TRANSFORMATORI I ASINHRONE MAŠINE napon transformacije : nema kretanja provodnika u magnetnom polju 0 e E M S = dφ d( B S) db ds db = = ( S + B) = S dt dt dt dt dt za mrežni napon U = U eff 2 sinωt napon transformacije glasi: U = 4,44 f N B S gde je f-frekvencija, N-broj namotaja, preseka feromagnetnog materijala B - magnetna indukcija, S - površina poprečnog napon rotacije: provodnik se kreće u manetnom polju B v l dužina provodnika v brzina kretanja provodnika B magnetna indukcija l e E M S = 0 dφ d( B S) db ds ds l v dt = = ( S + B) = B = B = B l v dt dt dt dt dt dt kod rotacionih mašina kretanje nije pravolinijsko nego kružno pa napon rotacije glasi: gde je U=K Φ ω K - konstanta mašine, Φ fluks u mašini, ω ugaona brzina rotirajućeg dela
Uloga transformatora Prilikom prenosa električne energije putem provodnika, na velike daljine, treba rešiti tehničke probleme i izgraditi sisteme za prenos sa što manje ulaganja. Ako se radi o prenosu naizmenične električne energije taj prenos omogućavaju transformatori. Sa tehničke strane problem se rešava podizanjem napona putem transformatora, pri čemu se smanjuje struja I, pa samim tim i toplotni gubici P g. 2 l P g = R I pri šemu je otpor provodnika R = ρ S Sa ekonomskog aspekta mala struja pri prenosu električne energije omogućava male poprečne preseke provodnika S, a samim tim i uštedu u provodnom materijalu. Svaka elektrana poseduje transformator pomoću koga se napon generatora podiže na 110, 220 ili 400kV u zavisnosti od dužine prenosne linije. Kod krajnjih potrošača napon se postepeno spušta, takođe sa transformatorima, na nominalne naponske nivoe od 35, 20, 10 i 0,4kV. Princip rada transformatora Transformator je uređaj bez pomičnih delova koji ima primarni i sekundarni namotaj. Napon primarnog namotaja se transformiše u sekundaru u napon veće, jednake ili manje vrednosti u odnosu na primarni napon. Pri tom se istovremeno transformiše i struja. Frekvencija napona, odnosno struje ostaje nepromenjena. Princip rada transformatora se zasniva na električnim i magnetnim pojavama. Struja koja protiče kroz provodnik stvara oko sebe magnetno polje odnosno idukciju. U jezgru transformatora se stvara magnetni fluks Φ. Samo magnetni fluks promenljiv u vremenu će indukovati elektromotornu silu EMS u sekundarnom provodniku transformatora. Priključenjem potrošača na sekundarni namotaj transformatora proteći će struja sekundara koji će stvoriti pad napona na potrošaću u 2, a koji je po intenzitetu jednak sa indukovanom elektromotornom silom a suprotnog znaka. Φ = B( t) S S i 1 i 2 u 1 (t) N 1 N 2 u 2 Osnovni izrazi za strujno kolo transformatora: p 1 p 2 => u 1 i 1 u 2 i 2 u 1 : u 2 = N 1 : N 2 i 1 : i 2 = N 2 : N 1 n = N 1 : N 2
Osnovni delovi transformatora feromagnetno jezgro: paket limova (transformatorski lim), međusobno izolovan, debljine 0,2 do 0,5 mm. primarni namot, sekundarni namot: lakom izolovani bakarni provodnici, monofazni ili trofazni namotaji, presek bakarnih provodnika u zavisnosti od struja. primarni i sekundarni priključci: kleme ili visokonaponski izolatori. Gubici u transformatoru magnetni gubici: javljaju se u feromagnetnom jezgru transformatora i obuhvataju histerezisne gubitke (proporcionalni sa površinom histerezisne petlje), radi smanjenja ovih gubitaka koriste se magnetno meki materijali koji imaju usku hist. petlju i gubitke usled vrtložnih struja (javljaju se zbog postojanja indukovane EMS u provodnom materijalu jezgra), radi smanjenja ovih gubitaka feromagnetni materijal