valtakozo aramu gepek
TRANSCRIPT
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 1/29
Váltakozóáramú gépek
Összeállította: Langer Ingridadjunktus
Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Kar
Mechatronikai és Autótechnikai Intézet
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 2/29
OE BGK MEI 2010. 2
Aszinkron (indukciós) gép Az ipari berendezések villamos hajtásaiban túlnyomórészt
az aszinkron gépek terjedtek el. Általában háromfázisúhálózatról és csaknem kizárólag motorként üzemeltetik.
Felépítés
1. Állórész (sztátor)
-Lemezelt vastest: kb. 0,5 mm vastag körgyűrű alakúlemezekből áll, belső kerülete mentén hornyoktalálhatók
-Háromfázisú tekercselés: a tekercsvégek akapocstáblához vannak kivezetve, melyek Δ vagy Ykapcsolásban csatlakoznak a háromfázisú hálózathoz.
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 3/29
OE BGK MEI 2010. 3
Az aszinkron motorok felépítése
2. Forgórész (rotor)Lemezelt vastest: kb. 0,5 mm vastag körgyűrű alakú lemezekből áll. Kivitele lehet:Csúszógyűrűs (tekercselt forgórészű) Kalickás (rövidrezárt forgórészű)
A forgórész is háromfázisú tekercselésttartalmaz, melyet általában Y -ba kapcsolnak.
A tekercsvégek a tengelyen elhelyezettcsúszógyűrűlhöz csatlakoznak.
A forgórész hornyaiba vezetőkből készültrudazat kerül, melyeket a homlokoldalongyűrűk zárnak rövidre.
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 4/29
OE BGK MEI 2010. 4
Csúszógyűrűs (tekercselt forgórészű)aszinkron motor
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 5/29
OE BGK MEI 2010. 5
Kalickás (rövidrezárt forgórészű) aszinkronmotor
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 6/29
OE BGK MEI 2010. 6
A kalickás és a csúszógyűrűs aszinkronmotorok összehasonlítása
Kalickás
egyszerű szerkezet üzembiztos működés
olcsó megoldás
fordulatszáma csakbonyolultabb megoldásokkal
változtatható
Csúszógyűrűs
bonyolult felépítésdrága kivitel
nagy indítónyomaték
kíméletes indítás indítóellenállásokhasználatával
ipari alkalmazásoknál az aszinkron motorok kb. 90%-a kalickás.
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 7/29
OE BGK MEI 2010. 7
Működés
Az állórész térben egymással 120°-os szöget bezáró háromtekercsére a háromfázisú hálózat időben egymáshoz képest 120°-os
fáziseltérésű feszültségét kapcsoljuk Forgó mágneses mező alakul ki. Ennek fordulatszáma:
minp
f n
1600
ahol: f [Hz]: a tekercsekre kapcsolt feszültségfrekvenciája
p:a póluspárok száma
A forgó mágneses tér a forgórész tekercseiben (csúszógyűrűs motor) illetve rudazataiban (kalickás motor)feszültséget indukál, minek hatására a forgórészben a tekercseken- csúszógyűrűkön - keféken - indítóellenállásokon illetve a rudazatokon- rövidrezáró gyűrűkön keresztül áram indul meg. Ezen árammágneses tere a forgó mágneses térrel kölcsönhatásba lépve a forgórészre nyomatékot gyakorol, ezért aforgórész megindul a mágneses mező forgásának irányában. A forgórész sebességeelmarad a forgómágneses mező fordulatszámától, a szinkron fordulatszámtól ( n 0 ). (Ezért nevezik aszinkron motornak)
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 8/29
OE BGK MEI 2010. 8
Szlip A forgórész relatív lemaradása (csúszása) a szinkron fordulatszámhoz képest: szlip
00
01
n
n
n
nns
Ellenáramúféküzem Motor Generátoros üzem
s
nn0
1 01 n)s(n
p n0[1/min]
nn
[1/min]
sn
[%]
1 3000 2800-2880
4-6
2 1500 1410-1450
3-5
3 1000 920-970
3-8
4 750 710-730
2-5
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 9/29
OE BGK MEI 2010. 9
Teljesítménymérleg, hatásfok
22 MP
Felvett (hálózati) teljesítmény
Súrlódási és ventillációsveszteségek
cosIUP 111 3
Légrés-
teljesítmény
Hasznos (tengely)
teljesítmény
Állórész veszteségek
1
2
P
P
• Állórész tekercsveszteség:Pt1=3If1
2R 1, ahol R az állórésztekercs egy fázisának ohmosellenállása.
