ELEKTRINI STROJEVIPod pojmom elektrinih strojeva podrazumjevaju se elektromotori i generatori za proizvodnju elektrine energije. Elektromotori pretvaraju elektrinu energiju u mehaniku, a generatori pretvaraju mehaniku energiju u elektrinu.Najee koritene vrste elektromotora su prikazane na slici

Podjela elektromotora bazirana na vrsti elektrine energijekoja je potrebna za rad elektromotora

Postoje podjele elektromotora i prema:snazi: mali, srednji i veliki elektromotori,prema naponu: niskonaponski i visokonaponski elektromotori,prema nainu izrade: elektromotori serijske izvedbe i posebne izvedbe,prema tehnologiji pogona: valjaoniki, dizalini, transportni (kotrljae), itd.,prema brzinama: sa vie brzina (polno preklopivi) i sa jednom brzinom, motori sa mogunou regulacije brzine,posebne izvedbe: protueksplozijski elektromotori ASINHRONI ELEKTROMOTORIAsinhroni motori su najvie primjenjivani elektromotori. Razlozi njihove velike primjene su: najjeftiniji, zahtjevaju najmanje odravanje, a lako ih je konstruktivno prilagoditi najrazliitijim zahtjevima

OKRETNO MAGNETSKO POLJE STATORA ASINHRONOG MOTORA Asinhroni motor ima dva osnovna dijela: stator i rotor . Stator je nepomini dio asinhronog motora, a rotor dio koji se moe vrtiti oko svoje osovine.Stator trofaznog asinhronog motora ine trofazni namot (x-poetak, a xo- zavretak prve faze, y poetak, a yo zavretak druge faze, z poetak, a zo zavretak tree faze) i jezgra statora, koja je izvedena od dinamolimova. Namoti statora se mogu spajati u spoju zvezda ili trokut. Kao to je vidljivo sa slike namoti statora pojedinih faza su prostorno jedan u odnosu na drugi pomaknuti za ugao 120. Ovo je jedan od dva uvjeta, koje treba ispuniti da bi stator trofaznog asinhronogmotora proizveo okretno magnetsko polje. Drugi uvjet je tok trofaznih naizmjenihnih struja Ix, Iy i Iz u fazama namota statora trofaznog asinhronog motora.

Prikaz najjednostavnije izvedbe trofaznog asinhronog motora a);prikaznajjednostavnije izvedbe namota statora trofaznog asinhronogmotora spojenog u zvjezdu b); prostorni izbled namota statora c;

Prikljui li se namot statora trofaznog asinhronog motora na trofaznu mreu napona, u fazama namota statora poteku naizmjenine struje Ix, Iy i Iz iji su vremenski tokovi prikazani na slici .Svaka od tri navedene struje stvara svoje magnetsko polje. Struja Ix stvara magnetski tok x, struja Iy stvara magnetski tok y i struja Iz stvara magnetski tok z.Rezultujui magnetski tok je dat izrazomPoloaji vektora ukupnog magnetskog toka prikazani su za vremenske trenutke trofaznih struja statora ix , iy i iz , t1, t2 i t3 na slici kao i poloaji i veliine magnetskih tokova , x, y i z.

Karakteristike rezultujueg magnetskog toka su sljedee:-Rezultujui magnetski tok se vrti prostorno. Jedan puni okret naini u vremenu koje odgovara periodi naizmjeninog napona mree na koju su prikljueni namoti statora trofaznog asinhronog motora;-Veliina rezultujueg magnetskog toka je konstantna i jednaka

gdje je x max = y max = z max maksimalna vrijednost toka koju stvara maskimalna vrijednost struje jedne faze statora (ix max = iy max = iz max);-Brzina vrtnje rezultujueg okretnog magnetskog toka je data izrazom gdje je: f frekvencija naizmjeninog napona mree na koju je prikljuen stator asinhronog motora, p broj pari polova statora asinhronog motora.

-Okretni magnetski tok moe se reverzirati odnosno moe mu se promjeniti smjer vrtnje, zamjenom prikljuka dviju faza trofazne mree na prikljucima dvije faze namota statora

Promjena smjera vrtnje okretnog magnetskog toka zamjenom dviju faza mree na prikljucima namota statora asinhronog motora

Postojanje okretnog magnetskog polja statora trofaznog asinhronog motora je mogue demonstrirati na nain prikazan na slici.Postavimo oko svoje ose vrtivu magnetsku iglu unutar statora trofaznog asinhronog motora. im se prikljui stator trofaznog asinhronog motora na mreu magnetska igla poinje da se vrti. To je potvrda da tada stator trofaznog asinhronog motora stvara okretno magnetsko polje. Ako se stator iskljui sa mree, magnetska igla prestaje da se vrti.Zamjene li se dvije faze mree na prikljucima statora trofaznog asinhronog motora magnetska igla promjeni smjer vrtnje.

Klasifikacija trofaznih asinhronih motora s obzirom na veliinu brzine vrtnje okretnog magnetskog polja statora ns

Broj pari polova statora p Brzina vrtnje okretnog magnetskog polja statora ns o/min Karakteristino podruje primjene trofaznog asinhronog motora 13000Pumpe i ventilatori 2150031000Pogoni dizalice (vonja mosta imake, dizanje, itd.) 4750560065007428Transportni ureaji realizirani sa pojedinanim pogonom kotrljaa83759330...30100

INDUKOVANI NAPON U NAMOTIMA ROTORA TROFAZNOG ASINHRONOG MOTORAPostavimo u stator trofaznog asinhronog motora jedan elektromagnet koji se moe vrtiti oko svoje osovine kao to je prikazano na slici

Na osnovu ovog pokusa moe se zakljuiti da okretno magnetsko polje statora indukuje napon u namotima rotora

Naime, u trenutku kada sijalica na elektromagnetu poinje da svjetli, rotor poinje da se vrti. Ta pojava objanjava da indukovani napon u zavojnici rotora potjera struju pa time rotor postaje elektromagnet. Stator i rotor su tada dva magneta meu kojima postoje magnetske sile. Rezultat toga je vrtnja rotora. Primjer sa slike je, dakle, najjednostavniji asinhroni motor. Sline pojave nastaju i kod realnih izvedbi trofaznih asinhronih motora. Pri tome treba imati u vidu da rotor trofaznih asinhronih motora ima jezgru od dinamolimova i trofazni namot, te da i rotor stvara okretno magnetsko polje kada kroz njegove namote teku trofazne struje. Brzina vrtnje okretnog magnetskog polja rotora jegdje je: ns brzina vrtnje okretnog magnetskog polja statora, n brzina vrtnje rotora.

