JU MJEOVITA ELEKTROTEHNIKA KOLSKA GODINAI DRVOPRERAIVAKA SREDNJA KOLA 2014./2015. BIHA

MATURSKI RADPredmet: Elektrine maine Tema: Viefazni namoti asinhrone maine

MENTOR: UENIK:prof. Smail Ibrahimpai Anes Harevi Razred: IV3

BIHA, Maj, 2015. godine.

SADRAJ1. UVOD......................................................................................................................22. ELEKTRINO I MAGNETNO KOLO OBRTNIH I ELEKTRINIH MAINA42.1 Osnovni pojmovi i pravila o izvoenju namotaja..............................................62.2 Elementi, vrste i prikazivanje namotaja............................................................82.3 Namotaji sa odjeljenim pojasevima...................................................................132.4 Namotaji sa mjeovitim pojasevima..................................................................15ZAKLJUAK......................................................................................................................16LITERATURA....................................................................................................................17

1. UVODAsinhrona maina se u primjeni najee susree kao motor, i to trofazni. Tipini je predstavnik elektrine maine male snage koja se obino pravi u velikim serijama. Prednosti asinhronih maina, u odnosu na ostale vrste elektrinih maina, su prvenstveno manja cijena, jednostavnost konstrukcije, manji momenat inercije, robusnost, pouzdanost i sigurnost u radu, lako odravanje, dok su nedostaci vezani uglavnom za uslove pokretanja i mogunost regulisanja brzine obrtanja u irokim granicama. Primjena mikroprocesora i energetske elektronike omoguila je ekonomino upravljanje motorima za naizmjeninu struju i time konkrentnost i u podruju pogona sa promjenjivom brzinom.

Slika 1. a) niskonaponski motor b) visokonaponski motor Razvoj pretvaraa energetske elektronike i primjena mikroprocesora ih je uinila konkurentnim i u podruju pogona sa promjenjivom brzinom obrtanja, gdje se ranije iskljuivo koristile maine jednosmjerne struje. Osnovni elementi asinhrone maine su: 1. mirujui dio (stator) i 2. obrtni dio (rotor). Stator se sastoji iz magnetnog kola i namotaja. Magnetno kolo je sainjeno od tankih i meusobno izolovanih feromagnetnih limova, koji su po unutranjoj strani oljebljeni. U ljebovima statora je smjeten pobudni namotaj. Namotaj je trofazni, spregnut u zvijezdu ili trougao. Poetci i krajevi namotaja pobude (statorski namotaji) su izvedeni u prikljunu kutiju maine. itav stator se stavlja u kuite maine, koje je kod manjih maina obino izliveno od aluminijuma ili livenog gvoa. Spolja su postavljena rebra radi poveanja povrine hlaenja. Ventilator je ugraen na vratilu i odnosi toplotu sa povrine kuita. Na dojnjem dijelu kuita asinhrone maine nalaze se stopala za privrenje maine za podlogu.

Rotor se sastoji iz magnetnog kola i namotaja. Magnetno kolo je sainjeno od tankih i meusobno izolovanih feromagnetnih limova koji su po spoljanjoj strani oljebljeni. U ljebovima rotora je smjeten namotaj rotora.

Slika 2. Osnovni dijelovi asinhrone maine

Namotaj rotora se izvodi na dva naina i to kao kavezni (kratkospojeni) i namotani (sa prstenovima) u tom smislu se i asinhrone maine djele na dvije grupe i to na: a) asinhrone maine sa namotanim rotorom (sa kliznim prstenovima),b) asinhrone maine sa kaveznim (kratkospojenim rotorom). Asinhrona maina sa namotanim rotorom U ljebove rotora ja postavljen trofazni namotaj. Ako je namotaj spregnut u zvijezdu onda se tri kraja spoje u neutralnu taku, preostala tri kraja se izvode do tri klizna prstena, izolovana meusobno i od vratila. Na klizne prstenove nalijeu etkice koje su u vezi sa trofaznim rotorskim otpornikom koji se esto naziva otpornik za putanje u rad. Poto je rotorski otpornik potreban samo za putanje u rad, nakon toga se etkice podiu i namtaj rotora se kratko spaja preko odgovarajueg ureaja.