se lamelira i dodaje se silicijum 4%, Pošto su magnetni gubici srazmerni i sa frekvencijom, pri višim učestanostima se koriste specijalna jezgra, takozvani feriti. džulovi gubici: javljaju se u bakarnim provodnicima primara i sekundara, a posledica su proticanja struje kroz provodnik koji ima neku otpornost. Podela transformatora - transformatori za napajanje električnih uređaja male snage reda do nekoliko 100W, spuštaju mrežni napon od 0,4kV učestanosti 50Hz, pretežno monofazni, EI, UI i torusna jezgra - impulsni transformatori malih snaga, feritno jezgro, u elektronici za napajanje, paljenje tiristora sa radnom frekvencijom reda nekoliko 10 khz, bobina kao visokonaponski transformator za svećice u vozilima. - zaštitni transformatori za zaštitu od direktnog i indirektnog dodira, sekundarni napon manji od 50V, propisima regulisano gde se postavljaju. - merni transformatori Naponski i strujni merni transformatori, koriste se u trafo stanicama, industriji za merenje i nadzor velikih struja i napona. - distributivni trasformatori u transformatorskim stanicama za napajanje gradova, delova naselja, fabrika. velikih snaga; 160, 400, 630 kva, trofazni, 50 (60) Hz, Y/ /Z smeštaju se u težišta grupe potrošača radi smanjenja gubitaka, pada napona i ulaganja. Distributivni transformatori sabirnice, visokonaponske i niskonaponske, odgovarajući izolator rastavljači, visokonaponski i niskonaponski prekidači, visokonaponski i niskonaponski automatske zaštitne sklopke visokoučinski osigurači transformator sa kućištem
merni transformatori sa odgovarajućim instrumentima A, V, kw, VA, kvar zaštitni relej buholcov relej dilatacioni sud uređaji za zaštitu od prenapona, atmosferska pražnjenja Električne rotacione mašine Uređaji koji vrše elektromehaničku konverziju (pretvaranje električne energije u mehaničku i obrnuto) nazivaju se električnim rotacionim mašinama. - električni motor W el W meh - električni generator W meh W el Princip rada električnog motora se zasniva na dejstvu sile na provodnik kroz koji teče struja a smešten je u elektromagnetnom polju. F = B l I I F Princip rada električnog generatora je zasnovan na indukovanju napona (kontraelektromotorna sila) u provodniku koji se pomera u odnosu na magnetno polje (napon rotacije). B napon rotacije: e = kφω Princip rada asinhronog trofaznog motora Princip rada trofaznog asinhronog motora se zasniva na Teslinom obrtnom polju. Za Teslino obrtno polje su potrebna tri prostorno raspoređena nepokretna namota, koji se namotavaju na stator asinhrone mašine i na koja se priključuju tri vremenski promenljiva i fazno pomerena napona. Ovo obrtno magnetsko polje se okreće stalno istom brzinom: f ns = 60 [obrtaja/min] p gde je n s sinhrona brzina obrtnog teslinog polja, f frekvencija mrežnog napona i p broj pari polova. Obrtno polje seče provodnike rotora i u njima se indukuje napon usled čega se u provodnicima javlja struja koja stvara magnetno polje rotora. Međusobnim
delovanjem obrtnog polja statora i polja rotora dolazi do stvaranja sile F na rotor, odnosno obrtnog momenta koji pokreće rotor u smeru obrtanja obrtnog polja statora. n s rotirajuće magnetno polje koje potiče od statorskih namotaja n brzina rotora mašine Rotor se okreće brzinom n koja je manja od sinhrone brzine n s. n=(1-s)n s Za ocenu razlike obrtaja rotora i magnetnog polja statora definiše se klizanje: s = ns n 100 [%] n s Za motore nominalne snage do 10 kw klizanje je oko 8%, a za motore čija snaga prelazi 100 kw klizanje je oko 2 %.