• Vasveszteség Pvas
lP
Mechanikai
teljesítmény
lm P)s(P 1
Forgórésztekercsveszteség
)P(
PsR IP
vas
lf t
0
3
2
2
2
22
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 10/29
OE BGK MEI 2010. 10
Az aszinkron gép nyomatéka
)(3)1( 2
2
20002
0
l mechl t
l
P s R I s M s M M P P P
M P
2
2
2
2
22
L X R
U I
202 UsU
2020222 L L X s L s L X
02 s
02
20
22
2
2
2
20
23
s M X s R
RU s
L 0
2
20
22
2
2
2
203
L
X s R
RU s M
szinkron szögsebesség
forgórész kapcsain mérhetőfeszültség álló helyzetbenforgórész kapcsainmérhető feszültség forgrészben indukálódófeszültség szögsebessége
forgórésztekercs egyfázisának ellenállása
forgórésztekercs egyfázisának reaktanciája
forgórésztekercs egyfázisának reaktanciája álló
helyzetben
A motor nyomatéka a feszültség négyzetével
arányos
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 11/29
OE BGK MEI 2010. 11
Az aszinkron motor helyettesítő kapcsolása
R 1 :az állórész tekercselés egy
fázisának ellenállásaXs1: az állórész tekercselés egy
fázisának szórási reaktanciájaXm: mágnesező reaktanciaX's2: a forgórész egy fázisának szórási
reaktanciája az állórésztekercselés menetszámáraátszámítva
R'2: a forgórész egy fázisánakellenállása az állórész tekercselésmenetszámára átszámítva
R v: vasveszteségi ellenálásR't: a terhelésnek megfelelő ellenállás
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 12/29
OE BGK MEI 2010. 12
Nyomaték -fordulatszám jelleggörbe
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 13/29
OE BGK MEI 2010. 13
Az aszinkron motorok üzemi kérdéseiIndítás
Probléma: Ii=(3...9)xIn ez a hálózatban nagy feszültség-esést okozhat
csökkenteni kell
1. Csúszógyűrűs aszinkron motorokindítása
A forgórészkörbe csúszógyűrűkön keresztül beiktatott csillagbakapcsolt indítóellenállásokkal történik. Az indítóellenállásokkalelérhető, hogy az indítási áramlökés lecsökkenése mellettmegnő az indítónyomaték.
Az inditás folyamata alatt az indítóellenállásokat fokozatosan rövidre zárják.
m
0 n0
M
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 14/29
OE BGK MEI 2010. 14
Indítás2. Kalickás aszinkron motorok indítása
• Közvetlen indítás: Kis teljesítményű gépek és/vagy nagy teljesítményű hálózatokesetén lehetséges
• Indítási áram csökkentése a kapocsfeszültség csökkentésével:
I. A motor és a hálózat közé ellenállások vagy fojtótekercsekbeiktatása :
Az indítási nyomaték is csökken!
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 15/29
OE BGK MEI 2010. 15
IndításII. Takarékkapcsolású transzformátor alkalmazása (nagyfeszültségű
motoroknál alkalmazzák)
Indításkor először 2K és 1K kapcsolót zárjuk, majd az üzemi fordulatszám közelében 2K nyit és3K zár.
A hálózati áramlökés és az indítnyomaték egyaránt 1/a2-szeresre csökken
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 16/29
OE BGK MEI 2010. 16
IndításIII. Y- Δ indítás (kisfeszültségű motorok, 3 kW felett)
2K zár, 3K nyit: Y kapcsolás
3K zár, 2K nyit: Δ kapcsolás
3
3
U U3
Z
U Z
U3
I I3II
f
fY
f
f
fY
f
Y
3
3
U
U
U
U
M
M2
2
2
fY
2
f
Y
Indításkor az állórész tekercseitcsillagba kapcsolják, majd azüzemi fordulatszám közelébedeltába. A csillagba kapcsolttekercsek áramfelvétele 1/3-a
deltába kapcsolténak, de ezzelegyidejűleg az indítónyomaték isa harmadára csökken.