Prikaz rotora trofaznog asinhronog motora i njegovog okretnog magnetskog poljaEfektivna veliina indukovanog napona faze rotora je data izrazom

gdje je: U2 efektivna veliina indukovanog napona jedne faze rotora kod njegove brzine vrtnje n,

U20 efektivna veliina indukovanog napona jedne faze rotora u trenutku prikljuka namota statora na mreu (n = 0), s veliina klizanja koja karakterizira relativno zaostajanje brzine vrtnje rotora u odnosu na brzinu vrtnje okretnog magnetskog polja statora.Klizanje s je dato izrazom Frekvencija indukovanog napona faze rotora je data izrazom

gdje je f1 frekvencija napona mree sa koje se napaja stator asinhronog motora Uz pretpostavku da je n = ns , dobije se da je tada U2 = 0. To znai da rotor asinhronog motora tada prestaje da se ponaa kao elektromagnet. Posljedica toga je nestanak momenta koji izaziva vrtnju rotora. Zbog toga dolazi do smanjenja brzine vrtnje rotora. Na osnovu toga se moe konstatirati da se rotor asinhronog motora ne moe vrtiti istom brzinom kao to je brzina vrtnje okretnog magnetskog polja statora. Dakle, on se moe vrtiti samo asinhrono u odnosu na ns. Zbog ovog svojstva ovi su motori dobili naziv asinhroni motori.

Klizanje s je parametar, koji se esto u teoriji asinhronih strojeva koristi u prikazivanju vanih karakteristinih veliina i reima rada. Kao primjer pokaimo da se pomou klizanja moe odrediti broj okretaja rotora asinhronog motora. Neka asinhroni motor ima ns = 1000 o/min i s = 2 %. Na osnovu izrazaza klizanje dobije se da jen = ns (1-s) = 1000 (1-0,02) = 980 o/min .

Trofazni asinhroni motori imaju klizanje 2 4 % .Asinhroni stroj moe raditi kao asinhroni motor, asinhroni generator i konica. Kod rada kao asinhroni motor klizanje s je od 1 do 0, (n < ns), kod rada kao generator klizanja s je od 0 do - (n > ns), a kod rada kao konica klizanje s je od 1 do + (n i ns imaju suprotne smjerove vrtnje).

VRSTE TROFAZNIH ASINHRONIH MOTORAPrema izvedbi rotora trofazni asinhroni motori se dijele na kliznokolutne i kratkspojene ili kavezne motore.ASINHRONI KLIZNOKOLUTNI MOTORI Specifikum u konstrukciji ove vrste asinhronog motora su vodljivi klizni koluti. Tri klizna koluta ugraena su na osovinu rotora. Oni su izolirani kako od osovine rotora tako i meusobno. Na klizne kolute su spojeni krajevi namota rotora. Po kliznim kolutima kliu vodljive etkice pomou kojih se ostvaruje galvanska veza dodatnog otpora Rd, koji se nalazi izvan motora i namota rotora i pri njegovoj vrtnji.

Trofazni kliznokolutni asinhroni motor, 160 kW, 1500 o/min, 500 V

Prikaz osnovnih dijelova trofaznog asinhronog kliznokolutnog motora

Nadomjesna shema asinhronog motoraIako je asinhroni motor po svojoj konstrukciji i funkciji drugaiji od transformatora ipak s njim ima dosta slinosti. Tako, kao i kod transformatora asinhroni motor ima primarni magnetski tok (tok statora) 1 i sekundarni magnetski tok (tok rotora) 2 kao na slici

Namoti statora i rotora asinhronog motora imaju radne i induktivne otpore (Xs i Xh) pomou kojih se moe napraviti nadomjesna shema asinhronog motora. Razlika asinhronog motora i transformatora je u tome to se zbog vrtnje rotora asinhronog motora mijenja napon i frekvencija rotora ovisno o klizanju. Time se mijenja i rasipna reaktancija rotora. Reduciraju li se veliine rotora na stator i otpor kruga rotora R'2 podijeli jo sa klizanjem, dobije se nadomjesna shema asinhronog motora

Nadomjesna shema asinhronog motora izgleda kao nadomjesna shema transformatora u kratkom spoju s tim to je R2 = . Kod mirnog rotora asinhronog motora je s = 1 pa tada i ta mala razlika nestaje. Ustvari, asinhroni motor sa zakonim rotorom moe se koristiti kao transformator. Zanemari li se glavna reaktancija Xh , dobije se uproena nadomjesna shema prikazana na slici

Iz pojednsotavljene nadomjesne sheme asinhronog motora slijedi da je

i njen fazni pomak prema naponu U1f

U prethodnim izrazima su U1f fazni napon mree, N1 i N2 brojevi zavoja po fazi namota statora i rotora asinhronog motora.Primjenujui II Kirchhoffov zakon na strujni krug sa slike dobije se vektorska jednadba

Ako se jednadba pomnoi sa j/Xr dobije se da je

Vektorski prikaz jednadbe dat je na slici . Moe se zakljuiti da vrh vektora struje asinhronog stroja I1 opisuje krunicu ija je jednadba

Na osnovu izraza moe se za asinhroni stroj nacrtati tzv. idealni kruni dijagram. Pomou tog dijagrama se moe doi do niza informacija o asinhronom stroju posebno interesantnih kada obavlja funkciju elektromotora.Na krunom dijagramu postoje karakteristine take (Po, so), (Pk, sk) i (P, s), te karakteristine linije mehanike snage, momenta i klizanja. Taka (Po, so) pretstavlja prazni hod, a (Pk, sk), pri emu je sk = 1, stanje asinhronog motora u trenutku njegova prikljuka na mreu.Sa krunog dijagrama jednog asinhronog stroja mogu se - odrediti podruja rada asinhronog stroja,- oitati pojedine veliine asinhronog stroja (motora),- konstruirati mehanika karakteristika asinhronog stroja itd.

