Elektrotechnika 9-10. előadás Dr. Hodossy László 2006.

Az előadások a következő témára: "Elektrotechnika 9-10. előadás Dr. Hodossy László 2006."— Előadás másolata:

1 Elektrotechnika 9-10. előadás Dr. Hodossy László 2006.

2 Aszinkron gépek Szerkezet, működés Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Szerkezet, működés Legfontosabb jellemzői: Legegyszerűbb szerkezetű forgógép Egy- és háromfázisú változat is létezik, 1 kW felett általában háromfázisú Legelterjedtebb, üzembiztos gép Motorként és generátorként is használható Hátránya: folyamatos fordulatszám változtatás csak külön költséges berendezéssel biztosítható Két fő szerkezeti egység: állórész és forgórész . . . Szerkezeti felépítés Állórész: lemezelt (örvényáramok csökkentése miatt) háromfázisú tekercs, térben 120-os eltolással Forgórész: lemezelt és hengeres lehet tekercselt (csúszógyűrűs) vagy rövidrezárt (kalickás)

3 Aszinkron gépek Szerkezet, működés Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép . . .

4 Aszinkron gépek Szerkezet, működés Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Szerkezet, működés Kalickás forgórészű gép . . .

5 Aszinkron gépek Szerkezet, működés Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Szerkezet, működés Háromfázisú aszinkron gép működése: Lehet motor vagy generátor Motoros működés: Állórész háromfázisú tekercselése: szinuszos háromfázisú feszültségre kapcsolva → forgó mágneses tér . . . f1: frekvencia p: póluspárok száma forgó mágneses tér → a forgórészben feszültség indukákódik → áram áram és a mágnestér kölcsönhatása nyomatékot létesít → aszinkron forgás

6 Aszinkron gépek Forgó mágneses tér Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Forgó mágneses tér . . .

7 Aszinkron gépek Forgó mágneses tér Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Forgó mágneses tér . . . t2 = t1 + 60˚ t3 = t2 + 60˚

8 Aszinkron gépek Szlip Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Szlip A forgórész fordulatszáma < szinkron fordulatszám A forgórésznek a forgó mezőhöz képesti relatív lemaradását, csúszását szlipnek nevezzük: . . . A fordulatszám:

9 Aszinkron gépek Teljesítmény viszonyok Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Teljesítmény viszonyok . . . Pfel : hálózatból felvett teljesítmény Pv : állórész vasvesztesége Pl : légrésteljesítmény

10 Aszinkron gépek Teljesítmény viszonyok Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Teljesítmény viszonyok . . .

11 Aszinkron gépek Aszinkron gép nyomatéka Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Aszinkron gép nyomatéka . . . U20: a forgórész kapcsain mérhető feszültség álló helyzetben X20: a forgórésztekercs egy fázisának reaktanciája álló helyzetben R2: a forgórésztekercs egy fázisának ellenállása Fontos: A motor nyomatéka a feszültség négyzetével arányos!

12 Aszinkron gépek Nyomaték jelleggörbe Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Nyomaték jelleggörbe Mi : indítási nyomaték Mb : billenő vagy maximális nyomaték Mt : terhelő nyomaték n0 : szinkron fordulatszám sb : billenő szlip . . .

13 Aszinkron gépek Villamos helyettesítő kapcsolás Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Villamos helyettesítő kapcsolás A villamos helyettesítő kapcsolás alapján a gép működése jobban megérthető A három fázis szimmetriája miatt egy fázisra a kapcsolás: . . .