2. ELEKTRINO I MAGNETNO KOLO OBRTNIH ELEKTRINIH MAINAMagnetno kolo svake elektrine maine ine oni dijelovi kroz koja prolazi korisni magnetski tok (fluks) namjenjen indukovanju napona. Pored korisnog tzv. glavnog) magnetskog toga, u maini se pojavljuju i rasipni magnetski tokovi koji se zatvaraju ne samo unutar magnetskog kola ve i izvan njega. Na sl. 3. prikazani su osnovni dijelovi magnetskog kola. Svaka vrsta elektrine maine nema sve dijelove magnetskog kola kako je prikazano na slici.

Slika 3. Osnovni dijelovi magnetskog kola Slika 4. Osnovni sastav istosmjerne maine1) zrani zazor, 2) pojas utora i zubaca,3) jaram rotora, 4) magnetni pol, 5) jaram statora

Naime asinhrona maina npr. nema izraenih (istaknutih) polova ni jarma polova ve ima dva pojasa (zona) utora i zubaca i jarma koji pripadaju cilindrinom rotoru i statoru. Silnice glavnog magnetskog toga oznaene su sa Fig a silnice rasipnog toka Fr1,Fr2. Elektrino kolo svih elektriinih maina ine njihovi namotaji. Kroz njih tee struja, bilo da je dovedena iz elektrinog izvora ili je nastala indukovanjem u samoj maini. Struje koje teku namotajima stvaraju magnetski tok u maini. Namotaji iji je osnovni zadatak da stvaraju i odravaju magnetsko polje u maini nazivaju se pobudni ili uzbudni namotaji. Pored njih imamo namotaje kojima je prvenstvena namjena da se u njima indukuje napon. Kroz takve namotaje protie energija koja se pretvara u mehaniki oblik ili obratno, nastala je od takvog oblika. Ovi namotaji spojeni su na izvor ili troilo elektrine energije i zovu se armaturni namotaji.