Idealni kruni dijagram asinhronog stroja

Podruja rada asinhronog strojaAsinhroni stroj moe raditi kao asinhroni motor, kao asinhroni generator i kao konica. Izmeu taaka Po i Pk krunog dijagrama je podruje rada asinhronog stroja kao asinhronog motora, izmeu taaka P i Po je podruje rada asinhronog stroja kao asinhronog generatora, dok je izmeu taaka Pk i P podruje rada asinhronog stroja kao konice (tzv. protustrujno koenje).U trenutku prikljuka statora asinhronog motora (Pk, sk = 1) asinhroni motor uzima iz mree najveu struju (I1k). Sa ubrzanjem rotora asinhronog motora struja se smanjuje i kod radne take P1 ima znaajno manju struju I1. Struja I1 fazno zaostaje za naponom U1f. Na osnovu toga se moe zakljuiti da je asinhroni motor potroa i jalove energije.

Osnovne veliine asinhronog stroja

Radna snaga je snaga koju stroj uzima iz mree i data je izrazom

Stepen djelovanja je dat izrazom

Moment, koji asinhroni motor razvija na osovini rotora

Ugaona brzina vrtnje rotacionog magnetskog polja s = 2 ns/60

Ukupna radna snaga, koju asinhroni motor uzima iz mree moe se prikazati u obliku

gdje su: P - snaga okretnog magnetskog polja, M - moment koji motor razvija na osovini rotora, s - kruna brzina vrtnje okretnog magnetskog polja statora - toplinski gubici u namotu statora

Snaga okretnog magnetskog polja statora se dalje moe prikazati i u oblikugdje su: - kruna brzina vrtnje osovine rotora, - toplinski gubici u namotu rotora

Slijedi da je

Koristei ranije izraze, dobije se novi izraz za moment

Supstituirajui s- sa s s u prethodnom izrazu dobije se da je

moment

KARAKTERISTIKA MOMENTA ASINHRONOG MOTORA

Ako se eli izabrati elektrini pogonski motor za neki radni stroj (pumpu, kompresor, valjaki stan, dizalicu itd.), treba se najprije usporediti mehanika karakteristika motora sa mehanikom karakteristikom radnog stroja. Pod pojmom mehanike karakteristike motora ili radnog stroja podrazumijeva se ovisnost momenta od broja okretaja.Ponimo od izraza

Supstinira li se struja I2 sa I1 N1/N2 u prethodnom izrazu, dobije se da

je

Uvrstimo li izraz za struju I1 u izraz za moment, dobije se novi izraz za moment asinhronog motora

Kao to se iz jednadbe vidi, moment ovisi o naponu U1f i veliini radnog otpora.

Karakteristika momenta asinhronog stroja

Utjecaj dodatnog otpora u krugu rotora na karakteristiku momenta kliznokolutnog motora

Utjecaj napona mree na karakteristiku momenta asinhronog motoraVidljivo je da se moment asinhronog motora kvadratino mijenja sa naponom. Zbog toga mrea sa koje se napajaju asinhroni motori mora biti kruta tj. sa naponom koji se relativno malo mijenja. Spajanje namota statora asinhronog motora u spoju zvjezda i trokut utie na proizvedeni moment motora. Trofazni motor sa spojem namota statora u trokut proizvodi tri puta vei moment nego to ga proizvodi taj isti motor sa spojem u zvjezdu i napajan sa iste mree.

ASINHRONI KRATKOSPOJENI MOTORI Specifinost izvedbe trofaznog asinhronog kratkospojenog motora u odnosu na trofazni asinhroni kliznokolutni motor je izvedba namota rotora.

Namot rotora je izveden od tapova bakra ili aluminija koji su smjeteni u utorima jezgra rotora, izvedenog od dinamolimova, i kratkospojeni vodljivim prstenovima na obe strane. Zog toga to su vodii rotora kratkospojeni na obe strane, ovi motori su dobili naziv kratkospojeni motori. Ako se posmatra cijeli namot rotora onda ima izgled kaveza, pa se zbog toga ova vrsta motora esto naziva kavezni motor. Ova vrsta motora nema klizne kolute, a to znai da se kod tog motora ne moe mjenjati otpor u krugu rotora pa time ni mjenjati karakteristike momenta. Meutim, ova vrsta elektromotora je jeftinija od svih vrsta elektromotora odgovarajuih parametara. Trokovi odravanja asinhronog kratkospojenog motora su manji od trokova odravanja drugih vrsta elektromotoa odgovarajue snage. Asinhroni kratkospojeni motor je jedina vrsta elektromotora kod kojega se u toku rada ne pojavljuje iskrenje. Stoga se on moe koristiti kao pogon i u sredinama gdje mogu nastati eksplozivne smjese

Budui da su vodii rotora kratkospojenog motora relativno velikog presjeka, otpor njegovog namota rotora je dosta malen. Posljedica toga je da je mali potezni moment i relativno velika struja pokretanja (reda veliine 7 do 8 In). Zbog toga se standardne izvedbe asinhronog kratkospojenog motora najvie koriste za pogon radnih strojeva male snage i malog zahtjeva na veliinu poteznog momenta.Pokretanje asinhronog kratkospojenog motora

Kod upotrebe preklopke zvjezda-trokut moraju biti izvedeni svih est krajeva namota statora na prikljuni ormari.Kod pokretanja spoji se stator motora u zvjezdu, a nakon zaleta motora prespoji se u trokut. Motor trajno rad u spoju trokut.

Regulacija broja okretaja asinhronog kratkospojenog motoraBrzina vrtnje rotora asinhronog kratkospojenog motora je bliska brziniokretnog magnetskog polja statora ns . Zbog toga se brzina vrtnje rotora priblino moe prikazati izrazom

Iz izraza se vidi da se regulacija broja okretaja rotora kratkospojenog motora moe ostvariti promjenom frekvencije f napona napajanja njegovog statora ili promjenom broja pari polova njegovog statora p.

ISTOSMJERNI STROJEVIIstosmjerni elektrini stroj je u biti pretvara energije. Ako pretvara mehaniku energiju u elektrinu istosmjenog napona naziva se istosmjerni generator. Pretvara li elektrinu energiju istosmjernog napona u mehaniki rad, naziva se istosmjerni motor.

