjša tudi inducirana napetot E za ΔE= k. Na ponkah generatorja e pojavi napetot U E R E, ki je zaradi.) in.) padca manjša od inducirane E PT. Na ponkah motorja pa e pojavi napetot U m, ki je za m *R r večja od inducirane napetoti E PT. nducirana napetot pri obremenjenem motorju je za ΔE manjša kot pri motorju v protem teku, ker reakcijki indukt vedno povzroči delno naičenje in tem zmanjšuje magnetni fluk za ΔФ. Ta napetot je: U E R E g PT m g r PT m r Obremenilna karakteritika kaže odvinot napetoti na rotorkih ponkah U od vzbujanja V v ( v ), pri kontantni hitroti vrtenja rotorja. Na grafu.b) je zanimiva podnja krivulja. To je poledica tega, ker je generator pogoto obremenjen kontantnim bremenkim uporom R b. E E m= kont. m = kont. = 0 = 0 E MOTOR k.p.t GENERATOR g= kont. g = kont. VV( V) V v ( v ) k.p.t g + R r + ΔE = 0 g= U/Rb VV( V) graf.a) Karakteritika za kontanten rotorki tok n=kont graf.b)karakterikita kontantnim bremenkim uporom n=kont

143 . ENOSMERN GENERATOR S TUJM VZBUJANJEM (VEZALNA SHEMA, ZUNAJA KARAKTERSTKA, LASTNOST) Slika: hema enomernega generatorja tujim vzbjanjem Na liki je vezje troja tujim vzbujanjem, ki deluje kot generator. Njegova napetot na ponkah bo po enačbiu E E R. Dejanka inducirana napetot E bo pt g r E E E k pz pt. Koeficient magnetnega fluka k je pri a enomernem troju premenljiv in odvien po karakteritiki praznega teka, od vzbujalnega toka v. Odvien pa je tudi od bremenkega toka, ker njegova reakcija zmanjšuje magnetni fluku za 6

144 pz nducirana napetot oziroma koeficient magnetnega polja k bo zato pri a obremenjenem generatorju padala po črtkani krivulji v odvinoti od rotorkega toka na podnji liki Slika: Diagram induciranih napetoti Ko odštejemo še padec napetoti R, dobimo napetot na ponkah U kot funkcijo g r rotorkega toka. Ta karakteritika ni linearna, ker e vpliv reakcije indukta preminja kvadratom rotorkega toka po enačbi k in e zato eveda enako preminja tudi n E in temu analogno inducirana napetot oziroma koeficient magnetnega polja k. Padec g Rr eveda linearno narašča z rotorkim tokom g. U f tuje vzbujanega generatorja dobimo, če premenimo hitrot g Drugo karakteritiko vrtenja n ali če premenimo vzbujalni tok v in tem po karakteritiki praznega teka k. Zmanjšanje v zmanjša k in obratno. Tako dobimo drugo karakteritiko v diagramu.

145 Slika: Shema tuje vzbujenega motorja Vezje tuje vzbujenega motorja vidimo na liki zgoraj. Pri kontantni napetoti napajalnega E U m Rr omrežja U e bo motor vrtel hitrotjo, ki je določena z enačbo. k k Včaih e zgodi, da vpliv reakcije indukta tako močno zmanjšuje k, da je to močneje od vpliva Rr. Tak primer natane pogoto pri večjih obremenitvah, ker e zmanjšuje k po enačbi k kvadratom, padec Rr pa amo linearno z m, in tako k prevlada n nad Rr. V tem primeru e z naraščajočim bremenom in naraščajočim tokom hitrot vrtenja veča in delovanje potane netabilno. To kaže karakteritika v diagramu druge like zgoraj. Pri tem motorju moramo paziti, da nikdar ne prekinemo vzbujenega tokogroga. Vzbujalni tok bi padel na vrednot nič, magnetni fluk eveda tudi in ravno tako bi potal k 0. v Hitrot vrtenja bi teoretično potala nekončno velika. Motor uide in e pri pri poviševanju hitroti zaradi centrifugalnih il razleti. Navor, ki ga razvije tuje vzbujani motor ledi enačbi M k. Navor bo tako orazmeren toku, dokler je k kontanten. Pod uplivom rekcijee indukta pa e k zmanjšuje zaradi naraščanja. Zato bo tudi navor ratel nekoliko počaneje, kar e lepo vidi v diagramu na liki zgoraj. Pogoto na zanima kako e preminja navor M preminjanjem hitroti vrtenja pri kontantni napetotina ponkah U in pri kontantnem toku v. To razmerje pa podaja enačba k U k M R r R r