Slika 5. Osnovni sastav sinhrone maine Slika 6. Osnovni sastav asinhrone maine Na slici 5. i 6. predstavljen je osnovni stastav istosmjerne i sinhrone maine. Kako se sa slika vidi, pobudni namotaji kojima protie istosmjerna struja su namotaji polova koji se kod istosmjernih maina nalaze na nepokretnom djelu maine (statoru), a kod sinhronih maina na pokretnom djelu (rotoru). Sa istih slika je vidljivo da se armaturni namotaji kod istosmjernih maina nalaze na rotoru a kod sinhronih na statoru. Na slici 6. predstavljen je osnovni sastav asinhrone maine iz koga se vidi da su oba namotaja i statorski i rotorski armaturni. Znaajno je kazati da je armaturni namotaj statora asinhrone maine daje osnovnu pobudu magnetskog polja, a u njemu se ujedno vri indukovanje napona i protie energija koja se pretvara u mehaniki oblik ili je nastala od tog oblika. Zbog toga je i ovaj namotaj pobudni i armaturni, pa po svojoj fizikoj namjeni najsliniji primarnom namotaju transformatora. 2.1 Osnovni pojmovi i pravila o izvoenju namotaja U prethodnom izlaganju govorili smo o magnetnom i elektrinom kolu, o magnetnom toku koji stvara struja protiui kroz pobudne namotaje induktora iji su polovi istaknuti ili neistaknuti. Struja koja je stvarala magnetski tok bila je istosmjerna. Prije nego to preemo na razmatranje magnetskih tokova u mainama naizmjeninih struja upoznaemo se sa pojmovima, pravilima i nainom izvoenja namotaja tih maina. Uglavnom e biti govora o namotajima indukta (armature) koji se podjednako odnosi na namotaj statora sinhronih i asinhronih maina. Na primjeru generatora naizmjenine struje iji je rotor induktor sa dva istaknuta pola, a stator sagraen kao uplji valjak sa ije untranje strane se nalaze utori ili ljebovi sa izolovanim provodnicima, objasnit emo osnovne pojmove i pravila koji su veoma znaajni za shvatanje izvedbe viefaznih namotaja. Sa slike 7. vidi se da silnice magnetnog toka stvorenog pobudnom strujom indukatora (rotora) izlaze iz sjevernog pola N, prolaze kroz zrani zazor i utore indukta (statora), dijele se na dva jednaka dijela, idu jarmom statora i ponovo kroz utore i zrani zazor vraaju se u juni pola S. Ovo smo do sada posmatrali u jednom momentu. Meutim poto se induktor okree (obre) slika e se izmjeniti. Naime okreui se, induktor nosi sa sobom polove, pa magnetski tok stvoren od njih sada postaje obrtni. On zahvata ili sijee provodnike u utorima statora koji miruju i u njima po zakonu elektromagnetske indukcije indukuje napone iji smjer odreujemo (poznatno u elektrotehnici) po pravilu desne ruke. Ponovimo ga! Silnice magnetskog toka ulaze u dlan, palac oznaava smjer kretanja provodnika a isprueni prsti pokazuju smjer smjer indukovanog napona. Nije teko zakljuiti na osnovu prostorne raspodjele magnetske indukcije sa sl. 7. Da e vrijednosti indukovanih napona biti najvei u provodnicima koji se nalaze u osama polova, a da indukovanih napona nee biti (jednaki nuli) u provodnicima koji se u tom momentu nau u neutralnoj osi. Poto je u naem primjeru najvei indukovani napon u provodniku a koji se nalazi u osi sjevernog pola i u provodniku b koji se nalazi u osi junog pola, zakljuujem da ako ih spojimo serijski u njima e se indukovani napon sabrati. Na taj nain smo dobili prvi element namotaja to je navoj (navojak) sl. 8. On se znai sastoji od dva serijska spojena aktivna provodnika, od kojih se jedna nalazi ispod sjevernog pola, a drugi na istom ili priblino istom mjestu ispod junog pola. Vie aktivnih navoja spojenih meusobno u seriju iji provodnici lee u dva razliita utora ne odstupajui od ve nauenog pravila uvijek pod suprotnim polovima obrazuje cijelinu, tzv navojni dio. Taj dio nazivamo svitak koji je prikazan na slici 9.