Rotor ima jezgru izvedenu od dinamolimova. U utore jezgra rotora se ulau svici namota rotora (na slici je prikazan samo jedan svitak na rotoru). Krajevi svitaka namota rotora su spojeni na kolektoru. Na donjem dijelu slike a prikazan je u razvijenom obliku namot rotora i kolektor. Kolektor je smjeten na osovini rotora istosmjernog stroja a ini ga niz lamela od bakra, koje su izolirane meusobno i prema osovini rotora. Posebna konstrukcija lamela ini kolektor jednim mehaniki kompaktnim dijelom istosmjernog motora ili istosmjernog generatora. Na kolektor nalijeu vodljive etkice-slika b). Kolektor je mehaniki uvren na rotoru, pa se s njim zajedno vrti, dok su etkice mehaniki uvrene na stator i nepomine su. Kada se rotor vrti, etkice kliu po kolektoru.

VRSTE I KARAKTERISTIKE ISTOSMJERNIH MOTORAU praksi se najee upotrebljavaju ove vrste istosmjernih motora: istosmjerni motor sa nezavisnom ili stranom uzbudom, istosmjerni motor sa paralelnom ili porednom uzbudom i istosmjerni motor sa serijskom uzbudom. Ove vrste istosmjernih motora se dobiju kombiniranjem spoja namota rotora i uzbudnih namota. NEZAVISNO UZBUENI ISTOSMJERNI MOTOR

Shema spoja namota rotora i uzbude istosmjernog motora sa nezavisnom uzbudom prikazana je na slici. Uzbudnim namotom s oznakama I-K tee uzbudna struja iu i stvara glavni uzbudni tok gl. Stezaljke rotora su prikljuene na galvnu istosmjernu mreu oznaenu sa P i N koja izaziva tok struje I u namotu rotora. Struja rotora I sa glavnim tokom gl proizvodi moment vrtnje rotora istosmjernog motora sa nezavisnom uzbudom.Za istosmjerni motor vrijedi ve poznata relacijaGlavni tok gl je proizveden uzbudom te, uz konstantnu uzbudnu struju, ovisi jo samo o reakciji armature. Indukovana EMS-a rotora E je u idealnom praznom hodu jednaka naponu mree. Pod optereenjem je odreena uvjetom ravnotee u strujnom krugu armature i to II Kirchhoffovim zakonom. Ako je napon mree U = konstantan, tada u stacionarnom radu stroja, tj. kod ustaljene struje armature, mora EMS-a E rotora motora biti E = U Ia Ru - U .

Moe se, dakle, pisati da je

SINHRONI STROJEVISinhroni strojevi, tj. sinhroni generatori i motori, su elektrini rotacioni strojevi trofazne struje, ija je osnovna karakteristika da je mehanika brzina vrtnje rotora jednaka sinhronoj brzini vrtnje okretnog magnetskog polja statora ns, koja je data izrazom

gdje je: ns brzina vrtnje okretnog magnetskog polja statora, p broj pari polova, f frekvencija napona statora.Sinhroni strojevi se najvie koriste kao generatori. Praktiki sva elektrina energija termoelektrana, hidroelektrana i nuklearnih elektrana proizvodi se pomou sinhronih generatora. Sinhroni generatori se grade za velike snage. Veliki sinhroni generatori predstavljaju najvee elektrine rotacione strojeve

IZVEDBE SINHRONIH STROJEVAStator sinhronog stroja se po svojoj funkciji i izvedbi ne razlikuje od statora asinhronog stroja. Napravljen je od dinamolimova, a u utorima statora su uloeni trofazni namoti. Rotor predstavlja elektromagnet, koji se pobuuje istosmjernom strujom. Broj polova rotora mora biti jednak broju polova statorskog trofaznog namota.

Postoje dvije osnovne izvedbe rotora. Ako je stroj viepolan, rotor se izvodi sa izraenim polovima prema slici a). Magnetski dio rotora je izveden tako da se protjecanjem istosmjerne struje kroz namote polova dobiju naizmjenino sjeverni i juni polovi. Kod dvopolnih sinhronih strojeva, koji imaju veliki broj okretaja (3000 0/min) u nekim sluajevima i etveropolnih (1500 okr/min) izvode se rotori bez izraenih polova (tzv. turborotori) kao to je to prikazano na slici b). Kod kojih je uzbudni namot uloen u utore rotora.Tako izvedeni rotor je u stanju da savlada mnogo vee centrifugalne sile. Sinhroni generatori s izvedbom rotora bez izraenih polova se pogone parnim turbinama na osnovu ega su dobili naziv "turbogeneratori". Napajanje uzbudnih namota rotora sinhronih strojeva istosmjernom strujom se izvodi pomou dva klizna prstena smjetena na osovini rotora.

SINHRONI STROJ U FUNKCIJI SINHRONOG GENERATORA Uz pretpostavku da se magnetska indukcija B u prostoru izmeu polnih papua rotora i statora mijenja uzdu podruja svakog para polova po zakonu sinusa, te da svici namota statora imaju irinu dvaju polovainduciranog napona po fazi E = 4,44 f wgdje je: - magnetski tok jednog pola; f frekvencija induciranog napona ; w broj zavoja namota jedne faze.Jednadba se moe prikazati kod konstantne brzine vrtnje rotora ns i u obliku E = k gdje je k konstantna veliina.

Karakteristika praznog hoda sinhronog generatoraFazni i linijski napon u praznom hodu variraju proporcionalno magnetskom toku po polu , pa e u odreenom mjerilu magnetska karakteristika stroja, s iznosima toka po polu kao ordinatama i iznosima istosmjerne uzbudne struje magneta stroja Iu kao apscisama, pretstavljati po slici ujedno i fazni naizmjenini napon E u ovisnosti od uzbudne struje Iu, a onda i krivulja s -strukim ordinatama linijski napon E .

