ELEKTROENERGETIKA
Pig
Scrubber
Can
Wind
Farm
Solar
Christma
System
s Tree
Cat
Doghous
Deadman Cracker
e
Wildcat
Trip
Cage
City
Gate
Horse
Head
Tank
Farm
Bobtail
Coke
Face
Wheelin
Wellhead
g
Roughn
Digester
Royalty
eck
Yellow
Cake
Saranovac Gordana
I
ELEKTRIČNE MREŽE I POSTROJENJA
1. Energija i njeni oblici
Energija koja se nalazi u prirodi se naziva primarna energija. Ona ima dva oblika:
konvencionalni i nekonvencionalni oblik. Konvencionalni oblik energije obuhvata sledeće
energetske sirovine: drvo, ugalj, naftu, gas, vodenu energiju, geotermičku energiju i
nuklearnu ostvarenu fisijom. Nekonvencionalni oblik energije ima sledeće energetske
oblike: vetar, plimu i oseku, morske talase, geotermičku u unutrašnjosti zemlje, Sunčevu
energiju, toplotnu energiju mora, nuklearnu energiju ostvarenu fuzijom. Primarni oblici
energije mogu biti obnovljivi i neobnovljivi. Obnovljivi su Sunčeva energija, vodena,
energija vetra, plime i oseke, talasa, biljnog porekla...Neobnovljivi su ugalj, nafta, gas,
nuklearna i geotermička energija.
Primarni oblici energije se uglavnom ne mogu neposredno koristiti, već se
transformišu u korisne oblike. Korisni oblici energije javljaju se u više vidova: sunčeva
energija, drvo i fosilna goriva daju hemijsku energiju, uran i druge nuklearne sirovine
daju nuklearnu energiju, reke i plima i oseka potencijalnu energiju, vetar i talasi
kinetičku energiju, a topli izvori na površini daju toplotnu energiju. Svaki od navedenih
korisnih oblika dobija se transformacijom primarne energije, a kao posrednik javlja se
električna energija koja spada u sekundarnu energiju.
2. Uloga transformatorskih i razvodnih postrojenja u prenosu električne
energije
Električna energija se dobija u elektranama. Generator koga pokreće neka turbina
proizvodi EE. U blizini generatora se pravi trafostanica čija je uloga da napon
transformiše u viši, koji se dalje preko dalekovoda prenosi na veća rastojanja. U
trafostanici se nalazi i oprema koja omogućuje isključenje pojedinih delova mreže. Kod
potrošača se u trafostanici visoki napon snižava na željenu vrednost.
2
ŠEMA JEDNOG RAZVODNOG POSTROJENJA
S4
Π
T4
G4
T1
Π
Πp
S1
Π
G1
YNd
V1
Π
YNd
T4
G4
Π
Π
Π
Π
V2
Π
Π
S5
Π
T5
YNyn
Π
V3
S10
Π
V5
Π
V11
S11
V4
T7
Π
Π
V10
YNd
Π
Π
S12
S9
Π
T6
Π
T3
S3
Π
Π
Π
S2
S6
G3
YNd
T3
YNyn
Π
Π
Π
Π
V8
V6
Π
Π
Π
T2
Π
G2
G3
V7
Π
V9
Yd
Π
Π
S7
YNd
S8
Π
YNd
T8
3
3. Proizvodnja električne energije.Elektrane
Električna energija se priozvodi u elektranama. Prema vrsti goriva one se dele na :
1. termoelektrane, koriste hemijsku energiju organsdkih goriva
2. hidroelektrane, koriste energiju vode
3. nuklearne elektrane, koriste nuklearno gorivo
Pored ovih postoje i elektrane koje koriste energiju vetra, sunca, tople vode, plime i
oseke.....
a) TERMOELEKTRANE
ugalj
hemijska
toplotna
kotao
mehanička
turbina
električna
generator
električna
transformator
Na slici je prikazana tehnološka šema proizvodnje električne energije iz uglja.
Obavljaju se četiri transformacije energije. Prva je u parnom kotlu, gde se hemijska
transformiše u toplotnu energiju pregrejane vodene pare. Druga u parnoj turbini, gde se
toplotna energija vodene pare transformiše u mehaničku energiju u vidu obrtanja
turbine. Treća je u sinhronom generatoru u kome se mehanička energija pretvara u
električnu. Četvrta se obavlja u transformatoru, da bi se učinila pogodnijom za prenos.
Kotao, turbina, generator, transformator i prateća postrojenja predstavljaju
termoenergetski blok. Termoelektranu čini više blokova. Svaki blok je autonoman.
Gorivo sagoreva u parnom kotlu, pa prolazeći kroz parni generator dovedena voda se
pretvara u paru, koja se zatim pregreva. Pod visokim pritiskom se ova para dovodi u
parnu turbinu. U sprovodnim
kanalima
turbine
para
ekspandira i stvara se
kinetička energija struje
oare. Struja pare velikom
brzinom udara u radne
lopatica rotora turbine i on
se okreće. Osovine rotora
turbine i elektrogeneratora
su mehanički spojene, tako
da se pomoću ove sprege na
krajevima generatora dobija
električna energija. Da bi se potencijalna energija pare što više iskoristila ekspandiranje
pare u turbini treba da omogući što manji pritisak i temperaturu. U kondenzatoru se
para iz turbine pretvara u kondenzat, a kako se obim parer smanjuje desetak hiljada
puta, u kondenzatoru se obrazuje veliki vakuum.. Kondenzat se pomoću pumpe usmerava
u parni generator radi ponovnog isparavanja. U savrremenim termoelektranama, u
električnu energiju se pretvara oko 40% utrošenog goriva.
4
b) HIDROELEKTRANE
voda
hemijska
toplotna
turbina
mehanička
generator
električna
električna
transformator
Osnova rada hidroelektranaje promena potencijalne energije vode. Prema vrsti
rezerve vode HE mogu biti akumulacione i protočne. Prema padu vode mogu biti sa
niskim pritiskom(do 15m), sa srednjim pritiskom (15do 50m) i visokim pritiskom (pad
preko 50m).Prema načinu gde su smeštene turbine i generatori mogu biti pribranske i
derivacione. Prema vrsti turbina mogu biti sa Peltonovim, Francisovim, Kaplanovim ili
propelerne turbine.
Akumulacione hidroelektrane (Trebinje) se grade tamo gde je moguće lako i jeftino
izgraditi akumulaciono jezero. Ove elektrane malo zavise od atmosferskih usova.
Protočne HE (Đerdap) koriste prirodni protok vode koji zavisi od količine padavina. Pre
izgradnje potrebno je imati podatak o padavinama za prethodnih 20 godina.
Upotrebljena voda se po izlasku iz turbine može vraćati cevima nazad u veštačku
akumulaciju. Kada u rečnom koritu nema dovoljno vode istim cevovodom se ta voda može
vraćati do turbina. To je reverzibilna elektrana (Bajina Bašta).
Da bi se iz potencijalne energije vode dobila električna potrebno je izvršiti tri
transformacije energije. Prva se obavlja u hidrauličnoj turbini, gde se potencijalna
energija vode transformiše u mehaničku energiju na vratilu turbine. Druga je u
sinhronom generatoru gde se mehanička transformiše u električnu. Treća je u
transformatoru, podiže se napon radi prenosa na daljinu.
Brana služi da skrene vodu sa
njenog toka i povisi nivo na
odgovarajuću vrednost. Zahvat
vode odvodi vodu iz jezera do
turbine. Dovod vode spaja
zahvat sa vodostanom i može
biti kanal ili tunel. Vodostan je
rezervoar na kraju tunela koji
treba
da
ograniči
porast
pritiska
nastao
naglim
zatvaranjem turbine. Brzina
vode u cevovodu je 4 do 10 m/s. Hidraulične turbine energiju toka vode pretvaraju u
okretanje rotora. Mlaz vode deluje na lopatice u pravcu tangente. Stvara se obrtni
moment pod čijim dejstvom rotor počinje da se okreće.
Posebnu vrstu čine HE na plimu i oseku. Prva je izgrađena u Francuskoj snage
340MW, amplituda plime dostiže 11m. U V. Britaniji se gradi jedna snage 800MW,
amplituda plime je 13,8m.
5
c) NUKLEARNE ELEKTRANE
Razlkuju se od termoelektrana po tome što umesto kotla imaju reaktor. Raspadanjem
jezgara fisionih materijala u reaktoru se stvara toplota koja se na poseban način odvodi
iz reaktora. Glavni delovi reaktora su: telo reaktora, reflektor, sistem za hlađenje,
sistem za regulaciju i sistem zaštite. U telu reaktora jezgro atoma nuklearnog goriva se
cepa. Ako je fisiono gorivo pomešano sa nekim usporivačem (moderatorom) takav
reaktor se naziva spori ili termalni. Ako nema usporivača onda je to brzi reaktor. Kao
moderator se najčešće koristi grafit, teška voda ili obična voda. Iz reaktora se toplota
odvodi pomoću vode, gasa (CO2) ili istopljenog metala (Na, legure Na i Sn). Održavanjem
granične struje neutrona održava se lančana reakcija. Pomoću šipki od kadmijuma
reguliše se struja neutrona.
zaštitna zgrada - kontejnment
reaktorska
posuda
J
ednostavan koncept nuklearnog reaktora
Rasprostranjeniji tip nuklearnog reaktora
6
d) ELEKTRANE KOJE KORISTE ENERGIJU VETRA
Vetar nastaje zbog nejednakog zagrevanja atmosphere, nepravilnosti zemljine
površine i rotacije Zemlje. Izraz energija vetra opisuje proces kojim se vetar koristi za
proizvodnju mehaničke snage ili elektriciteta. Turbina na vetar radi suprotno od fena:
vetar pokreće lopatice, koje okreću osovinu povezana sa generatorom i proizvodi se
električna energija.
e) ELEKTRANE KOJE KORISTE SOLARNU ENERGIJU
Centralni toranj elektrane prima sunčevu svetlost.Koriste
se ravna pokretljiva ogledala da fokusiraju sunčeve zrake na
kolektor. Tu se sunčeva energija prenosi na supstancu koja
može da sačuva toplotu za kasniju upotrebu. Najčešće se
koristi tečni natrjum(ima veliki topotni kapacitet). Ova
energija se koristi za zagrevanje vodekoja se dalje koristi u
parnim turbinama. Ove elektrane imaju snagu 10 – 15 MW. Na
primar solarna elektrana u Južnoj Africi ima 5000 ogledala,
svako površine 140 m2.
f) ELEKTRANE KOJE KORISTE ENERGIJU TALASA
Veliki talasi imaju veliku snagu. Snaga talasa je
određena visinom talasa, brzinom talasa, dužinom
talasa i količinom vode. Dakle talasi imaju i kinetičku i
potencijalnu energiju koja se u ovim elektranama
pretvara u električnu.