Slika 7. Generator naizmjenine struje Slika 8. Navoji (navojak) Ove strane svitka koje se nalaze u utorima nazivamo aktivnim stranama ( u snjima se vri indukcija). Zato nastojimo da neaktivne strane budu to krae radi utede u bakru. Rastojanje izmeu aktivnih strana svitka naziva se navojni korak i oznaava se sa y. On je obino jednak polnom koraku (y=r), mada u nekim sluajevima moe da bude i vei i manji od polnog koraka. Nije praktino navojni korak izraavati u geometrijskim ili elektrinim stepenima. U praksi se uglavnom navojni korak izraava brojem utora npr. kod ve sagraene maine uoimo u kojim utorima se nalazi jedan svitak i od njegove prve strane ponemo brojati utore 0,1,2,3... dok ne doemo do njegove druge strane npr. do utora 6. Prema tome navojni korak izraen u utorima je y = 6. esto se navojni korak oznaava sa dva broja u naem primjeru sa y = 1-7, to pokazuje da je prva strana svitka u utoru 1, a druga u utoru 7, to opet pokazuje da je navojni korak est utora. Namotaj induktora ili indukta sastoji se od q faznih namotaja (faza) sa odreenim brojem serijski, paralelno ili serijski paralelno spojenih svitaka pod svakim parom polova odnosno pod svakim dvostrukim polnim korakom A mora da se nalazi q faznih namotaja. Namotaj jedne faze pod svakim parom polova moe imati 1,2, - m svitaka. Poto svaki svitak zauzima dva utora, nije teko zakljuiti da m svitaka zauzima m utora pod svakim polom. Znai m predstavlja i broj utora po polu i po fazi. Da zakljuimo svici jedne faze smjeteni pod svim parovima polova ine namotaj jedne faze, ili drugim rijeima kazano namotaj jedne faze sastoji se od pm svitaka. Poto namotaji svih faza ine namotaj maine, a ako ona ima q faza onda se namotaj njenog induktora sastoji od qpm svitaka. Broj utora statora ili rotor ne moemo po volji odabrati. On je odreen elementima o kojima smo govorili odnosno formulom Z = 2pqm. Kada nam je poznat ukupni broj utora Z tako postavljamo ove relacije broj utora po polu z: z = Broj utora odnosno svitaka po polu i fazi m Broj utora po polu i po fazi moe biti cjeli ili razlomljeni broj. Svaki namotaj sa cijelim brojem utora po polu i fazi je simetrian i preteno se upotrebljava pri namatanju statora naizmjeninih maina. Namotaji sa razlomljenim brojem utora po polu i fazi npr. 4/5, 3/2, 8/9 itd su nesimetrini i upotrebljavaju se samo kod sinhronih maina. 2.2 Elementi, vrste i prikazivanje namotaja Prema broju faza, namotaje maina naizmjenine struje dijelimo na: jednofazne, dvofazne, trofazne i viefazne. Namotaj je jednofazan ako je cijela maina graena za rad na jednoj fazi (jednofazni asinhroni motor). U tom sluaju stator ima namotaj samo jedne faze, pri emu se utori ne moraju biti ispunjeni. Dvofazni namotaj se vrlo rijetko upotrebljava. Za nas praktini znaaj imaju samo trofazni namotaji. Vrlo iroko se primjenjuju pogotovo kod sinhronih generatora. Izrada im je vrlo sloena. Najvie panje emo njima posvetiti. Namotaji sa vie od tri faze izrauju se rijetko i to samo za specijalne svrhe. Prema irini svitka, odnosno veliini navojnog koraka namotaji mogu biti dijametralni i tetivni. Naziv dijametralni i tetivni primjenljivi su samo za dvopolne maine. Naime ako je y = utori koji pripadaju svitku nalaze se na krajevima dijametra, a ako je y < , utori se nalaze na krajevima tetive. Ovi nazivi zbog simbolike ostalih su i kod viepolnih maina. Namotaji sa dijametralnim korakom rijee se upotrebljavaju. Veina statorskih namotaja izrauje se sa skraenim navojnim korakom (imaju dobre elektrine osobine, a uteda je na bakru provodnika). Prema broju strana svitaka u utoru i nainu njihovo smjetanja djelimo na jednoslojne i dvoslojne. Naziv jednoslojni dolazi od toga to se u svaki utor smjeta samo jedna strana svitka, tj. jedan sloj, dok se kod dvoslojnog namotaja u svaki utor stavljaju po dvije strane svitka, odnosno dva sloja od dva razliita svitka, kako je predstavljeno na slici 10.

Slika 9. Prikaz dijametralnog i tetivnog namotaja a) svitak sa dijametralnim punim navojnim korakom (y = ), b) svitak sa tetivnim skraenim navojnim korakom (y < ).

Slika 10. a) jednoslojni namotaj, b) dvoslojni namotaj

Nije teko zakljuiti da je ukupni broj svitaka kod jednoslojnog namotaja jednak polovini broja utora, a kod dvoslojnog namotaja je onoliki broj svitaka koliki je broj utora. Jo da kaemo da je kod dvoslojnog namotaja jedna strana svitka smjetena u gornji sloj utora a druga obavezno u dojnji sloj. Kao spajamo svitke namotaje dijelimo na valovite, petljaste. I konano prema vrsti pojasa, odnosno prema broju utora po polu i po fazi namotaje dijelimo na: namotaje sa odjeljenim pojasevima, odnosno sa cijelim brojem utora po polu i po fazi i namotaje sa mjeanim pojasevima, odnosno sa razlomljenim brojem utora po polu i po fazi. Prije nego to prijeemo na detaljna objanjenja ove posljednje podjele, moramo nauiti jo neke pojmove. Polno fazna ili grupa svitaka. Ovisno o broju utora Z na statoru ili rotoru, o broju polova 2p i o broju faza q, nekoliko svitaka moemo spojiti jedan sa drugim da sainavaju polono faznu grupu. Na sl. 11. predstavljena je polno fazna grupa koncentrinog i petljastog namotaja. Izrada polno fazne grupe, isto kao i svitaka, vri se na ablonu, a da se ne prekida provodnik meu pojedinim svicima.