Ako se sinhroni generator optereti strujom I sa faznim pomakom prema naponu generatora, onda je iz generatora uzeta radna snaga proporcionalna veliini I cos . Ta se snaga mora dodati na osovinu sinhronog stroja. Mehanika snaga je proporcionalna broju okretaja ns i momentu M. Prema tome kod elektrinog optereenja sinhronom generatoru treba dodati od pogonskog stroja (turbine) moment koji je proporcionalan I cos . Vidimo da kod praznog hoda (I = 0) teoretski sinhronom generatoru ne treba dodavati dodatnu snagu. Isto tako se sinhroni generator ponaa kod isto jalovog optereenja (I cos = 0). Pri tome smo zanemarili gubitke u stroju.

SINHRONI STROJ U FUNKCIJI SINHRONOG MOTORA Pustimo li da tee naizmjenina struja u namotima statora mirnog sinhronog stroja, na primjer stroja s jednofaznim jednolijebnim namotom kao na slici, ako su magneti stroja ve uzbueni iz nekog vanjskog izvora istosmjerne struje, rotor se ne bi uope vrtio, jer bi mehanike sile koje bi na njega djelovale mijenjale smjer svake poluperiode.

Dio poprenog presjeka sinhronog stroja

U momentu koji prikazuje slika ispred vodia A, kojim tee struja prema natrag, nalazi se ba pol N, a ispred vodia B, sa strujom suprotnog smjera, nalazi se pol S. Uz nepominu armaturu i pomine polove, nastale bi po zakonu jednake akcije i reakcije sile koje bi u momentu prikazanom na slici nastojale gibati polni kota na lijevo, dakle u smjeru izvuene strelice.

No to bi trajalo samo vrlo kratko vrijeme, jer bi ve u iduoj polovici periode naizmjenine struje kroz vodie armature tekle suprotne struje, koje bi nastojale pomaknuti rotor u suprotnom smjeru, tj. u smjeru cirtkane strelice. Ta djelovanja na rotor, naizmjenice u vrlo brzim impulsima sad u jednom sad u drugom smjeru vrtnje, imala bi naravno za posljedicu da se rotor, zbog tromosti svoje mase, praktiki ne bi ni pomaknuo. No posve druge prilike nastaju ako magnetnom kotau stroja ve prije prikljuka na mreu ma kojim nainom, na primjer tako da ga mehaniki pogonimo, dademo sinhronu brzinu, tj. brzinu od n = 60 f/p okr/min (dakle uz f = 50 Hz kod dvopolnog stroja sa p = 1 brzinu 3000 okr/min, kod etveropolnog sa p = 2 brzinu 1500 okr/min, itd.). Kod sinhrono gibanog motora u prvoj polovici perioda, dok struje teku vodiima A i B kao na slici stajat e pored vodia A recimo kao u momentu po slici pol N, a ispred vodia B pol S, pa e na polni kota djelovati sila u smjeru izvuene strelice. A pola perioda kasnije, kad struje u vodiima A i B budu obrnute, bit e, ako polni kota rotira sinhrono u smjeru izvuene strelice, ispred A pol S i ispred B pol N, pa e sile koje e djelovati na kota sada biti i opet u smjeru izvuene strelice, dakle u smjeru vrtnje kotaa.

Drugim rijeima: polni kota doveden u sinhronu brzinu bit e dalje tjeran silama uvijek istog smjera, koje e ga odravati u njegovoj sinhronoj vrtnji, odnosno stroj e sam i bez vanjskog mehanikog pogona, dalje rotirati sinhronom brzinom kao motor, zvan sinhroni motor.PRELAZAK SINHRONOG GENERATORA U REIM RADA SINHRONOG MOTORA I OBRATNOU praksi se rijetko susreemo sa sinhronim generatorom koji napaja samo vlastite potroae. U veini sluajeva stroj radi na mreu, tj. daje elektrinu energiju u razvodnu mreu, koju napaja istodobno mnogo drugih sinhronih generatora. Opteretimo li ga nekim potroaem u namotima statora potee struja sa faznim pomakom koji odgovara karakteru potroaa. Takav generator, koji ne napaja mreu, ne moe nikada prei u motorski rad, poto nema otkud uzeti radnu elektrinu energiju.

Sinhroni generator moe prei u motorski reim rada samo onda ako radi na mrei koju napajaju drugi sinhroni generatori. U tom sluaju podrazumjevamo da sinhroni generator radi na beskonano krutoj mrei, tj. na mrei sa konstantnom frekvencijom f i konstantnim naponom U.

Beskonano jaka mrea je sposobna primiti ili dati veliku radnu ili jalovu snagu. Veliina uzete radne ili jalove snage od pojedinog generatora zavisi od njegove snage. Prenosna mrea je po svojim karakteristikama veoma blizu idealnoj beskonano krutoj mrei. O tome da li stroj radi kao generator ili kao motor je presudna radna snaga. Daje li stroj radnu snagu u mreu tada stroj radi kao generator, a ako je uzima iz mree onda radi kao motor. Snagu uzetu iz mree oznaavamo kao pozitivnu. Na osnovu toga moemo rei: uzima li sinhroni stroj iz mree pozitivnu radnu snagu onda je on u funkciji motora, uzima li sinhroni stroj negativnu radnu snagu onda je on u funkciji generatora.Prema zakonu o neunitivosti energije sinhroni generator prelazi u motorski reim rada kada ga prestanemo pogoniti, a obrnuto sinhroni motor prelazi u generatorski reim rada kada mu na osovinu rotora dodajemo mehaniku energiju. Jednsotavnije reeno, ako sinhronom stroju koji radi kao motor, dodajemo na osovinu rotora umjesto protumomenta pogonski moment on postaje generator.