146 Tako dobljena enačba je karakteritika navora M v odvinoti od hitroti vrtenja. Predtavlja linerarno odvinot, ker o razen vi drugi podatki kontantni. Vidimo jo na liki podaj. Slika: karakteritika navora M v odvinoti od hitroti vrtenja Pri hitrotih, ki o večje kot v praznem teku 0 razvija motor negativen navor. To je torej generatorki navor in motor deluje edaj kot generator. Tudi mer toka e je obrnika ( je negativna) pri itih mereh vrtenja, polja in napetoti. Če zavrtimo motor v naprotno mer, motor povečuje navor in deluje kot protitečna zavora. E U m Rr Enačba nam kaže tudi možnot za preminjanje hitroti vrtenja. k k mamo tri možnoti:. Spremenimo napetot U na rotorkih priključkih S tem e karakteritika na liki paralelno premakne.. Spremenimo vzbujalni tok v in tem po karakteritiki praznega teka premeni magnetni fluk oziroma koeficient k. Karakteritika na liki 5.3 e zopet premakne pararelno ama ebi. Vendar e edaj pri zmanjšanju v k,premakne k višjim hitrotim vrtenja. Pri povečanju v pa e paralelno premakne k nižjim hitrotim. 3. Povečujemo upor rotorkega tokogroga R r z vključevanjem zunanjih dodatnih Rr uporov. S tem poegom povečujemo padec. karakteritika na liki ve bolj trmo pada. k

147 Spremembo napetoti U memo uporabiti amo od U n navzdol. Sicer pravimo v nevarnot komutator, ki je občutljiv na preboje. Pri počanem vrtenju moramo paziti na hlajenje rotorja. Moč troja e bo v tem režimu zmanjševala proporcionalno napetoti U, P n U oziroma hitroti vrtenja, P M n. Vzbujalnega toka nima mila povečevati, ker doeže običajno troj pri nazivnem vn koleno magnetilne karakteritike. Pri večjih vzbujalnih tokih zaide v naičenje in e ter k ne večata več. Smielno je torej amo zmanjšanje od v navzdol. Običajni troji dovoljujejo obratovanje še z 0,7, poebej v ta namen grajeni troji pa dovoljujejo obratovanje še z v 0,33 v. Pri nazivni napetoti U n zvišamo na ta način hitrot vrtenja do,43 nn oziroma do 3 n n. Ker memo rotor obremeniti največ z nazivnim tokom n, bo moč troja v tem področju kontantna, P n U M n. S povečanjem hitroti vrtenja e mora obratno proporcionalno zmanjšati navor M, enako kot zmanjšujemo magnetni fluk. Povečevanje upora v rotorkem tokokrogu povečuje izgube in zmanjšuje izkoritek. To vidimo po enačbi k M P U R Električna moč, ki priteka v rotorki tokogrog jeu moč, del n R r n meh n n n n n r P. Del e pretvori v mehanko pa v joulke izgube. Vidimo torej, da mo za iti delež, kolikor mo zmanjševali hitrot vrtenja povečanjem R r, povečali toplotne izgube v item povečanem uporu R. Ta način je potraten in ga uporabljamo večinoma amo pri zagonih motorjev. r e ln 3 Enomerni generator paralelnim vzbujanjem (vezalna hema, amovzbujanje, zunanja karakteritika, latnoti). Generator paralelnim vzbujanjem e lahko z vrtenjem rotorja am vzbudi in icer dvigne napetot na rotorkih ponkah, zato mu pravimo amovzbudni generator. Vezalna hema: Proce amovzbujanja je nalednji: Na začetku vzemimo, da je generator v praznem teku da je torej inducirana napetot. Na ščetkah e pojavi kot jo določa karakteritika praznega teka. ta napetot E, ki e inducira v rotorkem navitju, požene tudi vzbujalni tok, ta tok je enak, kjer je upornot celotnega tokokroga, torej je vota regulirnega upora in upornot navitja