7
g) ELEKTRANE KOJE KORISTE GEOTERMALNU ENERGIJU
Postoje 3 tipa elektrana u zaisnosti od
temperature, dubine i kvaliteta vode i pare u okolini.
U svim slučajevima kondenzovana para i geotermalni
fluid se vraćaju nazad u zemlju da pokupe što više
toplote.
Najstariji tip elektrana je koristio vruću paru
(iznad 235 stepeni) za direktno pokretanje turbine.
Drugi tip koristi vruću vodu (iznad 182 stepena) iz
geotermalnih rezervoara. Kako se voda pumpa iz
rezervoara u elektranu promena pritiska dovodi do isparavanja vode i para pokreće
turbine. Treći tip koristi hladniji fluid u odnosu na prethodne slučajeve. Naime fluid iz
geotermalnog rezervoara prolazi kroz izmenjivač toplote pa kroz separacionu cev koja
sadrži fluid niže tačke ključanja ( izo-butan). Ovaj fluid pokreće turbine.
8
h) ELEKTRANE KOJE KORISTE ENERGIJU TALASA
Plima i oseka su posledica gravitacione sile Zemlje, Meseca i Sunca. Zato energija
plime i oseke spada u obnovljive izvore energije. Postoje dva tipa ovih elektrana: prve
koriste
podizanje
i
spuštanje
nivoa
vode
(potencijalna energija) a druge kretanje vode pri
promeni nivoa (kinetička energija).
ŠEMATSKI DIJAGRAM ELEKTRANE
KONDENZATOR
9
KOTAO
JEDNOSTAVNA ŠEMA TERMOELEKTRANE
1. Cooling tower
10. Steam control valve
19. Superheater
2. Cooling water pump
11. High pressure steam turbine
20. Forced draught (draft) fan
3. Three-phase transmission line
12. Deaerator
21. Reheater
4. Step-up Transformer
13. Feedwater heater
22. Combustion air intake
5. Electrical generator
14. Coal conveyor
23. Economiser
6. Low pressure steam turbine
15. Coal hopper
24. Air preheater
7. Boiler feedwater pump
16. Coal pulverizer
25. Precipitator
8. Surface condenser
17. Boiler steam drum
26. Induced draught (draft) fan
9. Intermediate pressure steam turbine
18. Bottom ash hopper
27. Flue gas stack
10
3. Razvodna postrojenja
Elektroenergetski sistem se sastoji iz više elektrana i trafostanica. Elementi
razvodnih postrojenja su:
a)
SABIRNICE. Povezuju dovodne vodove sa odvodnim vodovima. Izrađuju se od
golih (neizolovanih) bakarnih ili aluminijumskih provodnika. Poprečni presek
provodnika zavisi od struje u normalnom pogonu, porastu temperature za
vreme kratkog spoja, mehaničkog naprezanja.
b)
IZOLATORI.
1) potporni. Oni nose sabirnice, preuzimaju na sebe
mehaničke sile i izoluju sabirnicu od uzemljenih delova. Mogu biti porculanski
ili od veštačke smole.
2) provodni. Izoluju sabirnice od zidova i metalnih delova.
Upotrebljavaju se pri prolasku sabirnice iz jedne u drugu prostoriju.
c)
RASTAVLJAČI. To je mehanički rasklopni aparat koji služi da vidno odvoji deo
postrojenja koji je pod naponom od dela koji nije.On provodi struje u
normalnim uslovima rada kao i struje kratkog spoja, ali se sa njim ne sme
manipulisati ako je prekidač u zatvorenom položaju. Mogu biti jednopolni i
tropolni. Pokreću se ručno, pneumatski ili motorno.
d)
PREKIDAČI. To su aparati koji uključuju i isključuju strujno kolo kroz koje
protiče bilo koja vrednost struje uključujući i struju kratkog spoja. Moraju
da izdrže sva termička i dinamička naprezanja koja se pri tome pojavljuju.
Brzo reaguju 40 do 60 ms. Otvaranjem kontakata prekidača pojavljuje se luk,
struja protiče i dalje. Luk se gasi u delu prekidača koji se naziva komora za
gašenje luka. Postoje uljni, malouljni, pneumatski, vakuumski.....prekidači.
e)
RASTAVLJAČ SNAGE. To je rasklopni aparat koji u određenim pogonskim
uslovima uključuje, provodi i prekida nominalne struje.
f)
OSIGURAČI. Koriste se za prekidanje struje. Sastoje se od porculanske cevi
u kojoj se nalazi jedan ili više srebrnih provodnika. Cev je ispunjena kvarcnim
peskom.
g)
MERNI TRANSFORMATORI. Da bi se visoki naponi i struje mogli meriti
koriste se merni transformatori. Naponski merni transformatori služe da
visoki napon transformišu u napon koji mogu podneti uređaji za merenje i
11
zaštitu. Strujni merni transformator transformiše struju velike jačine u male
vrednosti (1ili 5 A).
h)
PRIGUŠNICE. To su induktivni namotaji bez gvožđa koji se vezuju na red sa
potrošačem i služe da ograniče struju kratkog spoja.
i)
KABLOVI. Kada je u postrojenjima visokog napona nemoguće montirati gole
vodove, primenjuju se kablovi za spoj među delovima postrojenja, za vezu
generatora i transformatora.... Dele se prema naponu (za visoki ili niski
napon), vrsti struje(naizmenična i jednosmerna), broju žila (jedno, dvo i
trožilni), materijalu (aluminijum, bakar), vrsti izolacije (papirna, gumena,
uljna...)
j)
ODVODNICI PRENAPONA. Zbog raznih prelaznih pojava u mreži pojavljuju
se naponi koji su dosta viši od nominalnih i nazivaju se prenaponi. Takođe
javljaju se i atmosferski prenaponi. Da bi se onemogućili koristi se odvodnik
prenapona.
12
4. Električne mreže
Prenos električne energije od elektrane do potrošača obavlja se mrežama visokog
napona različitih naponskih nivoa. Visina napona zavisi od snage i daljine. Standardni
naponi su 110, 220, 380 i 400kV. Postoji više sistema za raspodelu električne energije
kao na primer radijalni (otvoreni) , prstenasti (zatvoreni) i kombinacija ova dva.
Prednost radijalnog su jednostavnost i manje investicije a nedostatak povećan pad
napona kod potrošača. Ako dođe do kvara u jednoj grani svi potrošači te grane ostaju
bez napona napajanja.. Zatvoreni sistem je skuplji ali sigurniji.
1. POPRAVKA FAKTORA SNAGE
Potrošnja električne energije se može podeliti na dva dela, aktivnu energiju I
reaktivnu energiju. Prva se direktno pretvara u mehaničku energiju, a druga služi za
stvaranje naizmeničnog magnetnog polja. Njima odgovaraju aktivna I reaktivna struja,
koje su fazno pomerene za 90 stepeni. Poznati su izrazi:
I2=Ia2+Ir2
S2=P2+Q2
cos φ=P/S
Vidi se da će u slučaju manjeg faktora snage biti potrebna veća prividna snaga, veća
struja i povećanje preseka sabirnica. Zato je opšti interes da ugao fi bude što manji, tj
kosinus fi da teži jedinici. Popravka faktora snage se vrši pomoću sinhronih
kompenzatora i kondenzatora.
2. UREĐAJI ZA UPRAVLJANJE POTROŠNJOM
Mrežna tonfrekventna komanda (MTK) ima zadatak da upravlja tarifama, javnim
osvetljenjem, mrežnim opterećenjem..... Sastoji se od centralne emisione automatike,
emisionog postrojenja (proizvodi tonsku frekvenciju u superponira je u mrežu) i prijemnika
MTK.
3. ZAŠTITA
Maksimalna struja koja može prolaziti kroz čovečije telo je bez opasnosti po život je
50mA. Naponi do 65 V su bezopasni za čoveka (1300Ω je otpor čovečijeg tela, ali se menja
sa naponom). Sve preko toga je opasno. Zbog toga svi delovi koji se nalaze pod naponom
moraju biti zaštićeni.
Zaštita od atmosferskog pražnjenja. Podrazumeva se gromobranska zaštita.
Struja udara groma može biti nekoliko desetina kA pa i stitina kA. Ova struja se vrlo brzo
uspostavi i vrlo brzo opadne, otprilike za stotinak mikrosekundi. Udar groma u vodove i
postrojenja prouzrokuje visoke potencijale i oni se prazne prema zemlji. Uzemljenje za
zaštitu od udara groma treba da je takvo da pri udaru grome u stub ili zaštitno uže ne dođe
13
do preskoka na provodnike. Na dalekovodima postoji zemljovodno uže, ono se dovdi do
postrojenja i tu se spaja sa zaštitnim uzemljenjem postrojenja.
Uzemljenja se mogu podeliti u dve grupe: jedna štiti postrojenja (pogonsko) a druga
ljudske živote (zaštitno, gromobransko). Pogonsko uzemljenje povezuje sa zemljom delove
električnih aparata kako bi se onemogućila pojava prenapona. Zaštitno uzemljenje
onemogućava stvaranje napona koraka i dodira.
Napon dodira je napon koji nastaje između tla i dela postrojenja koje je u kvaru.
Dozvoljeni napon dodira u mrežama niskog napona je 65V a kod visokonaponskih 125V.
Napon koraka je napon koji čovek može da premosti dužinom svog koraka, a
ostvaruje se u raskoraku kada je tlo na nekom potencijalu.
Zaštita mreža sastoji se u sprečavanju dejstva većih strujnih opterećenja. Ako
opterećenja nisu mnogo velika koriste se osigurači, a za veća prekostrujna relejna zaštita.
Selektivno isključivanje delova voda može se postići nezavisnim maksimalnovremenskim
relejima koji imaju strujno i vremensko podešavanje. Vod se takođe štiti i od zemljospoja i
prenapona.
14
II
ELEKTRIČNE INSTALACIJE
1. Vrste i uloga električne instalacije
Kućni priključak je skup vodova koji povezuju elektroenergetske instalacije u zgradi
sa niskonaponskom mrežom. Sastoji se od spoljašnjeg i unutrašnjeg priključka. Spoljni kućni
priključak može biti nadzemni i podzemni. Vod kućnog priključka se štiti pomoću osigurača
postavljenih na niskonaponskoj mreži (stubu) i u zgradi. Unutrašnji priključak povezuje
spoljašnji kućni priključak sa instalacijom zgrade, a završava se pred električnim brojilom.
Razvodne table su ploče snabdevene opremom za razdvajanje strujnih krugova.
Prvo se napravi projekat. Projektni zadatak sadrži podatke o nameni objekta i
zahtevima investitora. Plan instalacije se unosi u plan građevinske osnove crtanjem oznaka
za provodnike, razvodnu tablu, prijemnike i zaštitu. Zatim se vrši proračun korišćenjem
tablica. Zatim se vrši specifikacija materijala, predmer i predračun.