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 17/29
OE BGK MEI 2010. 17
IndításMélyhornyú és kétkalickás motorok
A közönséges kalickás motorok indításához használt áramcsökkentő módszerek azindítónyomatékot is lecsökkentik. 40-50 kW teljesítmény felett nem lehet összehangolni azáramcsökkentést a szükséges indítónyomaték biztosításával
speciális forgórészeket gyártanak: mélyhornyú kalickával vagy kettős kalickával
Működési elv:
• Mélyhornyú kalicka: A vezetők magas keskeny rudak. A rudak alsó részének reaktanciája
sokszorosa a felső rész reaktanciájának. Indításkor, amikor a forgórész áram frekvenciájanagy (f 2=sf 0), az áram a felső, kisebb reaktanciájú vezetékelembe szorul ( szkin hatás) Ahatás olyan, mintha a forgórész ellenállása megnőne Mi Ii
• Kétkalickás motor : A légréshez közelebbi kalicka nagy, az alsó kis ellenállású. Induláskor azáram kiszorul a nagy ellenállású, kis reaktanciájú külső kalickába, üzem közben pedig a kisellenállású belső kalicka vezetőiben folyik.
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 18/29
OE BGK MEI 2010. 18
Fordulatszám változtatás
p
f n
)s(nn
0
0 1
)s(pf n 1
A fordulatszám megváltoztatható:
• a szlip
• a pólusszám
• a frekvencia változtatásával
1. Szlip változtatása (csúszógyűrűs aszinkron motorok)
A légrésteljesítmény a terhelőnyomatéktól függ. Ha Mt nem változik, Pl sem változik.
.álls
PP tl 2
2tP változik s is változik
változtatása: forgórész körbe iktatott ellenállásokkal2tP
s
R
s
R R '''2
1
2
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 19/29
OE BGK MEI 2010. 19
Fordulatszám változtatás
2. Pólusszám változtatás (kalickás motorok) Veszteségmentes megoldás.
Dahlander- féle tekercselés : az egyes fázistekercsek két félből állnak, amelyeketsorban vagy párhuzamosan lehet kapcsolni
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 20/29
OE BGK MEI 2010. 20
Fordulatszám változtatás
3. Állórész frekvencia változtatása A legkorszerűbb megoldás. Félvezető elemekből épített frekvenciaváltókkalveszteségmentes , folyamatos fordulatszám változtatás érhető el. 3000 1/min-nélnagyobb fordulatszám is elérhető
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 21/29
OE BGK MEI 2010. 21
Fékezés1. Haszonfékezés
A teher a szinkron fordulatszám fölé gyorsítja a forgórészt (pl. lejtmenet, tehersüllyesztés)a motor indukciós generátorként a tengelyen felvett mechanikai energiát villamos
energiává alakítva visszatáplálja a hálózatnak.
A billenőnyomatékot még átmenetileg sem szabadtúllépni, mert ha teher nyomatéka nagyobb a fékezőnyomatéknál a terhet többé nem lehet lefékezni.
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 22/29
OE BGK MEI 2010. 22
Fékezés
2. Ellenáramú fékezés
A forgófluxus (a motor nyomatéka) ellentétes a forgásiránnyal:
• Két fázis megcserélésével megfordítjuk a forgófluxus irányát: lassító fékezés
• A munkagép forgásiránya megváltozik, a fluxus forgásiránya változatlanmarad: tehersüllyesztés
3. Dinamikus fékezés (fékezés egyenáramú gerjesztéssel)
Az állórészt lekapcsoljuk a hálózatról és egyenárammal gerjesztjük, a motor csúszógyűrűihez pedig fékezőellenállásokat kapcsolunk
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 23/29
OE BGK MEI 2010. 23
Egyfázisú aszinkron motorKis teljesítményű hajtásokhoz használják, ahol nem áll rendelkezésre háromfázisú hálózat.
(pl. kis kompresszorok, szivattyúk).Felépítés: Állórész: egyfázisú tekercselést tartalmaz
Forgórész: kalickás, (esetleg háromfázisú csúszógyűrűs)
A tekercsben folyó váltakozó áram szinuszosan változó, de álló mágneses teret hoz létre.Ez olyan, mint két egymással ellentétes irányú fél amplitúdójú forgófluxus eredője. Anyomatéki jelleggörbe a két forgófluxus által létrehozott jellegörbe eredőjének tekinthető:
• Az indítónyomaték 0, a motormagától nem indul. (Indításberántással , vagy segédfázissal )
• Ha valamelyik irányba elindítjuk, azeredő nyomaték már nem 0, a motora névleges fordulatszámra felfut
• A forgórésszel együtt futó fluxushajtó-, az ellentétesfékezőnyomatékot hoz létre.