148 komutatorjem in ščetkam, to uporovno karakteritiko vzbujalnega tokokroga rišemo kot premico pod kotom. Za poljubni vzbujalni tok dobimo napetot in padec napetoti na vzbujalnem tokokrogu dviguje vzbujalni tok.. Razlika napetoti To dviganje je počano aj e mu upira induktivnot paralelnega vzbujalnega navitja. Vzbujalni tok in z njim inducirana napetot e dvigujeta dokler obtaja pozitivna diferenca, to vzdigovanje e utavi ko izgine. Preežek inducirane napetoti mora imeti troj na začetku ko še ni vzbujalnega toka, ta preežek zagotovi napetot remanentnega magnetizma. V primeru da generator nima remanentne napetoti moramo na ponke E in E doveti napetot tujega vira da teče tok. Torej troj e vzbudi do preečišča uporovne karakteritike z obremenilno karakteritiko za. Čim bol povečujemo bremenki tok nižje o utrezne obremenilne karakteritike. Še nižje pa leži preečišče z uporovno premico. Tako lahko doežemo največji ali kritični bremenki tok, če ta tok še malo povečamo e vzbujalni tok eede v popoln kratek tik.

149 4. Kompaundni generator (vezalna hema, zunanja karakteritika, problemi paralelnega dela). Na glavne pole nametimo več vzbujalnih navitij, ki o tuje, paralelno ali erijko vezana. To o troji z mešanim ali kompaundnim vzbujanjem. To pomeni, da onovnemu tujemu ali paralelnemu vzbujanju dodamo še erijko navitje kot kompaundno navitje, ki podpira onovno vzbujanje Pri obremenitvi tokom g podpira erijko vzbujanje navitja E-F paralelno vzbujanje C-D in karakteritika napetoti e dvigne. Doežemo lahko tak dvig, da je pri nazivnem bremenu g = n ita napetot U g =U n (ita zadeva e je pojavila pri KARAKTERSTK PRAZNEGA TEKA-> izravnano kompaundiranje). Pri še več ovojih erijkega navitja e karakteritika dvigne še močneje in napetot na ponkah je ve ča večja od napetoti v praznem teku ( podobno kot pri KARAKTERSTK PRAZNEGA TEKA (nadkompaundiranje)). Če pa zamenjamo priključka E-F, bo erijko navitje naprotovalo nadkompaundiranje E 0 =U n podkompaundiranje izravnano nadkompaundiranje n,* n i

150 paralelenemu in karakteritika e bo hitro zniževala (protikompaundiranje). zravnano nadkompaundiranje: Z dodatnim vzbujanjem izničimo notranje padce napetoti Nadkompaundiranje: zničimo zunanje padce napetoti pri bremenu (navitje E-F je premočno) Podkompaundiranje: Le malo dodamo k tujemu vzbujanju (ponki E-F obrnemo) 4. Paralelna vezava dveh kompaundnih generatorjev (predavanja):

151 U E 0 =U n Ta vezava ima zelo netabilno karakteritiko. Problem rešimo tako, da dodamo dodati debel izenačevalni vod, zaradi čear velja: =. 4. Križna vezava kompaundnih generatorjev (predavanja): i + = br 5. ZAKAJ JE ENOSMERN GENERATOR S SERJSKM VZBUJANJEM NEUPORABEN? ZUNANJA KARAKTERSTKA N DSKUSJA Če je troj malo obremenjen ali ploh ni obremenjen, e icer vzbudi am, vendar je vzbujanje zelo odvino od bremena. Pri večjih bremenkih tokovih troj izgubi možnot amovzbujanja, deluje zelo netabilno. Uporabljamo ga le pri tabilnih bremenih.

152 6. ENOSMERN MOTOR S TUJM (VZPOREDNM) VZBUJANJEM (VEZALNA SHEMA, ZUNANJA KARAKTERSTKA N LASTNOST) a) Delovanje enomernega motorja tujim vzbujanjem je enako kot delovanje enomernega generatorja paralelnim vzbujanjem. b) Zunanja karakteritika n = f(m) in M = f() m i e i i e R e i i e i e i k M k R k U n k R U k E n n k E i ) ( ) ( šč e m i U k M k R U n

153 Pri velikih tokih potane karakteritika netabilna zaradi Ri c) Latnoti Do normalno velikih tokov opažamo zelo trdno karakteritiko. Če vzbujanje prekinemo, motor»znori«in ga raznee. Vrtljaje lahko reguliramo z napetotjo. Vendar je to mogoče le navzdol, aj ne memo prekoračiti U n.