SINHRONIZACIJA SINHRONOG STROJA SA MREOM Sinhroni generator je spojen s pogonskom turbinom ili drugim pogonskim strojem koji ga moe ubrzati na zadani broj okretaja. Rotirajui nominalno pobueni generator smijemo prikljuiti na mreu tek onda kada ima radni napon i frekvenciju kao i mrea i odgovarajui redosljed prikljuaka faza. Ostvarivanje gornjih zahtjeva za prikljuak sinhronog generatora nazivamo sinhronizacijom sa mreom. Kod sinhronizacije sinhronog generatora koristi se sinhronoskop. On predstavlja specijalnu napravu koja pokazuje kada su kod generatora ostvareni svi uvjeti sinhronizacije sa mreom. Osim sinhronoskopa postoje i druge naprave pomou kojih moemo vriti kontrolu sinhronizacije sinhronog generatora sa mreom. Jednu od tih naprava ine tri sijalice spojene kao to je prikazano na slici

Tamni spoj sijalica pomou kojeg se vri sinhronizacija sinhronog generatora sa mreomKod ispunjenih uvjeta sinhronizacije generatora sa mreom ni jedna sijalica ne svijetli. Zbog toga se taj nain sinhronizacije naziva tamni spoj sijalica

Ako sve tri sijalice periodiki svijetle i tamne, to je znak priblienja sinhronizacije generatora mrei. Svijetli li jedna sijalica za drugom to je znak da redosljed faza, kod datog smjera vrtnje generatora, nije ispravan. Svijetle li stalno tri sijalice, generator nema odgovarajui napon ili ima neispravan redosljed faza napona.

KARAKTERISTIKE SINHRONIH GENERATORA Ponaanje sinhronog generatora kod razliitih naina optereenja moe se pratiti pomou vektorskog dijagrama datog na slici. Pri tome treba razlikovati da li generator radi na svoj vlastiti potroa ili na mreu sa konstantnom frekvencijom i naponom. U prvom sluaju moe se uzeti za konstantnu veliinu odabranu struju ili snagu kod potroaa sa razliitim karakterom otpora. Pobueni generator, koji radi pod tim okolnostima, daje indukovani napon E odnosno napon Uf. Ako je napon mree konstantan, generator mora imati automatsku regulaciju napona. Promjenom momenta stroja koji pogoni sinhroni generator, poveava se brzina vrtnje sinhronog generatora a time i frekvenciju njegove mree.

Vektorski dijagram sinhronog stroja: a) generatora; b) motora

U stvarnosti veina sinhronih generatora radi na krutu mreu, kada se polazi od pretpostavke, da su napon i frekvencija mree konstantni. Uzbudom se mijenja EMS E, ali se time ne moe promijeniti napon mree Uf, nego se promijeni smjer i veliina struje, koja se alje u mreu kao to je prikazano na prethodnom vektorskom dijagramu. Promjenom uzbude generatora, koji radi na krutu mreu promijeni se struja I, kao i njena jalova komponenta Ij, dok radna komponenta struje IR ostaje praktiki nepromjenjena. Suprotno tome se sa promjenom momenta na osovini rotora promijeni radna komponenta struje IR; broj okretaja i frekvencija ostaju konstantni. Promjenom uzbude i momenta kod generatora, koji radi na krutoj mrei, mijenja se veliina i znak obiju komponenata struje.Strujni vektorski dijagram moe se prikazati u etiri kvadranta kao to je to pretstavljeno na narednoj slici. Stroj radi kao generator ako je radna komponenta struje IR negativna. Ako je jalova komponenta struje Ij negativna, sinhroni stroj radi kao generator jalove energije. Ako je jalova komponenta struje Ij pozitivna, stroj je potroa jalove energije

Strujni vektorski dijagram sinhronog generatora i motora

Najei sluaj rada sinhronog generatora je da generator daje u mreu i radnu i jalovu snagu (trei kvadrant; preuzbueni generator). Prvi i drugi kvadrant prikazuju motorski rad. Tada je radna komponenta struje IR pozitivna. Rad sinhronog motora u preuzbuenom stanju ima odreenih prednosti od rada u poduzbuenom stanju. Preuzbueno stanje se odlikuje time, da kod njega sinhroni stroj, bez obzira da li je u motorskom ili generatorskom reimu rada, daje u mreu jalovu snagu. Sposobnost da daje jalovu snagu u mreu je velika prednost sinhronog motora u odnosu na asinhroni. Osim toga je preuzbueno stanje povoljno sa gledita stabiliteta rada, pogotovo kod velike pobude kada se dobije neto manji .

KARAKTERISTIKE I NAMIPULACIJE SINHRONOG MOTORASinhroni motor ima krutu karakteristiku momenta sa prekretnim momentom Mz koji se kod n = ns ne mijenja. Moment postoji sve dotle dok sinhroni motor ima sinhronu brzinu vrtnje. Najvei moment Mz (prekretni moment) je dan izrazom za sin = 1.

Prekorai li se taj moment motor ispada iz sinhronizma. Omjer nominalnog momenta Mn prema prekretnom momentu zove se momentom preopteretivnosti sinhronog stroja.Vidimo da preopteretivost momentom nije vrsta konstanta sinhronog motora, nego zavisi od naina njegove pobude.

Mehanika karakteristika sinhronog motora

Nedostaci sinhronog motora kod pokretanja se otklanjaju ugradnjom posebnih prigunih namota ili posebnom izvedbom masivnih polova rotora. Moment, koji izazivaju struje indukovane u prigunom namotu ili polnim nastavcima, ima tok kao moment asinhronog motora-crtkana linij na prethodnoj slici. Ta karakteristika momenta sinhronog motora koristi se kod pokretanja. Kad se postigne brzina, koja je blizu sinhronoj, ukljui se uzbudna struja. Sinhronizacioni moment uvue motor u sinhronizam. Kad motor ue u sinhronizam, pokazuje tvrdu karakteristiku brzine, tj. broj okretaja se ne mijenja sa promjenom optereenja na osovini. Problematika pokretanja sinhronog motora je slina problematici pokretanja asinhronih kratkospojenih motora. Glavni problem je u tome da se ogranii porast struje pokretanja na mrei a da potezni moment ne bude previe mali. Rjeenja za ogranienja porasta struje pokretanja su slina kao kod asinhronih kratkospojenih motora

IZBOR ELEKTROMOTORA

Poto je elektromotor sastavni dio jednog elektromotornog pogona osnovni kriteriji, kojima projektirani EMP treba da udovolji:Projektirano rjeenje EMP treba da zadovolji sve tehnoloke zahtjeve, Projektirano rjeenje EMP treba biti to je mogue jeftinije;Projektirano rjeenje EMP treba biti prilagoeno radnim uvjetima okoline u kojoj treba da radi;Kod izbora EMP treba voditi rauna da projektirano rjeenje obuhvata sve aspekte sigurnosti Potronja elektrine energije projektiranog rjeenja EMP treba biti posebno analizirana,Projektirano rjeenje EMP treba biti pogodno i za rad u kriznim situacijama.Da bi se u potpunosti zadovoljili zahtjevi korisnika elektromotornog pogona potrebno je pri odabiru dati sljedee podatke:

vrstu motora,iznos prikljunog napona,frekvencija (kod prikljuka na naizmjeninu mreu),vrstu pogona,snagu motora,mehaniku preopteretivost motora,izvedbeni oblik motora,vrstu mehanike zatite, uvjeti zaleta, uestalost uklapanja,zahtjevi s obzirom na podeavanje brzine vrtnje,temperatura okoline ako je iznad 400C,specifina okolina itd.