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 24/29
OE BGK MEI 2010. 24
Segédfázisú motorok
A főfázis tekercselés az állórész 2/3-át, a segédfázis az 1/3-át foglalja el. A két tekercs egymással90°-os szöget zár be. Forgó fluxus akkor keletkezik, ha a segédfázisben folyó áram fázisban is 90°-os
fázis eltérésben van a főfázis áramához képest.
ezt a segédfázishoz kapcsolt kondenzátor biztosítja
indítókondenzátoros : a kondenzátor a billenőnyomaték elérése után automatikusan lekapcsolódik
üzemi kondenzátoros: a kondenzátor nem kapcsolódik le
kétkondenzátoros: külön indító- és üzemi kondenzátor párhuzamosan kötve (az indítókondenzátorlekapcsolódik)
A lekapcsolást áramrelé időrelé vagy a fordulatszám alapján centrifugál-kapcsoló végzi.
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 25/29
OE BGK MEI 2010. 25
Szinkrongépek A váltakozóáramú villamosenergia-termelés legfontosabb gépe.
Generátorként és motorként egyaránt működtethető.Háromfázisú kivitelben készülnek.
Csak a szinkron fordulatszámon képesek tartósan üzemelni
Forgórészét egyenáram gerjeszti. (A tekercsek gerjesztése csúszógyűrűkön éskeféken keresztül történik.)
minp
f n
1600
Felépítés: Állórész: lemezelt, háromfázisú tekercselést tartalmaz
Forgórész: póluskerék
Hengeres pólusú:(kevés pólusszámmal nagy forgási sebesség)
A gerjesztőtekercsek atömör vagy lemezeltforgórész hornyaibanhelyezkednek el.
Kiálló pólusú:
(nagyobb pólusszám
kisebb forgási sebesség)
a gerjesztőtekercseket aforgórész koszorújáhozerősített pólusok hordják
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 26/29
OE BGK MEI 2010. 26
A szinkrongépek működése
Motor
Az állórészre kapcsolt 3 fázisú feszültség n0 fordulatszámmal forgó mágneses teret hoz létre. A forgó fluxus a gerjesztett póluskereket n0 fordulatszámon tartja, amin a motor nyomatékkifejtésére is képes. Az indítónyomaték 0, azaz álló póluskereket a forgófluxus elindítani nemtud.
Generátor Az egyenárammal gerjesztett forgórészt állandó fordulatszámmal forgatják. (gőz-, víz-,gázturbina, diesel motor) az állórésztekercsekben szinuszos háromfázisúfeszültség indukálódik
http://vimeo.com/groups/37089/videos/10291411
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 27/29
OE BGK MEI 2010. 27
A szinkrongép áramköri modellje
X j
UUI
XR ;XXX
pk a
sa
Uk Up
jX
Ia
Uk Up
jXa
Ui
UR UsUa
jXs
Ia
R
api UUU
Ui :indukált feszültségUa: armatura feszültségUp: pólusfeszültségUk : kapocsfeszültségXa: armatura reaktancia
Xs: armatura szórási reaktanciaX: szinkron reaktancia
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 28/29
OE BGK MEI 2010. 28
Szinkrongép nyomatéka
sinX
UUM
d
pk
0
3M: nyomaték
: terhelési szög (Up
és Uk közötti szög)
7/24/2019 Valtakozo aramu gepek
http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 29/29
OE BGK MEI 2010. 29
A szinkron motor indítása
A legelterjedtebb indítási mód az aszinkron felfutás : A pólussarukban beépített csillapítórudak a rövidrezáró gyűrűkkel a kalickásaszinkron motoréhoz hasonló kalickát alkotnak. Indításkor a forgórészegyenáramú tekercselését rövidre zárják, a motor aszinkron motorként elindul ésa szinkron fordulatszámhoz közeli fordulatszámra felgyorsul. A forgórészgerjesztőáram bekapcsolása után a motor "beugrik" a szinkron fordulatszámra
beugrás aszinkronizmusba