2. Električni izvori svetlosti
Postoje prirodni i veštački izvori svetlosti. Veštački izvori svetlosti se dele na:
a)
termički izvori, svoj rad uslovljavaju povišenjem temperature ili
sagorevanjem. Tu spadaju sijalice sa usijanim vlaknom, sveće, gasne
lampe.
b)
jonizujući izvori, rade na principu električnog pražnjenja kroz pare i
gasove
c)
fluorescentni izvori koriste osobinu nekih materijala da obasjane UV
zracima transformišu ove zrake u zrake veće talasne dužine na koje
reaguje ljudsko oko
Električnu sijalicu sa užarenim vlaknom pronašao je Tomas Edison 1879. Princip
rada ove sijalice je sledeći. Ako se kroz vlakno određenog otpora propusti struja, provodnik
će se zagrevati i kada dostigne temperaturu 500 stepeni počeće da svetli. Zagrejan do
temperature 1500 svetli žutom a do 2500 belom svetlošću. Prva sijalica je bila sa ugljenim
vlaknom a danas se koristi volfram zbog visoke tačke topljenja. Sijalice sa usijanim vlaknom
se dele na sijalice sa vakuumom (5 do 60 W), punjene gasom (25 do 2000W) najčešće
mešavina argona i azota i specijalne sijalice. Specijalne sijalice su:
a) reflektor sijalica, klasična sijalica čiji je balon sa unutrašnje strane obložen
aluminijumom
15
b) infracrvene sijalice, vlakno je tako dimenzionisano da se zagreva do temperature
na kojoj zrače infracrveni zraci
c) projekcione sijalice, punjene azotom, ostvaruju veliki bljesak
d) halogene sijalice, ispunjena jodom ili bromom, čime se smanjuje isparavanje
volframa. Ima oblik cevi od kvarcnog stakla duž koje je razapeto spiralno
volframovo vlakno. Temperatura va površini kvarcne cevi je 600 do 700 stepeni i
zato se smešta u specijalni stakleni balon
Za vezu izmađu sijalice i mreže koriste se dva sistema podnožja i grla. Edisonov E10,
E14, E27, E40 i Svanov B15 i B22 (nisu osetljivi ba udare pa se koriste za baterije,
brodove, tramvaje....)
Sijalice ispunjene metalnim parama rade na principu elektroluminiscencije, prilikom
prolaska elektriciteta kroz pare i gasove javlja se svetlost. Osnovni element ovih sijalica je
staklena cev ispunjena osnovnim (neon ili argon) i karakterističnim (živa i natrijum)
punjenjem. Ova cev je smeštena u stakleni balon iz koga je izvučen vazduh. Kada se
priključi na izvor naizmenične struje dolazi do jonizacije i pražnjenja kroz gasove. Usled
pražnjenja se razvija toplota i kapi žive ili natrijuma isparavaju, i pražnjenje struje kroz
osnovno punjenje i nastavlja se kroz paru. Radni napon je niži od napona paljenja
Fluorescentne sijalice. Ima oblik dugačke staklene cevi ispunjene argonom i malom
količinom žive, na čijim krajevima su dve elektrode, a sa unutrašnje strane je prevučena
tankim slojem fluorescentnog praha. Kada se elektrode priključe na naizmenični napon
počinje zagrevanje i emisija elektrona, argon se jonizuje, živa isparava, a elektroni počinju
da se sudaraju sa atomima žive, pri čemu izbijaju elektron iz omotača žive. Pri tome se
emituju UV talasi, pod čijim dejstvom fluorescentni prah počinje da svetli. Fluorescentna
cev se ne može direktno priključiti na mrežu, jer je napon paljenja veći od napona mreže,
pa se zato koristi starter.
16
III
ELEKTRIČNE MAŠINE
1. Transformatori
a) Princip rada
Transformator je statički elektromagnetni uređaj koji električnu energiju date
učestanosti i jednog napona pretvara u električnu energiju iste učestanosti drugog napona.
Rad TS se zasniva na principu elektromagnetne indukcije. TS se sastoji od jezgra na kome
su postavljena 2 navoja: primar i sekundar. Primar se priključuje na mrežu, a na krajeve
sekundara se priključuju prijemnici.
Posmatra se TS u praznom hodu.Na krajeve primara je priključen naizmenični
sinusoidalan napon U’. Kroz navojke protiče struja Jo’. Ona takođe ima sinusoidalan oblik.
Pod uticajem ove struje u magnetnom kolu javlja se naizmeničan magnetni fluks Φ0’. Prema
Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije
17
ΔΦ
Δt
ovaj promenljivi fluks indukuje u navojima sekundara ems E”= U”o.
Ako se na krajeve sekundara priključi prijemnik, strujno kolo se zatvori i kroz navoj
sekundara protekne struja J0’. Zbog gubitaka napon na krajevima sekundara je manji nego u
PH i iznosu U”. Zbog proticanja struje J” kroz sekundar nastaje fluks Φ”. Pod uticajem
ovog fluksa kroz navoj primara protećiće struja J1” . Ukupna struja koja sada protiče kroz
primar jednaka je vektorskom zbiru struje praznog hoda I struje ssekundara svedene na
primar. Ukupna struja primara J’ stvara ukupni fluks primara Φ’. Ukupni fluks koji se
zatvara kroz kolo jednak je vektorskom zbiru flukseva primara i sekundara
Vrednost fluksa približno je stalna od PH do nominalnog opterećenja.
e=−
18
b) prenosni odnos m
TS su uredjaji koji rade sa velikim stepenom korisnog dejstva, pa važi:
P’~P”
U’I’cosϕ’=U”I”cosϕ”
U’I’=U”I”
U’/U”=I”/I’=m
m se naziva odnos preobražaja.
c) ems po navojku i navoju
Eeff=4.44 f Bm Sfe
E’=N’ Eeff
E”=N” Eeff
m=N’/N”
ZADACI IZ TS-EMS po navojku i navoju
1. Transformatorsko jezgro ima kvadratni presek stranice 2 cm. Primarni navoj je
projektovan za 230V a sekundar za 110V. Ako je maksimalna vrednost gustine fluksa na
preseku 1T i frekvencija 50Hz, izračunati broj navojaka primara i sekundara.
N’=2590
N”=1239
2. Kod jednof. TS povećao se procep (meðugvožðe) na sastavima izmeðu jezgra i jarma.
Usled toga se magnetni otpor u kolu povećao. Kako se u tom slučaju menja fluks ako su
priključeni napon i struja konstantni?
konstantan je
3. Broj navojaka jednof. TS je N’=400, N”=1000.Površina preseka jezgra je 0.0005 m2. Ako
je primar priključen na napon od 500V i 50Hz izračunati maksimalnu indukciju i U"o
Bm=1.125T
Uo”=1250V
d) Gubici u gvožđu. Ogled praznog hoda
Prazan hod je granični režim rada kada je sekundar otvoren. Kako su magnetni fluksa
i indukcija const., to znači da će gubici u Fe biti konstantni pri bilo kom opterećenju od PH
do nominalnog opterećenja.
19
Gubici u Fe se sastoje od gubitaka usled histerezisa i vihornih struja:
Pfe= Ph + Pvs
Ogled praznog hoda se izvodi pri nominalnom naponu i nominalnoj učestanosti. Meri
se struja primara. Kod malih transformatora ona iznosi 2-10% nominalne primarne struje,
dok kod velikih može biti i do 40%. U kolo je uključen vatmetar koji će izmeriti gubitke: u
Fe i Džulove gubitke u primaru. Gubici snage u Fe će se izračunati kada od ukupnih
gubitaka izmerenih na vatmetru oduzmemo Džulove gubitke koje struja PH Jo'
stvara u q faznih navoja primara. U transformatoru su ovi gubici mali pa se mogu
zanemariti.
e) Gubici u bakru. Ogled kratkog spoja
Kratak spoj je takav režim rada pri kome je sekundarni navoj kratko spojen- U''=0. Ogled
KS se vrši pri sniženom naponu, jer
bi u suprotnom kroz primar i sekundar tekle velike
struje (10-30 puta veće od nominalnih). Gubici koje će izmeriti vatmetar biće jednaki
zbiru gubitaka u bakru primara i sekundara i gubitaka u Fe.
Kako se ogled vrši pri
sniženom naponu gubici u Fe se mogu zanemariti, pa su ukupni gubici:
Pcu = P'cu +P"cu
20
f) Stepen iskorišćenja
Stepen iskorišćenja snage podrazumeva odnos sekundarne korisne snage i utrošene
primarne snage:
η=P”/P’
Utrošena primarna snaga jednaka je zbiru korisne snage i snage gubitaka: P'= P" +
Pfe + P cu , pa je
η=1-(Pfe+Pcu)/(P”+Pfe+Pcu)
Gubici u Fe su const. i na grafiku su predstavljeni linijom paralelnom sa apscisom.
Gubici u Cu se menjaju sa opterećenjem, tj sa kvadratom struje, pa su zato predstavljeni
parabolom. Za proizvoljno opterećenje oni iznose: Pcu=β2 Pcunom
gde je β sačinilac opterećenja TS
Pri ma kojoj veličini i karakteru opterećenja njegova korisna snaga se može
izračunati prema:
P”=β Sn cosϕ”
Karakteristika stepena iskorišćenja je kriva koja pokazuje kako se menja stepen
iskorišćenja TS u zavisnosti od sačinioca opterećenja pri konstantnom sačiniocu snage.
Stepen iskorišćenja je najveći pri onom sačiniocu opterećenja pri kome su gubici u Fe
jednaki gubicima u bakru.
ZADACI
4.Gubici u gvožðu TS pri učestanosti 50 Hz iznose 100W. Pri frekvenciji 100 Hz iznose 250
W. Odrediti gubitke Ph i Pvs pri f=50Hz.
Pfe1=Ph+Pvs= Af + Bff=A 50 + B2500=100
Pfe2=Ph+Pvs=A100 + B 10000=250
Ph=75W, Pvs=25W
5. TS snage Sn=250kVA ima Pfe=500W i Pcun=2000W. Naći stepen korisnog dejstva za
opterećenje β=0,25 i cosϕ=0,8
6. TS snage Sn=50kVA ima Pfe=350W i Pcun=630W. Naći stepen korisnog dejstva za:
puno opterećenje, cosϕ=0,6
β=0,75 i cosϕ=1
puno opterećenje, cosϕ=1
β=0,75 i cosϕ=0,6
7. Prividna snaga TS iznosi Sn=40kVA. Gubici u fe su 300W, a u Cu 800W. Koliko je
opterećenje pri kome je stepen korisnog dejstva najveći i koliki je maksimalni stepen
korisnog dejstva.