154 7. Enomerni motor erijkim vzbujanjem (vezalna hema, zunanja karakteritika, latnoti). Slika 7: Vezalna hema enomernega motorja erijkim vzbujanjem Rotorki tok m je tudi vzbujalni tok v glavnega polja. n = v. K K v m K je podan z dejankim magnetnim flukom, ki ga vzbuja motorki tok m. Proporcionalnotni koeficient K v ni kontanten, temveč e preminja kot zahteva karakteritika praznega teka in zmanjšanje fluka zaradi reakcije indukta. n E K U mrr K K U mr K v m r n M M n brez naičenja naičenje M brez naičenja naičenje preminjanje navora v odvinoti od hitroti vrtenja m ω Slika 8: Karakteritika motorja erijkim vzbujanjem V diagramu n ( m ) je kareakteritika hiperbola, če upoštevamo da je U = Kont. in K v = Kont. V naičenju e magnetenje zelo malo preminja, zato preide v premico.

155 Navor je: M K m Kvm. Spreminja e kvadratom toka m, zato ima obliko parabole. Ta parabola v naičenju preide v premico tuje vzbujenega troja, kjer je zopet v naičenju kontantno polje in zato je K Kvm kont. Hitrot vrtenja in navor preminjamo tako, da mu preminjamo priključno napetot U, dodajamo rotorke upore ( R r + R dod ) ali pa z zmanjšamo vzbujanje. Pri razbremenitvi troj lahko pobegne. 8. Kompaundni motor (vezalna hema, zunanja karakteritika brez enačb za vrtjaje, vpliv vzporednega oz. erijkega navitja). n Tuje vzbujan motor kompaud. motor Serijki vzbujan motor z majhnim tujim vzbujanjem m Slika 9: Karakteritika kompaundnega motorja Slika 0: Vezalna hema kompaundnega motorja Enomernemu troju e pogoto nameti na glavne pole več vzbujevalnih navitij, ki o tuje, erijke ali vzporedne vezave. Na ta način dobimo karakteritiko, ki e čim bolj prilagaja zahtevam obratovanja. Pri motorju e vzbujanji podpirata, aj v naprotnem primeru bi bil troj netabilen. Serijko navitje karakteritiko bolj nagne in tak motor mehkeje prejema

156 unke obremenitve. Motor na liki ima mehko karakteritiko podobno erijkemu, vendar pri razbremenitvi ne uide, ker mu navitje C D okrbi onovno magnetno polje. Hitrot vrtenja v protem teku bo omejena z vzbujanjem C D. 9. Kako zaganjamo enomerne motorje (kratkotični tok, problem pobega)? Zagon enomernega motorja je problematičen, ker je ob priklopu kratek tik U KR. R i U Z, n ; R R i z Ob priklopu tikala teče velik tok, ker je upor Ri zelo majhen. Pri majhnih trojih nimamo teh problemov, ker imajo majhen vztrajnotni moment in e takoj zavrtijo e ne upirajo. Pri velikih trojih, pa o zagonki momenti veliko, zato dodamo zagonke upore Rz, da»mehkeje«prejme unke obremenitve. Ti upori predtavljajo velike izgube, zato jih čimprej, ko troj lepo teče, izklopimo. Upornot preklapljamo iz največje proti najmanjši za iri in troj popešujemo do končne hitroti. Motor vedno zaženemo polnim vzbujanjem, ker je takrat pretok največji in o vrtljaji najmanjši. Tako troj lepo teče in preprečimo problem pobega.