Osnovni kriteriji izbora elektromotora su:elektromotor mora imti sposobnost odreene mehanike preopteretivosti,elektromotor mora osigurati ispravan rad EMP kroz dovoljno dugo vrijeme, tj. mora imati odreenu ivotnu dob.ODREIVANJE MEHANIKE PRETOPTERETIVOSTI ELEKTROMOTORAMehanika preopteretivost elektromotora je definirana odnosom maksimalnog Mmax i nazivnog momenta Mn, tj. gdje je:Kp faktor mehanike preopteretivosti elektromotora.Donja granica preopteretivosti svakog motora iznosi Mmax/Mn = 1,6. To je dakle, minimalna preopteretivost koju elektromotor mora imati.Mnogi elektromotorni pogoni zahtjevaju znatno veu preopteretivost od minimalne. Za dizaline elektromotore zahtjeva se mehanika preopteretivost od 2 do 4. Ispunjavanjem ovog kriterijuma obezbjeuje se da elektromotor moe savladati trenutna preoptereenja koja u pogonu mogu nastati, a koja termiki ne ugroavaju pogonski elektromotor. Podatak o veliini Kp daje proizvoa elektromotora u katalozima ili drugoj tehnikoj dokumentaciji.

ODREIVANJE SNAGE ELEKTROMOTORA Odreivanje ivotne dobi odnosno snage elektromotora znatno je sloeniji u odnosu na odreivanje preopteretivosti. To je termiko pitanje koje je usko povezano:s gubicima razvijenim prilikom rada elektromotora u obliku topline, tehlaenjem i dozvoljenim zagrijavanjem elektromotora.Problem se svodi na to, da se za odreenu vrstu optereenja, koje esto moe biti i vrlo sloeno, odredi zagrijavanje namota elektromotora. Izabrani elektromotor, u predvienom reimu rada pogona, ne smije se zagrijavati vie od temperature, koju moe da podnese izolacija namota elektromotora.Zagrijavanje i hlaenje elektromotoraGranino zagrijavanje ne smije se prekoraiti, budui da s viom temperaturom izolacija bre stari, tj. smanjuje se njena ivotna dob.

Promjena nadtemperature homogenog tijela mijenja se po eksponencijalnom zakonu:

gdje je: - stacionarna nadtemperatura, Tt toplinska vremenska konstanta, o poetna temperatura Ako se u tijelu razvija toplina Q koja se odvodi preko rashladne povrine S, s koeficijentom odvoda topline h, stacionarna nadtemperatura i toplinska konstanta mogu se odrediti iz izraza

gdje je: m masa, a c specifina toplina

Kod hlaenja homogenog tijela vrijedi izrazgdje je p poetna nadtemperatura od koje poinje hlaenje

Krivulja zagrijavanja i hlaenja elektromotora

Budui da elektromotor nije homogeno tijelo (razliiti materijal, razvijena koliina topline i kod konstantnog optereenja moe se mijenjati) mjerenjem odreena karakteristika zagrijavanja motora neznatno odstupa od karakteristike zagrijavanja homogenog tijela.Temperatura namota raste u poetku neto bre nego kod zagrijavanja homogenog tijela, tj. namot se u poetku zagrijava kao da mu je manja toplinska vremenska konstanta od one koja vrijedi za homogeno tijelo.Koeficijent odvoda topline h ovisi izmeu ostalog o intenzitetu hlaenja. Motori s intenzivnijim hlaenjem imaju manju vremensku konstantu od motora s loijim hlaenjem, a iste mase.Prema preporukama IEC podijeljeni su pogoni na osam vrsta i oznaeni su sa S1, S2 ... S8:Trajni pogon (S1) je pogon s konstantnim optereenjem (nominalne snage) ije je trajanje barem toliko dugo da se postigne termiki stacionarno stanje motora

Kratkotrajni pogon (S2) je pogon s kratkim trajanjem optereenja

Intermitirani pogon bez uticaja zaleta na temperaturu elektromotora (S3) je pogon kod kojeg se trajno izmjenjuje pogonsko stanje i mirovanje motora,Intermitirani pogon s uticajem zaleta na temperaturu elektromotora (S4), uzima se u obzir zagrijavanje zbog gubitaka nastalih za vrijeme zaleta

Tokovi P, Pg i intermitiranog pogona a) S4 (sa uticajem zaleta), b) (S5) sa uticajem zaleta i elektrinog koenja na temperaturu elektromotora

Intermitirani pogon s uticajem zaleta i elektrinog koenjana temperaturu elektromotora (S5)-gubici koenja utjeu na zagrijavanje elektromotora ,Trajni pogon s intermitiranim optereenjem elektromotora (S6) je pogon kod kojeg se trajno izmjenjuju jednaki ciklusi ,

Tokovi P, Pg i trajnog pogona sa intermitiranim optereenjem elektromotora

Neprekinuti pogon sa zaletom i koenjem elektromotora (S7) je pogon s trajnim izmjenjivanjem jednakih ciklusa bez iskljuivanja motora s mree

Neprekinuti pogon s razliitim brzinama vrtnje i snagama (S8) je pogon s trajnim izmjenjivanjem jednakih ciklusa