β=0.61
21
g) Promena napona pri opterećenju transformatora
Algebarska razlika između sekundarnog napona pri praznom hodu U"o i nominalnom
opterećenju U'' pri datom cos ϕΔ predstavlja promenu napona:
ΔU=U"o - U"
Relativna promena napona u je odnos promene napona i napona u praznom hodu:
u=ΔU/Uo”
h) Spoljna karakteristika transformatora
Kriva koja pokazuje kako se menja napon na krajevima sekundara transformatora U" u
zavisnosti od opterećenja J" naziva se spoljnja karakteristika transformatora.
i) Dijagrami sprezanja trofaznih transformatora
Navoji primara i sekundara trofaznih transformatora mogu biti spregnuti u zvezdu
Y-sprega, trougao-D, ili slomljenu zvezdu-Z. Ulazi u navoje se obeležavaju sa X,Y,Z, (x,y,z
za sekundar), a izlazi su A,B, C, ( a,b,c za sekundar). Oznaku sprege èine slova koja
oznaèavaju sprege navoja i broj izmeðu 0 i 11. Ovaj broj pomnožen sa 30 stepeni pokazuje
za koliko stepeni zaostaje napon sekundara za primarnim naponom.
j) Paralelni rad transformatora
Paralelni rad podrazumeva da su primari transformatora vezani na zajednièke,
primarne sabirnice, a sekundari na sekundarne sabirnice. Transformatori ispravno rade
22
paralelno, ako pri PH ne teèe struja izmeðu njih, a pri optereæenju dele dato optereæenje
srazmerno svojim nominalnim snagama.
Da bi transformatori mogli da rade paralelno moraju biti ispunjeni sledeæi uslovi:
1. U"o moraju biti jednaki ( m1=m2=... )
2. moraju biti iz iste sprežne skupine
3. moraju imati približno iste napone kratkog spoja.
k) Autotransformator
Na jezgru ovih transfirmatora nalazi se samo jedan navoj, primar sa brojem navojaka
N'. Jedan deo ovog navoja sa N” navojaka
predstavlja sekundar. Izraz za odnos
transformacije važi, m= N'/N"= U'/U". Pošto je sekundarna struja uvek različita od
primarne po smeru, u zajedničkom delu navoja teče razlika ovih struja J''-J'. Presek
provodnika je u ovom delu mali pa su mali i gubici. To znači da sa istim magnetnim kolom AT
ima veću snagu od običnog TS. Loša strana je što su primar i sekundar u električnoj vezi pa
postoji mogućnost da se visoki napon javi u sekundaru. Zbog toga se koristi u slučajevima
kada se primarni i sekundarni napon mnogo ne razlikuju (za fino podešavanje napona).
23
2. Električno i magnetno kolo obrtnih mašina
Elektromehaničko pretvaranje energije je rezultat sprege između električnog i
mehaničkog sistema, koja omogućuje prenos energije u jednom ili drugom smeru.
EL
sistem
MEH
sistem
M
gubici
EL
sistem
MEH
sistem
G
gubici
Uređaj radi kao motor ako električnu energiju pretvara u mehanički rad. U obrnutom
slučaju je generator.
Elektromehaničko pretvaranje energije zasniva se na interakciji električnog i
magnetnog polja. Najvažnije pojave koje se koriste su:
1. Mehanička sila deluje na provodnik kroz koji protiče struja, kada se on nalazi u
stranom magnetnom polju.
2. Mehanička sila deluje na feromagnetni materijal težeći da ga dovede u pravac
magnetnog polja.
3. Mehanička sila deluje na ploče optereæenog kondenzatora ili dielektrik i dovodi
do promene napona ili naelektrisanja.
4. Izvesni kristali se malo deformišu kada na njih deluju el. polja u odreðenim
pravcima, i obrnuto. To je piezoelektrični efekat.
5. Većina feromagnetnih materijala podleže deformacijama pod delovanjem
magnetnog polja.To je magnetostrikcija.
Električna mašina koristi prvu ili drugu pojavu. Svih pet pojava se koriste kod
naprava koje proizvode linearna ili vibraciona kretanja.
a) Tumačenje rada obrtnih mašina pomoću Faradejevog i Laplasovog zakona
Potvrdu činjenice da se u provodniku koji se kreće u magnetnom polju indukuje ems i
struja predstavlja Faradejev zakon el.mag.ind. Vrednost trenutne ems je data izrazom:
e= - ΔΦ/Δt
Iz ovog izraza se vidi da je potrebno ostvariti promenu fluksa kroz neki namot da bi
se u njemu indukovala ems. Kod transformatora se to postiže naizmeničnom strujom, tj
vremenski promenljivim nepomičnim fluksom. Kod obrtne mašine se to postiže relativnim
kretanjem nepomičnog dela mašine (statora) i obrtnog dela (rotora). Fluks je stvoren
jednosmernom strujom (konst. u vremenu), ali je promenljiv u prostoru. Namot kroz koji
teče pobudna struja se naziva induktor. Namot u kome se indukuje ems rotacije se naziva
indukt. Ems se u namotima može indukovati mehaničkim obrtanjem magnetnog polja pored
24
nepomičnih namota ili mehaničkim obrtanjem namota u magnetnom polju. U oba slučaja
ukupni fluks se menja periodično, pa je takva i ems.
Osnovni element svakog namota je navojak. Navojak se sastoji iz 2 provodnika. Više
navojaka čine navojni deo ili sekciju. Više sekcija povezanih tako da se ems ili struje
sabiraju čine namot.
b) Vrste magnetnih polja
1. Jednosmerno polje
Posmatra se mašina sa cilindričnim rotorom i statorom, tj. mašina sa konstantnim
zazorom. U žlebovima statora se nalazi dvopolni namot kroz koji teče jednosmerna struja.
F
Fv
Θ
Raspodela MPS u zazoru je stepenasta. Ako je broj žlebova veći približava se
trapeznom obliku. Približno se može smatrati sinusoidalnim (razlaganje na više harmonike).
Mps ima najveću vrednost u osi namota a jednaka je nuli u neutralnoj osi. Ovako nepomično i
konstantno polje se naziva jednosmernim poljem. Mps se menja po zakonu F=Fv cos Θ
25
2. Naizmenično polje.
Namot sa prethodne slike se priključi na naizmenični, sinusni napon.Sada će se mps i
indukcija menjati po sinusnom zakonu u vremenu
Fv= Fm cos ωt
Odnosno u vremenu i prostoru:
Fv= Fm cos ωt cosΘ
Promenom mps u vremenu ne narušava se njena sinusoidalna raspodela po obimu. Ovo polje
je naizmenično ili pulsaciono.
F
Fm
ωt
3. Teslino obrtno polje
Obrtno polje se može dobiti pomoću trofaznog sistema kada se na stator postave 3
namota čije su ose pomerene jedna u odnosu na drugu za 120 stepeni, i kada se priključe na
simetričan trofazni sistem.
F=3/2*Fm cos(Θ-ωt)
Ovaj talas se naziva putujući talas.
26
4. Jednofazno polje, Leblanova teorema
Naizmenično polje se može rastaviti na dva polja koja se obrću u suprotnim
smerovima, a amplituda im je upola manja.
F=1/2*Fm cos(Θ-ωt) +1/2*Fm cos(Θ+ωt)
27
3. Asinhrone mašine
a) OSNOVNI ELEMENTI KONSTRUKCIJE I VRSTE ASINHRONIH MOTORA
Asinhroni motor je mašina koja EE pretvara u mehanički rad. Magnetno kolo AM se
sastoji od statora i rotora koji su meðusobno razdvojeni meðugvožðem. Stator je induktor (
priključuje se na mrežu) a rotor je indukt.
Stator se pravi o obliku šupljeg valjka i sastavljen je od dinamo limova debljine 0,5
mm. Limovi su izolovani lakom ili hartijom da bi se smanjili gubici usled vihornih struja a
time i gubici u gvožðu. Na svakom limu se sa unutrašnje strane izbijaju prorezi, pa kada se
limovi slože obrazuju se zubci i žlebovi.
otvoreni i poluotvoreni žlebovi
U žlebove se stavljaju namoti. Meðugvožðe treba da bude što manje. Njegova
veličina je ograničena mehaničkim razlozima- ugib vratila, i za motore od 1,5 do 350 KW
iznosi 0.3-1,5 mm. Što je meðugvožðe manje, el.mag. veza statora i rotora je bolja, manja je
struja magnećenja i time bolji sačinilac snage. Magnetno kolo rotora je sastavljeno od
limova 0,5mm, meðusobno izolovanih i naglavljenih na vratilo. Po spoljnjem obimu rotora se
nalaze žlebovi u koji se stavljaju namoti. Prema vrstama rotora AM se dele na:
AM sa namotanim rotorom
AM sa kratkospojenim rotorom ( sa običnim, sa dvostrukim i sa dubokim žlebovima)
28
b) PRINCIP RADA ASINHRONOG MOTORA
N
Ω′
v
F
e,i
B
S
n = (60 x f ) / p
Na slici su prikazani stator i rotor AM. Namot rotora je u KS.
Namoti rotora i statora su trofazni. Ako se stator priključi na
naizmenične trofazne napone, trofazne struje će stvoriti
Teslino obrtno magnetno polje čiji je smer obrtanja prikazan
vektorom '. Ako je mašina
sa jednim parom polova p=1,
polje u toku jedne periode obiðe 1 ceo krug. Pošto u jednoj
sekundi ima f perioda, a u 1 min 60 s, sinhrona brzina obrtanja
obrtnog polja iznosi n'=60 x f. Ako mašina ima veći broj polova
sinhrona brzina će biti:
(ob/min)
Obrtno polje obrćući se duž meðugvožða i zatvarajući se kroz stator i rotor indukuje
u njihovim provodnicima ems. Indukovana ems statora je
E' = 4,44 f N' Φob.
Ona je u odnosu na napon kontraelekrtomotorna, drži mu ravnotežu i od njega se razlikuje
samo za padove napona, omski i induktivni.
Posmatrajući jedan provodnok rotora za dati smer obrtanja obrtnog polja i njegov
smer kroz meðugvožðe, odreðen je smer indukovane ems E". Pošto je kolo rotora zatvoreno
kroz njegove provodnike će proteći struja I". Pošto se provodnik sa strujom nalazi u
stranom magnetnom polju B na njega će delovati el mag sila F=I" l B, èiji se smer odreðuje
po pravilu desne ruke. Prema smeru F vidi se da ona obrće rotor u smeru obrtanja obrtnog
polja. Ovo se dešava sa svim provodnicima po obimu rotora, a zbir svih proizvoda sile i
poluprečnika predstavlja obrtni momenat motora. Prema tome:KADA SE STATOR
PRIKLJUČI NA MREŽU OBRTNI MOMENAT MOTORA OBRĆE ROTOR U SMERU
OBRTANJA OBRTNOG POLJA. Pošto su stator i rotor vezani samo pomoæu el mag
indukcije ovi motori se nazivaju i indukcioni motori.