Slika 11. ematski prikaz polno- fazne grupe: a) koncentrini namotaj, b) petljasti namotaj.

Slika 12. Vanjski izgled polno fazne grupe dvoslojnog petljastog namotaja sastavljenje od jednog ili dva svitka, Slika 13. Fazna grupa 4-polnog jednoslojnog koncentrinog namotaja Fazna grupa. Jedna polno fazna grupa ili vie njih u fazi sainjavaju faznu grupu. Broj polno faznih grupa u fazi u jednoslojnom namotaju jednak je broju polova p, a u dvoslojnom petljastom namotaju broju polova 2p. Tako ako etveropolni jednoslojni namotaj predstavljen na slici 13. Ima dvije polne fazne u fazi (p = 2), onda e etveropolni dvoslojni namotaj imati etiri polno fazne grupe (2p = 4), kako je prikazano na slici 14.

Slika 14. Fazna grupa etveropolnog dvoslojnog petljastog namotaja

Slika 15. Naini spajanja polno - faznih grupa dvoslojnog petljastog namotaja: a) serijsko spajanje, b) paralelno spajanje, c) kombinovano mjeovito spajanje. Paralelne grane. Paralelna grana u fazi oznaava se sa a predstavlja element sastavljen od nekoliko polno-faznih grupa spojenih u seriju. Faza se moe sastojati od jedne, dvije, tri ili vie paralelnih grana. Najvei moguu broj paralelnih grana dvoslojnog namotaja jednak je broju polova 2p a najvei mogui broj paralenih grana jednoslojnog namotaja jednak je broju pari polova p. Zakljuujemo bilo koji namotaj ne moe da ima proizvoljan broj paralelnih grana. Kod dvoslojnih namotaja sa cijelim brojem utora po polu i po fazi broj paralelnih grana odreujemo izrazom: a = 2p/n

Slika 16. Naini spajanja polno-faznih grupa jednoslojnog koncentrinog namotaja a) serijsko spajanje, b) paralelno spajanje 2.3 Namotaji sa odjeljenim pojasevima ( sa cijelim brojem utora po polu i po fazi) Kod ovih namotaja pojas je odjeljen. To znai da su svi utori i sve strane svitaka u njima jedan pored drugog i da pripadaju istoj fazi. Prema tome pojasu pripada cijeli broj utora m. Primjerima emo pokazati kako se izvodi ova vrsta namotaja. Primjer 1 Nacrtajmo razvijenu emu trofaznog jednoslojnog koncentrinog namotaja, sa svicima jednakog oblika. Zadati su slijedei podaci: Z = 24, p = 2, q = 3, y = Rjeenje: Prije nego to preemo na crtanje razvijene eme namotaja moramo izraunati osnovne podatke na osnovu kojih emo obrazovati namotaj. Svakom paru polova, odnosno dvostrukom polnom koraku pripada. = Z/p = 24/2 = 12.Svakom polu pripada: z = Z/2p = 24/4 = 6 utora.Svakom polu i fazi, odnosno jednom pojasu pripada: m = Z/2pq = 24/12 = 2 utora.To znai da se grupa svitaka sastoji od dva svitka. Uzimamo da je navojni korak jednak polnom koraku tj. y = . U naem primjeru y = 6 utora. Polno-faznih grupa u naem primjeru ima pq = 23 = 6 svitaka. To znai da svakoj fazi pripadaju po dvije grupe svitaka. Sada pristupamo crtanju razvijene eme. Poinjemo od prve faze: u utore 1 i 2 smjetano lijeve strane prve grupe svitaka a desne u utore 7 i 8 za navojni korak y = 6 brojimo od prvog ili drugog utora: 0,1,2,3,4,5,6). Kod jednoslojnih namotaja sa dijametralnim navojnim korakom rastojanje izmeu susjednih grupa svitaka jedne faze jednako je dvostrukom polnom koraku, pa e druga grupa svitaka prve faze zauzimati 13. i 14. te 19. i 20. utor. Da provjerimo poto je dvostruku polni korak = 12 utora brojimo od utora i 2 ( 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12). I tako dolazimo do utora 13. i 14. Ove dvije grupe svitaka spajamo u seriju. Tako je obrazovana prva faza. Njezin poetak (ulaz) oznaavamo sa A(U) a zavretak (izlaz) sa X.