14 Aszinkron gépek Kördiagram Villamos gépek Elektrotechnika
Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Kördiagram Az állórész áramvektor helygörbéje ~ aszinkron motor áramvektor-diagramja . . . I1 I∞ I0

15 Aszinkron gépek Aszinkron motorok indítása Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Aszinkron motorok indítása A nagy indítási áram nagy feszültségesést okozhat a hálózatban → csökkenteni kell Kalickás motorok indítása 1. Közvetlen indítás . . Kisebb teljesítményű motor és „erős” hálózat esetén megengedett 2. A nagy indítási áram csökkentése a kapocsfeszültség csökkentésével . ellenállással: a motor és a hálózat közé ellenállásokat iktatunk (veszteséges) reaktanciával: a motor és a hálózat közé reaktanciákat iktatunk (elvileg veszteségmentes) transzformátorral: a motor és a hálózat közé transzformátort iktatunk (elvileg veszteségmentes) / indítás → egyik leggyakoribb megoldás Elektronikus kapcsolás alkalmazása (ún. lágyindítók alkalmazása) (legkorszerűbb megoldás)

16 Aszinkron gépek Aszinkron motorok indítása Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Aszinkron motorok indítása . . .

17 Aszinkron gépek Aszinkron motorok indítása Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Aszinkron motorok indítása Csúszógyűrűs motorok indítása Forgórész körbe iktatott ellenállásokkal . . .

18 Aszinkron gépek Aszinkron motorok indítása Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Aszinkron motorok indítása Mélyhornyú és a kétkalickás motorok indítása A működés elve az áramkiszorulás jelenségét (skin hatás=bőr hatás) használja ki. Indításkor a forgórészben az áram frekvenciája „nagy”, az áram nem tölti ki egyenletesen a vezető keresztmetszetét. . . Kétkalickás gép esetén: ρkülső > ρbelső .

19 Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás A fordulatszámot három tényező befolyásolja: szlip, frekvencia, póluspárszám . . . Szlip változtatása csúszógyűrűs motornál: A forgórészkörbe iktatott ellenállásokkal: Folyamatos fordulatszám változtatás lehetséges Egyszerű, de veszteséges

20 Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás Szlip változtatása Csúszógyűrűs motor . . .

21 Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás Szlip változtatása Kalickás motor Csak elvi lehetőség, mert a nyomaték erőteljesen lecsökkenne . . .

22 Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás Pólusszám változtatása Az állórész tekercselés pólusszámának változtatásával több fokozatú fordulatszám változtatás érhető el: pl. Dahlander féle tekercselés: Az egyes fázistekercsek két félből állnak, amelyeket sorba vagy párhuzamosan lehet kötni . . .

23 Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Fordulatszám változtatás Állórész-frekvencia változtatása A legjobb és legkorszerűbb megoldás: félvezető eszközökből épített ún. frekvenciaváltókkal (a frekvenciával együtt a feszültséget is változtatják) folyamatos fordulatszám változtatás Veszteségmentes 3000 ford./percnél nagyobb fordulatszám is elérhető . . .

24 Aszinkron gépek Egyfázisú aszinkron motorok Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Egyfázisú aszinkron motorok Állórészen egyfázisú tekercselés, a forgórész kalickás kivitelű Az állórészre kapcsolt egyfázisú feszültség hatására lüktető mágneses tér alakul ki A lüktető mágneses tér tartja forgásban a forgórészt Az indításhoz ún. segédfázis tekercs szükséges (forgó mágneses tér kell) . . .

25 Aszinkron gépek Segédfázisú aszinkron motorok Villamos gépek
Elektrotechnika Villamos gépek Hálózatok analízise Szerkezet, működés Tekercselt forgórészű gép Kalickás forgórészű gép Motoros működés Forgó mágneses tér Szlip Teljesítményviszo-nyok Nyomaték Nyomaték jelleggörbe Helyettesítő kép Kördiagram Indítás Fordulatszám változtatás Egyfázisú aszinkron motor Segédfázisú aszinkron motor Aszinkron gépek Segédfázisú aszinkron motorok Állórészen fő- és segédfázis (90°-kal eltolva a főfázishoz képest), Segédfázis a forgás megindulását segíti elő (elliptikus forgó tér) Üzemi, vagy indítókondenzátor a villamos 90°-os fázistoláshoz . . .