Meðutim rotor se ne može obrtati sinhronom brzinom. Kada bi rotor postigao
sinhronu brzinu ne bi bilo relativnog kretanja izmeðu obrtnog polja i rotora, ne bi bilo ni
presecanja provodnika , ni ems ni struje pa bi rotor počeo da zaostaje. Sada opet postoji
presecanje......... Dakle: ROTOR NIKADA NE MOŽE DA STIGNE OBRTNO POLJE
STATORA.
29
Kada rotor nije opterećen on treba da savlada samo sopstveni kočni moment (trenje
u ležištima, vazduh...), i tada je njegova brzina bliska sinhronoj. Kada rotor opteretimo
(pokreće neku mašinu) on će više da zaostaje, porašće ems i struja u rotoru. Ova struja teži
da smanji fluks statora, i da bi se ponovo uspostavila ravnoteža povećaće se struja statora
Pri opterećenju rotor se obrće brzinom n koja je manja od sinhrone n'. Razlika
izmeðu ovih brzina se naziva apsolutno klizanje:
n" = n' - n
Odnos apsolutnog klizanja i sinhrone brzine se naziva relativno klizanje:
s = ( n' - n ) / n', i obièno se daje u procentima
s% = (( n' - n ) x 100) / n'
Vrednost klizanja u nominalnom režimu se obično kreæe kod manjih motora 3-8%, kod
većih 1-3%.
Pošto se obrtno polje obrće sinhronom brzinom n' a rotor u istom smeru brzinom n ,
onda delovanje obrtnog polja na provodnike rotora možemo predstaviti tako da je rotor
nepokretan a da se obrtno polje obrće razlikom ovih brzina n" = n' - n. To je u stvari brzina
presecanja provodnika i od nje zavisi učestanost ems i struja u rotoru.
f"= (p x n") / 60 =
= s f'
Važna posledica male učestanosti veličina u rotoru je da su gubici u FE rotora
zanemarljivi.
Kada motor radi od PH do punog optereæenja klizanje se menja. Samo kada rotor
stoji ( u trenutku puštanja u rad) uèestanost u rotoru je jednaka statorskoj .
E" = 4.44 f" N" Φob
u normalnom radu
E"k = 4.44 f' N" Φob ukočen
Iz prethodne dve jednačine sledi:
E" = s E"k
c) GUBICI SNAGE
Iz mreže na koju je priključen stator uzima snagu
P’ = q Uf' If' cos
Od ove snage jedan deo se troši u samom statoru na džulove gubitke: Pcu'=q Rf’If’2
Drugi deo snage se gubi u Fe: Pfe= Ph+Pvs
Ostatak snage se preko obrtnog polja prenosi na rotor, i zato se ova snaga naziva snagom
obrtnog polja:
Pob = P' - ( Pcu' + Pfe' )
Ova snaga predstavlja električnu snagu rotora. Deo ove snage se troši na gubitke u Cu
rotora Pcu"
Dalje postoje gubici u Fe rotora ali zbog male f" se mogu zanemariti.
Dalje, postoje i dodatni gubici (trenje, ventilator ...)
Dijagram snaga je prikazan na sledećoj slici.
30
P'
Pob
P'γ
Pk
P"cu
P"fe
Pm
ZADACI:
8. Dat je četvoropolni AM koji se napaja f=50 Hz. Klizanje s= 3%. Izračunati apsolutno
klizanje i brzinu obrtanja rotora. Kolika je učestanost indukovane ems u rotoru?
n”=45
n=1455
f”=1.5Hz
9. Izračunati klizanje i učestanost indukovane ems i struje u rotoru za TAM čiji su podaci:
p=3, f=50 Hz, n=970 o/min, u slučaju da se njegov rotor obrće u smeru:
a) obrtnog polja
s=0.03, f”=1.5Hz
b) suprotno od smera obrtanja obrtnog polja s=1.97, f”=98.5Hz
d) MEHANIČKA KARAKTERISTIKA
Mehanička karakteristika je kriva koja pokazuje zavisnost momenta AM od klizanja
M = f (s)
31
M
Mpr
Mpol
-1
s
pr
1
2
s
Maksimalna vrednost momenta se naziva prevalni momenat Mpr i on se javlja pri
prevalnom klizanju spr. Polazni moment se dobija pri klizanju s=1 ( u trenutku polaska)
Prevalni moment ne zavisi od vrednosti R", meðutim za razne vrednost R" dobiæe se razne
vrednosti prevalnog klizanja. Time se postiže da se pogodnim izborom R" prevalni moment
može dobiti pri raznim klizanjima. Što je veće R" prevalni moment će se dobiti pri većim
klizanjima.
e) STABILNOST RADA ASINHRONOG MOTORA
Kada je AM spregnut sa nekom radnom mašinom njegov moment mora da savlada
otporni - kočni moment Mrm mašine koju pokreće. Pri tome uvek važi osnovna dinamička
jednaèina:
dΩ
Mmot - Mrm = J
=J
dt
gde je J moment inercije sistema motor-mašine, a ugaono ubrzanje.
Kada je pogonski moment veći od kočnog ugaono ubrzanje je pozitivno i razlika
momenata ide na ubrzavanje zamajnih masa motora i mašine. U obrnutom slučaju nastaje
kočenje. Kada je pogonski moment jednak kočnom ugaono ubrzanje je jednako 0, brzina je
konstantna i sistem je u ravnoteži.
f) PUŠTANJE U RAD ASINHRONIH MOTORA
Osnovne veličine o kojima treba voditi računa pri puštanju u rad AM su veličina
polaznog momenta i struja. Da bi rotor pri puštanju u rad mogao preći u obrtno kretanje
Mpol >Motp. Pri tome struja ne sme preći odreðenu vrednost koja je određena snagom
mreže. U pogledu struja razlikuju se dva granična slučaja:
1. PUŠTANJE U RAD MOTORA SA NAMOTANIM ROTOROM
32
Polazna struja se ovde ograničava pomoću rotorskog otpornika. Krajevi U, V,
W vezani su preko dirki i kliznih prstenova za krajeve pojedinih faza rotora, a ostala
3 kraja su vezana pomoću kliznog prstena K u zvezdište. U trenutku puštanja prsten
se postavi u položaj najvećeg otpora. Zatim se skokovito smanjuje vrednost
otpornika ,dok na kraju ne bude ceo isključen.
2. PUŠTANJE U RAD MOTORA SA KRATKOSPOJENIM ROTOROM
Oni se moraju puštati direktnim priključivajem statora na mrežu. Za svaku
mrežu propisana je snaga motora koji se na nju može direktno priključiti.
a)DIREKTNO
n (OB/MIN)
1500
1000
750
Ip/In
6,5-6
6
5,5
Mp/Mn
1,4-1,1
1,3-1,1
1,1
Mpr/Mn
1,8
1,8
1,6
b)POMOĆU PRIGUŠNICE U KOLU STATORA
Prigušnice se vezuju na red sa statorom i snižavaju primarni napon na 60-70%
nominalnog.
Prvo se uključuje prekidač P1 a posle zaletanja P2. Sniženjem primarnog napona
smanjuje se polazna struja, ali i polazni momenat što je veliki nedostatak. Ova
metoda se koristi samo u slučajevima gde se ne zahteva veliki polazni momenat.
Polazna struja je oko 2,5 puta veća od nominalne.
c)POMOĆU AUTOTRANSFORMATORA
Primarni napon se se snižava na 55-75 % nominalne vrednosti.
d)POMOĆU PREBACAČA ZVEZDA - TROUGAO
Koristi se samo za lakše radne uslove.
33
g) REGULACIJA BRZINE AM
1) AM SA PRSTENOVIMA
Posmatra se motor koji radi pri const. U,f, i M. Rotorski otpornik je isključen. Ako se
sad uključi jedan deo rotorskog otpornika, pošto je napon stalan ostaje stalna E i fluks, a
promeniće se struja rotora I" = E"/Z. Ona se očigledno smanjuje a time se smanjuje i
obrtni moment. Kako je opterećenje stalno, brzina će se smanjivati. Kad se smanji brzina
poveća se klizanje, povećanjem klizanja povećaće se E" a time i I" do prethodne vrednosti.
Povećanjem I" poveća se i moment dok se ne izjednači sa otpornim momentom. Opet je
uspostavljena ravnoteža, ali sada pri manjoj brzini.
2) REGULACIJA BRZINE KS AM
Može se vršiti na više načina:
a) Promenom broja polova
Može se ostvariti na dva
naèina. Prvo stavljanjem dva posebna namota sa različitim
brojem polova (n' = 60 f /p), p1 ---n1,
p2 ---n2. Ili
stavljanjem jednog namota sa većim brojem izvoda,koji
vode do prebacača pomoću koga se namot spreže prema
potrebi.
34
b) Promenom napona statora obièno se primenjuje u intermitentnim pogonima, nedostatak
je smanjenej prevalnog momenta
c) Promenom učestanosti mreže Kako je napon proporcionalan frekvenciji i fluksu
(približno), promenom f mora se menjati i napon da bi zasićenje mašine ostalo isto, tj U/f =
const.
h) KOČENJE ASINHRONIH MOTORA
TAM se zaustavljaju na 4 osnovna načina:
a) ISKLJUČIVANJEM SA NAPONA MREŽE kinetička energija obrtnih masa se utroši na
savladavanje sile trenja. Primenjuje se kada nije potrebno da se pogon isključi na tačno
odreðenom mestu ili za tačno odraðeno vreme (ventilator)
b) UVOÐENJEM JEDNOSMERNE STRUJE U NAMOT STATORA Prvo se motor iskljuèi sa
mreže pa se zatim stator napaja jednosmernom strujom. Jednosmerna struja stvara stalno
magnetno polje u kome se rotor po inerciji obrće. Sada se u provodnicima rotora indukuje
ems,a kako je rotor ks protećićæe i struja. Sada se javlja elektromagnetna sila koja koči.
Ovakvo kočenje se koristi kada je potrebno ukočiti veliku obrtnu masu, ne naročito
precizno.
c) KOČENJE KONTRAVEZOM primenjuje se kada je potrebno da se motor brzo ukoči.
Motor se isključi sa mreže, i ponovo uključi ali sa obrnutim redosledom faza. U trenutku
35
zaustavljanja motor treba isključiti sa mreže da ne bi počeo ponovo da se obrće , ali u
suprotnom smeru. AM sada radi kao asinhrona kočnica, uzima veliku struju iz mreže i o
tome treba voditi računa.
d) GENERATORSKO KOČENJE obično se koristi pri spušanju tereta. Motor radi tako da
se teret kreće u smeru dole. Sila teže (težina tereta takoðe vuče na dole pa se rotor
okreće brzinom malo većom od sinhrone- tj radi dao generator.Sada se struja vraća u
mrežu (promena smera struje), ali se time menja smer momenta koji sada postaje kočni
(teret ne propada).
i) JEDNOFAZNI ASINHRONI MOTOR
Rad JAM se može razmetrati na dva načina. Prvi način je preko teorije poprelnih
polja. Prema ovom načinu obrtno polje se razlaže na dva nepokretna naizmenična
pulsirajuća polja . Prvo je na istom mestu kao i polje statora pa oni zajedno čine jedno
rezultantno uzdužno polje. Drugo polje rotora je pomereno za polovinu polnog koraka i
naziva se poprečno polje.