Slika 17. Razvijena ema trofaznog jednoslojnog koncentrinog namotaja: Z = 24, p = 2, q = 3, y = 6, m = 2.

Slika 18. Razvijena ema trofaznog jednoslojnog namotaja na svicima razliitog obima ije su bone strane povijene u dvije ravniNamotaj se sastoji od svitaka sa dva razliita oblika. Dijelovi svitaka koji se nalaze van utora u ovom primjeru povijeni su u dvije ravni, odnosno dvije etae i zauzimaju malo prostora. Upotrebljavaju se za statore sinhronih i asinhronih maina. Nedostatak ovog namotaja je u tome to pri izradi napredujemo po obimu uvijek u istom smjeru, pa dobijemo stator koji nije podjeljen na djelove. To kod velikih sinhronih generatora koji se grade iz vie dijelova predstavlja veliku manu. Ukoliko polno-fazne grupe spojmo paralelno dolazi do toga da kroz njih teku nejednake struje zbog razliitih aktivnih i induktivnih otpora. 2.4 Namotaji sa mjeovitim pojasevima ( s razlomljenim brojem utora po polu i po fazi)Kod ovih namotaja pojas je mjeovit. Nastaje pri skraenom navojnom koraku, manjim od polnog (y < ). To znai pojasu svake faze pod svakim polom pripada jedan cijeli utor i po polovina susjednog utora. Druge polovine susjednih utora pripadaju drugim fazama. Prema tome, pojasevi pojednih faza nisu odjeljeni ( preklapaju se) odnosno pojasu pripada razlomljeni broj utora m.

Prednost namotaja sa mjeovitim pojasevima u odnosu na namotaje sa odjeljenim pojasevima je u tome to se sa skraenjem navojnog koraka smanjuje utjecaj viih harmonika na koji se dijeli njihov magnetni napon i magnetni tok.ZAKLJUAKAsinhrone maine su nale iroku primjenu u raznim granama industrije. Proizvodnja im se vri na osnovu vie desetina proizvodnog iskustva i zarade. Asinhrone maine rade u razliitim reimima pogona, od elektrana do motora za klima ureaje. Naa zemlja u budunosti bi trebalo da bude jedan od glavnih proizvoaa asinhronih maina u Evropi, a nadamo se i ire. Prednosti asinhronih maina, u odnosu na ostale vrste elektrinih maina su prvenstveno manja cijena, jednostavnost konstrukcije, manji moment inercije, robusnost, pouzdanost i sigurnost uradu, lako odravanje, dok su nedostaci vezani uglavnom za uslove pokretanja i mogunost brzine obrtanja u irokim granicama. Namojtaj statora je trofazan, kao kod sinhronih motora. Namotaj rotora je takoer trofazan (motani) kod maina manjih snaga je spregnut u zvijezdu, dok je kod maina veih snaga, da bi se smanjio napon u stanju mirovanja spregnut u trougao, a slobodni krajevi su mu spojeni na tri metalna klizna koluta (prstena) izolovana meusobno i od vratila.

LITERATURA(1.) Slobodan N Vukosavi, Elektrine maine i postrojenja, skripta za predavanja, Beograd 2003. (2.) B. Mitrakovi: Asinhrone maine, nauna knjiga, Beograd, 1986. (3.) A. Dolenc: Asinhrone maine, Sveuilina naklada Liber, Zagreb, 1970.(4.) http://www.pomorci.com/Skole/Elektrika/Asinhrone%20masine.pdf(5.) http://www.keep.ftn.uns.ac.rs/predmeti/masinski_4g_PrimenaPLC_u_meh/PPuM%20-%20ppt%20pogoni%20-%20asinhrone.pdf(6.) http://studenti.rs/skripte/elektrotehnika/asinhrone-masine/

1