157 0. Regulacija hitroti vrtenja pri enomenrem motorju tujim (paralelnim) vzbujanjem Karakteritika tuje vzbujanega motorja: Pri kontantni napetoti napajalnega omrežja U e bo motor vrtel hitrotjo, ki je določena z enačbo ω=e/k Φ. Če upoštevamo enačbo napetotnega ravnotežja in zmanješevanje inducirane napetoti ter enačbo za k Φ, dobimo hitrot vrtenja: k R k U k R U a z p E k E n r m r m ) / ( U/k Ф ω navor netabilno

158 mamo 3 možnoti za preminjanje hitroti:.spremenimo napetot U na rotorkih priključkih. S tem e karakteritika na liki paralelno premakne. Pri nižanj k manjšim in pri višanju k večjim hitrotim. Spremembo napetoti U memo uporabiti amo od U n navzdol, drugače lahko pride do preboja na komutatorju. Običajno jo memo znižati do nič oz. do 0,0 U n. Pri počanem vrtenju moramo paziti na hlajenje rotorja, ker e manjša učinkovitot ventilatorjev, v pa otaja kontanten. Stroj bo pri nazivnem rotorkem toku n razvijal nazivni moment M n, po troju pa bo tekel fluk Ф n. Moč troja e bo zmanjševala proporcionalno napetoti U (P= n U), oziroma hitroti vrtenja ω (P=M n ω).. Spremenimo vzbujalni tok v, čimer premenimo magnetni fluk oziroma koeficient k Ф. Karakteritika e zopet pomakne paralelno ama ebi. Vendar e edaj pri zmanjšanju v, fluk in koeficient k Φ pomakne k višjim hitortim Vzbujalnega toka nima mila povečevati, ker doeže običajno troj pri nazivnem vn koleno magnetilne karakteritike. Smielno je torej amo zmanjševanje od vn navzdol. Stroji običajno dovoljujejo obratovanje z 0,7~0,33 vn. Moč troja bo P= n U n =M ω. S povečanjem hitroti vrtenja ω e obratno orazmerno zmajša navor M, enako kot e zmanjša fluk. 3. Povečamo upor rotorkega tokokroga R r z vključevanjem zunanjih dodatnih uporov. m Rr S tem povečujemo padec in karakteritika bolj trmo pada k Poleg tega pa predtavlja to velike izgube in zmanjšuje izkoritek. Moč je: P meh U n n n Rr Pel, n P joulka Tak način zmanjšanja hitroti uporabimo redko. Samo pri omejevanju tokovnega unka in za zagotavljanje mehkega teka.

159 . REGULACJA HTROST VRTENJA PR ENOSMERNEM MOTORJU S SERJSKM VZBUJANJEM Slika: Shema enomernega motorja tujim vzbujanjem Hitrot vrtenja in navor lahko erijkemu motorju preminjamo tako, da mu preminjamo priključeno napetot U, vključujemo rotorke upore R R ali pa da zmanjšujemo vzbujanje oziroma koefivient vzbujanja k v. Ve te možnoti dajejo enačbe U m Rr U Rr n k k k v m m v m v M k m kv kv U M k v Rv Z zniževanjem napetoti U e hitrot vrtenja orazmerno zmanjšuje pri item toku m in item navoru M. To vidimo na likah podaj, ki kažeta že karakteritike pri premenjeni napetoti. Vzbujanje oziroma koeficient vzbujanja k v zmanjšamo tem, da del rotorkega toka m peljemo preko hunt upora mimo vzbujalnega navitja. To je črtkano vriano na liki. Vzbujalni tok v in z njim koeficient vzbujanja e pri vključenem huntu z upornotjo R R h h Rhzmanjša za v m oz. kvh kv. Na ta način dvignemo Rv Rh Rv Rh karakteritiko hitroti vrtenj, kot vidimo na likah, ter po enačbah U m Rr U Rr n k k k M k R v k v U v v m v m v r dod

160 . Unipolarni enomerni troj. Shema unipolarnega enomernega troja. Ta troj nima kolektorja. Vzbujalni tok e pretaka po navitjih, ki ta koncentrična z ojo, ter povzroča magnetni fluk, ki vedno prehaja v meri rotorja. Fluk e zaključuje kozi o troja, ter ohišje, ki obdaja navitje. V takšni magnetni zanki rotor obdaja le en magnetni pol (unipolarni troj). Ker tak troj vzbujamo z enomernim tokom, je tudi fluk enomeren in zaradi vpliva rež zelo majhen. M E k k n i Tak troj moramo tako vzbujati z izredno velikimi toki (tudi do A) in vrteti z velikimi obrati, da dobimo majhne napetoti na ponkah ( 6V ).