Drugi način je pomoću teorije obrtnih polja.
Kada kroz namote statora prolazi jednofazna
struja ona stvara nepokretno naizmenično polje.
Ovo pulsirajuće polje se može razložiti na dva
obrtna polja upola manjih amplituda i koja se
okreću u suprotnim smerovima. (Le Blanova
teorema). Jedno polje je direktno a drugo je
inverzno. Ako rotor stojij onda svako polje
indukuje u provodnicima rotora ems i struje , pa su
momenti jednaki i suprotni i rotor ostaje u stanju
mirovanja. Polazni moment JAM-a je jednak nuli. Ako se rotoru pomogne da krene u jednom
smeru onda je Md > Mi i motor nastavlja dalje da radi.Kada rotor dostigne brzinu blisku
sinhronoj, tada je klizanje direktnog polja s ainverznog 2-s. Prema tome se JAM ponaša kao
2 trofazne. Jedna radi kao TAM, a
druga kao koènica.
Učestanost EMS i struja koje
potiču od direktnog polja se male, sd
= sf', a od inverznog fi = (2-s)f' i
skoro je dva puta veća od primarne
učestanosti.
Očigledno je da rotor ne može
sam da krene. Zbog toga se za
stvaranje polaznog momenta koriste
različiti ureðaji kao što su: pomoćna
faza, omski, induktivni i kapacitivni otpori, prekidači i sl.
36
Pošto glavni namot statora zauzima 2/3 žlebova u preostalu trećinu se stavlja
pomoćni namot koji je od glavnog pomeren za 90 električnih stepeni. To je pomoćna faza.
Sada još treba postići da su i struje pri puštanju u rad pomerene vremenski. To se postiže
povezivanjem na red sa R, L, ili C otporom. Sada pri puštanju u rad motora nastaje
magnetno polje koje više nije simetrično (kružno) veæ je eliptično. Motor radi kao
dvofazni, a kada rotor postigne odgovarajuću brzinu pomoćna faza se isključi i dalje radi
kao jedniofazni.
ZADACI IZ ASINHRONIH MAŠINA
1. Trofazni asinhroni šestopolni asinhroni motor se napaja frekvencijom f' = 50 Hz. Brzina
obrtanja rotora iznosi n=950ob/min. Otpor izmeren izmeðu dva klizna prstena rotora
iznosi 2R"= 1.8
Struja rotora iznosi I" = 42 A. Izračunati snagu obrtnog polja Pob. Kolika
je učestanost f" veličina u rotoru?
2p = 6
q=3
n=950 ob/min
2 R" = 1.8
I" = 42 A
--------------------Pob = ?
f" = ?
P"cu = s Pob
s = (n' - n) / n'
n' = 60 f / p = 1000 ob/min
s = ( 1000 - 950 ) / 1000 = 0.05
f" = s f' = 0.05 50 = 2.5 Hz
P'
Pob
P'γ
Pk
P"cu
P"fe
Pmeh
P"cu = q R" I"2
P"cu = 3 0.9 422
P"cu = 4762.8 W
Pob = P"cu / s = 95256 W
2. Kolika je korisna snaga asinhronog motora koji ima gubitke u bakru rotora P"cu = 350 W,
klizanje 3% . Gubici u gvožðu rotora se mogu zanemariti a smatrati da mehanički gubici
iznose 2% korisne snage.
(važi slika iz prethodnog zadatka)
Pob = P" cu + P"fe + Pmeh
Pob = P"cu + 0.01 Pk + Pk
P"cu / s = P"cu + ( 0.02 + 1 ) Pk
37
P"cu ( 1/s - 1 ) = 1.02 Pk
P"cu (1 - s ) /s = 1.02 Pk
P" cu 1 − s 350 1 − 0. 03
Pk =
= 11094W
×
=
×
1. 02
s
1. 02
0. 03
3. Izračunati za asinhroni motor iz drugog zadatka stepen korisnog dejstva
gubitaka u bakru i gvožðu statora iznosi 3% snage obrtnog polja.
P' = P'cu + P'fe + Pob
P' = 0.03 Pob + Pob
P' = 1.03 Pob
Pob = P"cu / s = 350 / 0.03 = 11666
W
P' = 1.03 Pob = 1.03 11666 = 11899
W
Pk / P' = 11094 / 11899 = 0.932
P'
ako zbir
Pob
P'cu
P'fe
4. Izračunati frekvenciju veličina u rotoru kod asinhrone mašine sa ukočenim rotorom.
f" = s f' =
n' − n
n ' −0
× f '=
× f ' = 1× f ' = f '
n'
n'
5. Posmatra se asinhrona mašina u nominalnom režimu rada. Stator ima N' a rotor N"
navojaka. Na osnovu poznatog izraza za indukovanu ems u jednom navojku: E= 4.44 k f Φob.
Napisati izraze za indukovanu ems statora E' i rotora E". Kolike će biti E' i E" ako se ukoči
rotor? Kako se ponaša asinhrona mašina sa ukočenim rotorom?
E' = 4.44 k' f' N' Φob
E" = 4.44 k" f" N" Φob
Kada se rotor ukoči klizanje ima vrednost s = 1, a frekvencija velièina u rotoru jednaka je
frekvenciji velièina u statoru (zadatak br. 4). Prema tome tada je
E' =E' = 4.44 k' f' N' Φob
E"= 4.44 k" f' N" Φob
38
Kada se faze statora i rotora poklope obrtno polje preseca jednovremeno provodnike
rotora i statora i u njima indukuje ems kao u gornjim izrazima. Fazna razlika izmeðu ovih
W
V
U
ems je 0.
Ako se rotor zaokrene u smeru suprotnom od smera
obrtanja obrtnog polja ,onda će ono prvo presecati
provodnike rotora pa tek onda provodnike statora
v
pa æe ems rotora vremenski prednjaèiti ems
w
u
statora za ugao ϕ Ako se rotor zaokrene u
suprotnom smeru ( znaèi u smeru obrtanja obrtnog
polja) polje æe prvo presecati provodnike statora , pa tek onda provodnike rotora pa æe
ems statora prednjačiti ems rotora za ugao ϕ.
U oba slučaja vrednosti ems se neće promeniti ,samo će njihov fazni stav biti različit.
Odnos ems je:
E' k' N '
m1,2 =
=
E" k" N "
Prema tome asinhroni motor sa ukočenim rotorom se može upotrebiti kao transformator sa
obrtnim poljem ili INDUKCIONI REGULATOR.
KORISTI SE ZA LABORATORIJSKE POTREBE. MANA MU JE VELIKA STRUJA
PRAZNOG HODA.(50-60%) NOMINALNE STRUJE.
39
4. Sinhrone mašine
a) ELEMENTI KONSTRUKCIJE
Sinhrona mašina, kao i svaka druga mašina može da radi kao motor i generator.
Međutim, pored ove dve uloge sinhrona mašina može da radi i kao generator reaktivne
energije - sinhroni kompenzator. Najširu primenu ona ima baš kao generator.
Magnetno kolo SM se sastoji od statora, rotora i međugvožđa. Induktor je rotor, a
indukt je stator.
STATOR se pravi u obliku šupljeg cilindra i sastavljen je od dinamolimova, debljine 0.5 mm.
Limovi su međusobno izolovani tankom hartijom ili slojem laka da bi se smanjili gubici usled
vihornih struja. Pošto su ove mašine velikih snaga, u zavisnosti od broja obrtaja stator i
rotor su velikih dimenzija. Za brzinu obrtanja oko 3000 ob/min prečnik je nešto iznad 1m.
Kod SM malih brzina (velikog broja polova), unutrašnji prečnik statora kreće se i do 15 m..
Jedan sloj u paketu limova se sastoji od većeg broja delova kružnog prstena. Na
svakom limu sa unutrašnje snage su šupljine koje kada se limovi slože obrazuju zubce i
žlebove. U žlebove se stavljaju namoti.
ROTOR. U zavisnosti od konstrukcije rotora SG se dele u dve vrste: sa valjkastim rotorom
(turbogeneratore) i sa istaknutim polovima (hidrogeneratore). Pri f=50HZ, i broju parova
polova p=1 i p=2, brzine rotora su 3000 ob/min i 1500 ob/min. Za ovako velike brzine su
velike i obimne brzine, pa dolazi do velikih mehaničkih naprezanja.To zahteva da se ne ide
na velike prečnike rotora i da namot bude što ravnomernije rasporeðen po obimu rotora.
Kao pogonski motori za ove generatore služe parne turbine.
Kada je broj polova veći, manje su brzine obrtanja što dozvoljava i veći prečnik rotora.
Naprezanja više nisu toliko velika pa nije potrebna ravnomerna raspodela namota. Zbog toga
se prelazi na rotore sa istaknutim polovima. Pogonski motori su hidraulične turbine.
VALJKASTI ROTORI. Snage mašina sa valjkastim rotorom se kreæu u granicama od
1MVA do 1000MVA. Rotori se postavljaju uvek horizontalno. Za mašine velike snage koristi
se hromniklmolibdenski čelik specijalno termički i mehanički obraðen. Obično se rotor lije
u vakuumu u obliku jednog masivnog bloka, a zatim se obraðuje kovanjem. Posle mehaničke
obrade vrše se mehanička pa magnetna ispitivanja. Po čitavoj osnoj dužini rotora urezuju se
žlebovi. Približno 1/3 polnog koraka nije ožlebljena i čini zonu velikog zubca. Kroz njega
prolazi glavni deo magnetnog fluksa.
ROTOR SA ISTAKNUTIM POLOVIMA. Snage ovih mašinase kreæu od 20 KVA do
200MVA. Postavljaju se vertikalno (za manje brzine) i horizontalno.
40
b) PRINCIP RADA
Kroz provodnike rotora prolazi jednosmerna struja usled koje nastaje stalno
magnetno polje. Smer struje je takav da je jedan pol severni, drugi južni itd. Kada se rotor
obrće on nosi sa sobom svoje polje, tj nastaje obrtno magnetno polje dobijeno mehaničkim
obrtanjem rotora. Obrtno polje preseca provodnike statora i i u njima indukuje ems, čija
trenutna vrednost iznosi e=blv. Prema tome pri stalnoj brzini obrtanja, kakav oblik ima
polje takav oblik ima i ems. Namoti statora su trofazni. Indukovane ems svake faze
pomerene su za jednu trećinu periode ili za 120 stepeni.
Ako rotor ima jedan par polova, onda æe se pri jednom obrtaju imati i jedna potpuna
promena ems. Ako je brzina obrtanja u minuti n, onda je broj obrtaja u sekundi n/60=f.
Ako je broj pari polova p onda se za svaki obrtaj ima p puta veæi broj promena, pa je tada
uèestanost f=n p /60.
Za frekvenciju f=50 HZ, brzine obrtanja rotora su:
p
n
1
3000
2
1500
3
1000
4
750
5
600
6
500
Ako se stator optereti nekim trofaznim simetričnim opterećenjem, onda se kroz
namote statora uspostavljaju struje Ia,Ib, Ic, koje su u zavisnosti od karaktera
optereæenja pomerene od napona za neki ugao. Tako su i struje pomerene meðusobno
vremenski za 1/3 periode, ili 120 stepeni. Ove trofazne struje koje teku kroz trofazne
namote daju ekvivalentnu mps, a ona obrtno magnetno polje. Ovo polje je teslino obrtno
polje. Polje se obrće brzinom n = 60 f/p, znači istom brzinom kao rotor pa otuda potiče i
naziv sinhrone mašine. Relativna brzina obrtanja obrtnog polja statora u odnosu na obrtno
polje rotora jednaka je nuli., tj ona su meðusobno nepokretna., ili se kaže da su se polja
zakačila.
Rotor Sm dobija mehaničku snagu od pogonskog motora i pretvara je u električnu
snagu koja se dobija na izlazu statora.
Povratno delovanje mps statora na polje polova rotora se naziva magnetna reakcija
indukta.
41
c) IZRAZ ZA INDUKOVANU EMS PO PROVODNIKU, NAVOJKU..........
u navojku: E = 4.44 f Bm Sfe
u provodniku: Epr = 2.22 f Bm Sfe
d) MAGNETNA REAKCIJA INDUKTA
Kod SM postoje dve magnetopobudne sile, rotora i statora. MPS rotora potiče od
jednosmerne struje, koja se naziva pobudna struja i protiče kroz navojke rotora. Struja
koja protiče kroz navojke statora daje mps statora. Ove dve mps daju zajednièku mps koj
stvara zajednički fluks mašine. Mps indukta deluje povratno na mps induktora, pa se zato
naziva reakcija indukta.. Kod SM položaj mps indukta u odnosu na položaj mps induktora
nije stalan, već zavisi od opterećenja
42
e) KARAKTERISTIKE SINHRONOG GENERATORA
Karakteristika praznog hoda je kriva koja pokazuje kako se menja ems neopterećenog
generatora u funkciji pobudne struje, pri stalnoj brzini
obrtanja, E = f (J). Ova karakteristika je dvoznačna kriva.
Površina oivičena uzlaznom i silaznom granom predstavlja
gubitke usled histerezisa.. Kao karakteristika se upotrebljava
donja grana. U početku je kriva prava linija, jer je magnetno
kolo nezasićeno, kasnije mašina prelazi u zasićenje.
Karakteristika kratkog spoja pokazuje kako se menja struja statora u funkciji pobudne
struje, kada su krajevi generatora kratko spojeni i pri
nominalnoj brzini obrtanja, Ik = f (J)
Karakterisitike generatora su prave linije, zato što je pri
kratkom spoju mala vrednost ems pa mag kolo nije zasićeno.
Karakteristika reaktivnog opterećenja pokazuje kako se menja napon na krajevima
generatora u funkciji pobudne struje pri stalnoj struji indukta.
Spoljnja karakteristika prikazuje zavisnost napona od struje generatora pri stalnom cos fi
in
Karakteristika regulacije pokazuje kako se menja pobudna struja u zavisnosti od struje
statora J = f (I), pri konstantnom naponu, cos fi i n
f. GUBICI SNAGE
Po prirodi gubici se mogu podeliti na mehaničke, električne i magnetne. Mehaničke
gubitke čine gubici na trenje i ventilacioni gubici. Ne zavise od opterećenja (struje), već
samo od brzine obrtanja.Magnetni gubici su gubici u gvožðu statora, i čine ih gubici usled
histerezisa i vihornih struja.Gubici snage u bakru su: pobudni gubici ili gubici snage u bakru
rotora, gubici snage u bakru statora. Ovi gubici zavise od opterećenja. Tok snage izgleda
ovako:
Pr=P's
Pob
Pk
P
Pmeh
Pcur
Pfes
Pcus
Stepen iskorišćenja je odnos korisne i utrošene snage:
43
η=
ΣΡγ
Pk
Pk
=
= 1−
P ' P + ΣΡγ
P + ΣΡγ
Karakteristika stepena iskorišćenja je kriva koja pokazuje kako se menja stepen
iskorišćenja u zavisnosti od korisne snage, pri stalnom sačiniocu snage.. Maksimalni stepen
iskorišćenja se dobija za ono opterećenje pri kome su promenljivi gubici jednaki stalnim.
g) PARALELAN RAD SINHRONIH GENERATORA
U jednoj elektrani postoji veći broj SG, i svi oni rade paralelno. Time se omogućuje
stabilnost rada sistema, optimalna raspodela opterećenja izmeðu generatora. Koliko ih
trenutno radi paralelno zavisi od opterećenja. Kada se poveća opterećenje, priključiće se
paralelno još SG. Kada se optereæenje smanji, isključiće se SG.
Da bi radili paralelno moraju biti ispunjeni odreðeni uslovi:
1.isti redosled faza generatora i mreže
2.ems generatora mora biti jednaka naponu mreže E = U
3. E i U moraju biti u fazi.
4. učestanost generatora mora biti jednaka čèestanosti mreže
h) SINHRONI MOTORI
Sinhroni motori se grade uglavnom za veće snage. Upotrebljavaju se u pogonima gde
je potrebna konstantna brzina obrtanja. Prednost im je što mogu da rade, za razliku od svih
ostalih motora naizmeniène struje pri cos fi = 1, pa čak i da daju reaktivnu energiju u
mrežu. Uglavnom se grade sa istaknutim polovima.
PRINCIP RADA.Posmatra se mašina koja radi kao generator. Rotor se obræe
konstantnom brzinom i nosi sa sobom svoje obrtno polje. Obrtno polje statora je Teslino i
takoðe se obrće sinhronom brzinom. Meðutim ose polja statora i rotora su malo pomerene,
odnosno osa polja statora zaostaje za osom polja rotora za neki ugao delta. Kada se
opterrećenje
smanjuje
smanjuje se i ugao delta. Ako
se pogonski motor odvoji od
rotora mašine, rotor mašine
će i dalje nastaviti da se
obrće, pri čemu sada mašina
radi kao motor u praznom
hodu pri delta=0. Ako se
rotor
optereti
mašina
nastavlja dalje da radi kao
motor pri opterećenju, pri
čemu rotor zaostaje za delta.
Najveća teškoća kod sinhronih motora je puštanje u rad, naime on ne može sam da
krene i sinhronizuje se sa mrežom.
44
i) SNAGE SINHRONOG MOTORA
Utrošena snaga sinhronog motora je električna P' = q U' I' cos fi
Od ove snage se najpre jedan deo troši u namotu statora na gubitke u bakru Pcu = q R I'2
Sledeći deo snage se troši na gubitke u gvožðu statora, usled histerezisa i vihornih struja.
Ostatak snage se prenosi putem obrtnog polja na rotor Pob = P' - ( Pcu + Pfe)
Jedan deo snage koja dolazi na rotor se troši na pokrivanje mehaničkih gubitaka.
Sledeći deo čine gubici na pobudu.
j) MORDEJEVE KRIVE
Pokazuju kako se menja struja statora u funkciji pobudne struje pri stalnom
opterećenju. I = f (J), pri P=const.
k) PUŠTANJE U RAD SINHRONIH MOTORA
SM se primenjuju za pokretanje pogona u kojima se zahteva stalnost brzine obrtanja
(ventilatori, kompresori, pumpe). Danas obično svi SM imaju prigušni namot, pa se stoga
puštaju kao asinhroni motori sa rotorom u kratkom spoju. SM manjih snaga se puštaju
direktno priključenjem statora na mrežu. Motor kreće kao asinhroni. Kad moment bude
toliki da postigne klizanje u praznom hodu 5%, uključuje se pobudna struja. Motori veće
snage se puštaju pomoću prigušnica ili autotransformatora.
45
5. Mašine jednosmerne struje
a) PRINCIP RADA
Na sledećoj slici je predstavljena elmag. šema dvopolne mašine jednosmerne struje.
Stator mašine je cilindričan i na njemu se nalaze dva istaknuta pola. Oko svakog polnog
jezgra je namotan neprekidan izolovan provodnik i formira pobudni navoj sa N' navojaka.
Struja I' koja prolazi kroz pobudni namot stvara magnetni napon N'I' a on dalje fluks.
Očigledno stator je induktor.
46
Ovaj fluks prolazi
kroz meðugvožðe i indukt,
a njegov put je prikazan
na gornjoj slici. Magnetna
indukcija
po
obimu
indukta nije svuda ista i
uglavnom zavisi od oblika
polnih nastavaka.
Po obimu indukta
se nalaze žlebovi u koje
se smeštaju izolovani
provodnici i koji obrazuju
namot indukta. Nezavisno
od režima rada mašine pri
obrtanju
indukta
u
svakom od njegovih provodnika indukovaće se ems po poznatoj zavisnosti:
e = b l v,
čiji se smer odreðuje prema pravilu tri prsta leve ruke.
Posmatra se navojak koji se sastoji od dijametralno smeštenih provodnika 1 i 2. Kraj i
početak navojka spojeni su sa dva klizna prostena koji se obrću zajedna sa induktom. Po
prstenovima klize nepomične dirke. Smerovi napona su prikazani na slici. Pošto su provodnici
redno vezani ukupni indukovani
napon će biti:
e = 2 e1 = 2 b l v
Pošto su dužina i brzina
konstantni oblik ems zavisi
samo od oblika el mag indukcije
b. Odavde se vidi da ako se
sada
na
dirke
priključi
prijemnik
na
njegovim
krajevima
će
delovati
naizmenični napon. Pogodnim
izborom oblika polova, može se postići da se ovaj napon menja po sinusnom zakonu.
Ako se klizni prstenovi zamene jednim presečenim prstenom desiće se sledeće. U
toku pozitivnog dela napona provodnik 1 je spojen sa + dirkom. U trenutku kada bi se usled
obrtanja izmenio smer napona , provodnik 2 će se spojiti sa prstenom + pa će napon ostati i
dalje pozitivan.
Ako se doda još jedan navojak električno pomeren u odnosu na prethodni za 90,
indukovane ems su jednake ali fazno pomerene za 90. Svakim sledećim udvajanjem broja
navojaka održavajući fazni pomeraj, dobiće se naponi kao na slici. Napon nije stalan , ali su
njegove promene utoliko manje ukoliko je veći broj navojaka.
Indukovani napon u induktu iznosi: E = N K Φ
47
b) IZRAZ ELEKTROMAGNETNOG MOMENTA
Indukt mašine jednosmerna struje se okreće u smeru kazaljke na satu brzinom n. U
provodniku 1 pod polom N indukuje se napon u smeru +. Ako je na dirke priključen provodnik
kroz njega će u istom smeru teći struja I. Pošto se provodnik sa strujom nalazi u stranom
magnetnom polju na njega deluje el. mag sila F = B I l.
Smer ove sile je odreðen po pravilu 3 prsta desne ruke.
Na svaki provodnik deluje ova sila, pri čemu se intenziteti sila razlikuju jer se menja B. Sve
ove sile obrazuju el. mag. moment našine. NJegova veličina iznosi: M = C I Φ
MJSS je reverzibilna, može da radi i kao generator i kao motor.
Da bi radila kao generator, njen indukt mora da se obrće pomoæu nekog pogonskog
motora. Tada struje u provodnicima imaju iste smerove kao i naponi indukovani u njima.
Elektromagnetni moment je otporni i protivi se obrtanju indukta.
Da bi radila kao motor ,treba je priključiti na izvor JSS. Struja u provodnicima indukta će
imati suprotan smer od napona. Elektromagnmetna sila ima sada suprotan smer. Uzajamnim
delovanjem struja i flukseva javiće se kretni moment pod čijim delovanjem indukt počinje
da se kreće. El energija koja se povlači iz mreže se pretvara u mehaničku koju motor daje
na vratilu.
c) MAGNETNA REAKCIJA INDUKTA
Pri praznom hodu, kada kroz indukt ne teče struja, na magnetno kolo mašine deluje
samo magnetni napon pobudnih namota F'. Pod njegovim uticajem javlja se osnovni magnetni
fluks čija je raspodela prikazana na slici. Ovaj spektar je simetričan na ravan simetrije
polova.
Kada se mašina optereti, kroz namot indukta teče struja, koja stvara magnetni napon
indukta po paru polova F".Delovanje magnetnog napona indukta na osnovno magnetno polje
našine naziva se magnetna reakcija indukta. Kada bi induktor bio nepobuðen, a kroz namot
indukta tekla struja u mašini bi se javio fluks, čiji spoektar bi izgledao kao na sllici.
Rezultantno magnetno polje bi kod opterećene mašine izgledalo ovako:
48
Neutralna ravan se pomera iz geometrijske neutralne ravni z-z u položaj z' - z' koji
se naziva fizička neutralna ravan.
d) GUBICI SNAGE I STEPEN ISKORIŠĆENJA
Gubici se mogu podeliti na magnetne, mehaničke i električne.
Magnetni gubici su gubici u Fe i oni mogu biti usled histerezisa i usled vihornih struja.
Mehanički gubici nastaju zbog trenja.
Magnetni i mehanički gubici ne zavise od opterećenja mašine i mogu se pri n=const smatrati
konstantnim. Zbir ovih gubitaka se može smatrati gubicima u praznom hodu i mogu se
odrediti eksperimentalno.
Električni gubici su gubici u bakru, i zavise od kvadrata struje. Ovi gubici su promenljivi,
rastu sa povećanjem struje.
Pored ovih postoje i razni dodatni gubici, koji čine oko 1% korisne snage mešine.
Pgub = Pfe + Pcu + Pmeh + Pdod
e) GENERATORI JEDNOSMERNE STRUJE
Osobine generatora jednosmerne struje odreðene su
načinom pobuðivanja. Načini
pobuðivanja su: nezavisna pobuda, redna, otočna, složena ( aditivna i diferencijalna pobuda)
Osnovne karakteristike generatora su:
1) KARAKTERISTIKA PRAZNOG HODA pokazuje kako se pri praznom hodu I=0, i pri
stalnoj brzini n=const. menja indukovani napon generatora Eo, kada se menja pobudna
struja.
2) SPOLJNJA KARAKTERISTIKA, predstavlja zavisnost napona na krajevima generatora
U od struje optereæenja I pri stalnoj brzini obrtanja.
3) KARAKTERISTIKA POBUDE predstavlja zavisnost pobudne struje J od struje
optereæenja I pri stalnom naponu U i n.
49
f) MOTORI JEDNOSMERNE STRUJE
Svojstva motora jednosmerne struje odreðena su načinom napajanja pobudnog
namota. Prema pobudi razlikuju se motori sa nezavisnom, otočnom, rednom i složenom
pobudom.
Osnovne karakteristike motora jednosmerne struje su:
50
a) karakteristika brzine koja predstavlja zavisnost brzine obrtanja indukta motora n
od struje indukta I , pri konstantnom naponu i pobudi. n = f ( I )
b) karakteristika momenta koja pokazuje zavisnost momenta motora od struje
indukta, pri konstantnom naponu i pobudi.
c) mehanička karakteristika koja predstavlja zavisnost brzine obrtanja indukta
motora od momenta pri konstantnom naponu i pobudi
g) PUŠTANJE U RAD MOTORA JEDNOSMERNE STRUJE
Postoje dva načina za puštanje u rad.
a) U kolu rotora postoji otpornik. Ovaj otpornik smanjuje jačinu struje pri polasku
jer tada u kolu motora deluje samo omov zakon. Povećanjem brzine javlja se EMS koja je po
smeru suprotna naponu mreže, i time ograničava struju. Zato se sa postepenim
povećavajem brzine isključuje deo po deo otpornika.
b) Ako u pogonu postoje 2 motora tada se oni prvo vezuju na red. Kada se dostigne
polovina nominalnog broja obrtaja prevežu se da rade parelalno. Naime, kada su vezani na
red, tada je svaki od njih priključen na polovinu napona mreže. Kad je manji napon manje su
i polazne struje.
h) ZAUSTAVLJANJE MOTORA JEDNOSMERNE STRUJE
Zaustavljanje može biti na 4 načina
a) Isključivanjem sa mreže motor se zaustavlja zbog sile trenja
b) Generatorskim kočenjem Prvo se poveća pobudna struja. Time se poveća E. Kada E
postane veće od U struja kroz namotaje rotora menja smer - motor postaje generator, a
moment je kočni.
c) Kočenje kontravezom
menja smer)
Vrši se promenom smera pobudne struje (E=nk Moment takoðe
d) Elektrodinamičko koèenje Motor se isključi sa mreže, u kolo rotora se doda otpornik a
pobuda ne menja smer. Sada u kolu postoji samo ems (suprotnog smera od napona)i
otpornici i kroz kolo teče struja u suprotnom smeru, i moment menja smer postaje kočni.
51
i) REGULACIJA BRZINE MJSS
Može se izvesti na više načina:
paralelna i složena pobuda
Otporom u kolu rotora Kada se poveća vrednost otpora u kolu rotora, smanjiće se struja
rotora J. a time i moment mašine. Kako je otporni moment ostao isti smanjiće se brzina..
Kada se smanji brzina smanji se i E, a zbog toga se sada poveæa J i sanjom i moment.Sada
motor opet radi u ustaljenom režimu samo pri manjoj brzini.
otočna pobuda
Promenom pobudne struje Povećanjem pobudne struje, povećava se i fluks. Zato se poveća
i E. Kada E postane veće od napona, struja će promeniti smer, pa se menja i smer momenta.
Rotor sada usporava i nalazi se u režimu generatorskog kočenja.Pošto motor usporava E
počinje da opada i mašina se polako vraća u radno stanje motora. Samo sada sa manjom
brzinom
redna pobuda
Promenom pobudne struje Obično se veže jedan regulacioni otpornik paralelno sa
namotajem. Struja opterećenja se deli na dva dela. Jedan deo prolazi kroz pobudni namotaj
a drugi deo kroz otpornik. Smanjena pobudna struja smanjuje B, a time se povećava brzina
52
ZADACI IZ MAŠINA JEDNOSMERNE STRUJE
1. Dijagram magnetne indukcije jedne dvopolne mašine prikazan je na slici. Fluks po polu
iznosi 0.01 Wb. Brzina obrtanja jednog provodnika kroz koji protiče struja od 12 A iznosi
1500 ob/min.
b
l
+B
a
τ
b
x
-B
r
Zanemarujući sve gubitke izračunati:
1. indukovanu ems u provodniku koji se
kreæe od a do b
2. elektromagnetnu snagu za vreme tog
kretanja
3. moment
1.) e = B l v = 0.5 V
2.) p = e i = o.5 12 = 6 W
3.) M = F r = B I l r
2. Izračunati vrednost indukovane ems generatora sa otočnom pobudom ako su poznati
sledeći podaci:
Ra = 0.5 Ω
Rpot
Rpob = 22 Ω
Rpot = 2.2Ω
Ipot
U = 220 V
U
+
Ia = Ipot + Ipob
Ia Ra
+
Ipot = U / Rpot = 220 / 2.2 = 100 A
E
Ipob = U / Rpob = 220 / 22 = 10 A
Ia = 100 + 10 = 110 A
Ipob
E = Ra Ia + U = 0.5 110 + 220 = 55 + 110 = 165 V
3. Pri kom opterećenju nastaje maksimalni
stepen korisnog dejstva za GJSS sa nezavisnom pobudom. Zbir gubitaka usled trenja, u
gvožðu, i pobudnom namotaju iznosi 256 W. Nominalni napon na krajevima generatora iznosi
220 V. Otpor indukta je 0.5Ω , a pad napona na dirkama je ΔU = 0.1 V. Kolika je vrednost
maksimalne korisne snage?
Ipob
Najveći stepen korisnog dejstva nastaje kada se izjednače stalni i promenljivi gubici:
Pconst = Pprom
Pconst = ΔU I + Ra Ia2
256 = 0.1 I + 0.5 I2
I = ...... = 9.63 A
Pk = 220 9.63 = 2118.9 W
53
b) Izračunati isto za redni motor ako je zbir gubitaka u Fe i na trenje 500 W, napon na
krajevima 220 V Zbir otpora induktora i indukta iznosi Re=Ra + Rpob = 0.5 Ω
Pconst = Pprom
Pconst = Re I2
500 = 0.5 I2
500
I=
= 1000 = 31. 62 A
0.5
Utrošena snaga motora iznosi P = U I = 220 31.62 =6957 W
4. Dat je generator sa otočnom pobudom čiji su podaci: Ra = 0.5 Ω, Ia = 20 A, pad napona
na dirkama iznosi 2 V a napon nanjegovim krajevima je 220 V. Ako indukovana ems u
praznom hodu iznosi 257 V izračunati pad napona usled reakcije indukta.
E = RaIa + U + ΔU
E = 0.5 20 + 220 + 2
E = 232 V
ΔU = Eo - E = 257 - 232 = 25 V
54
Download

1. elektroenergetika