Odreivanje snage elektromotora pri trajnom pogonu

Brzina je vrtnje u trajnom pogonu konstantna (obino nazivna nN) i motor trajno razvija moment M, koji savladava moment tereta Mt .Da se pri tome motor ne zagrije iznad dozvoljene nadtemperature, mora biti ispunjen uvjet, da je nazivni moment MN jednak ili vei od momenta tereta Mt :MN MtPotrebna snaga pogonskog elektromotora da se trajno obavlja odreeni rad moe se jednostavno odrediti koristei poznate zakone iz mehanike.Pravolinijsko gibanjeAko je potrebno kod pravolinijskog gibanja savladati silu F (masu m, silu trenja i sl.) kod brzine v, tada je potrebna mehanika snaga Pm = F v Pri tome vrijedi uz masu m i ubrzanje a opi izaz za silu F = m a

Ako se treba masa m dizati nasuprot djelovanja sile tee potrebna je sila F = m g Radni mehanizam ima vlastite gubitke koji se openito uzimaju u obzir kod odreivanja snage pogonskog elektromotora korisnou radnog mehanizma. Uzme li se i to u obzir, tada je potrebna pogonska snaga elektromotora data izrazom

Pri tome su sve veliine u jedinicama meunarodnog mjernog sistema. Ako se F uvrsti u kp i s obzirom da je 1 kW = 102 kpm/s, dobije se da je

Uz objanjenje odreivanje snage motora u trajnom pogonu: a) pravolinijsko gibanje; b) rotaciono gibanjeRotaciono gibanje Prema slici pogonski elektromotor treba prenijeti na radni stroj moment M = F r Uz brzinu vrtnje n odnosno kutnu brzinu = 2 n, obodna brzina na polumjeru r data je izrazom v = 2 n r = r

Koristei ranije izraze mehanika snaga Pm moe se prikazati u obliku

Uzimajui u obzir i korisnost radnog stroja, potrebna snaga pogonskog elektromotora je odreena izrazom

I u ovom izrazu sve veliine su u jedinicama meunarodnog sistema. esto se rauna s brzinom vrtnje n pa se u tom sluaju snaga elektromotora rauna prema izrazu

Ako je moment izraen u kpm, snaga elektromotora rauna se prema Izrazu

Odreivanje snage motora potrebnog za pogon pumpi, ventilatora, kompresora, alatnih strojeva itd. zahtijeva poznavanje nekih specifinih karakteristika navedenih strojeva, kao npr. koliinu tekuine, odnosno zraka, statiki i dinamiki tlak, silu rezanja itd.Odreivanje snage elektromotora za pogone dizaliceElektromotori koji pogone pojedine pogone dizalica rade u intermitiranom pogonu. Zahtjevi koji se postavljaju na njih su vei nego u sluaju reima rada sa trajnim pogonom. Oni moraju davati mehaniku snagu za dizanje, sputanje, okretanje, vonju mosta i make itd. i pri tome esto ubrzavati mase ili ih koiti, a takoer mjenjati smjer vrtnje tih masa.

Prema VDE0530 Propisi za elektrine strojeve, razlikuju se za pogone dizalice tri nazivna pogona:Intermitirani pogon S3 bez uticaja zaleta na temperaturu namota motora sa intermitencijom = tp/tc ,Intermitirani pogon S4 sa uticajem zaleta na temperaturu namota motora sa intermitencijom = (tz + tp)/tc ,Intermitirani pogon S5 sa uticajem zaleta i koenja na temperaturu namota motora sa intermitencijom = (tz + tp + tk)/tc .Elektromotor mora imati dovoljnu snagu da vri odreen rad, a da pri tome ne nastane nedozvoljeno zagrijavanje. Osim toga mora biti njegov zakretni moment dovoljan za najnepovoljniji sluaj.Potrebna snaga za vonju i dizanje bez uzimanja u obzir snage za ubrzanje naziva se trajnom (statikom) snagom. Ona se izrauna po Formuli ( kW)

gdje pojedine veliine znae: F silu ili teret u kp, v brzinu u m/min, meh mehaniki stepen djelovanja.Kod pogona dizanja se u prethodnom izrazu uvrtava umjesto sile F ukupni teret, koji se die (nazivni teret = korisni teret + mrtvi teret).

Uticaj posebnih uvjeta radne okoline pogona na snagu elektromotora Uticaj okoline na rad motora moe biti raznolik i potrebno ga je poznavati kako bi se mogao izabrati ispravan motor. Motor se moe i mora tako izabrati, da pod bilo kojim uvjetima besprijekorno obavlja svoju funkciju.Razliiti uvjeti okoline imaju razliiti uticaj na elektromotor. Dok neki od uticajnih faktora zahtijevaju samo dopunsku zatitu motora, neki od njih zahtijevaju posebne izvedbe i dimenzioniranje elektromotora.

Kod elektromotornih pogona smjetenih na veim visinama, gdje je smanjen odvod topline zbog manje gustoe zraka, potrebno je smanjiti optereenje motora ispod nazivnog, odnosno uz isto optereenje treba odabrati veu tipnu snagu motora. Za nadmorske visine iznad 1000 m moe se priblino odreivanje dozvoljenog optereenja motora PN nazivne snage PN odrediti empirijskom relacijom:P'N = PN (1,1 H 10-4)gdje je H m nadmorska visina.Izraz pokazuje, da se dozvoljeno optereenje linearno smanjuje za 1% na svakih 100 m nadmorske visine iznad 1000 m. Da bi se sauvalo isto dozvoljeno optereenje i kod veih nadmorskih visina potrebno je odabrati motor vee nazivne snage:

Uticaj poveane temperature okoline na snagu elektromotora

Snage elektromotora oznaene na natpisnoj ploici ili navedene u katalozima proizvoaa elektrinih strojeva odreene su pod pretpostavkom da u toku eksploatacije motora ne moe nastupiti temperatura okoline odnosno rashladnog sredstva via od 40 0C. Promjenom temperature rashladnog sredstva mijenjaju se uvjeti hlaenja, o kojima ovisi snaga motora. Zbog ekonomskih razloga povoljnije je, da temperatura rashladnog sredstva bude to je mogue nia, jer to daje mogunost veeg optereenja motora, ili produuje njegovu ivotnu dob. Ako se motor mora nalaziti u prostoriji poveane temperature potrebno je, ili osigurati posebnim sistemom izvedbe dovoenje svjeeg rashladnog zraka za hlaenje motora, ili smanjiti optereenje motora ispod nominalnog.Prema preporukama IEC za temperature okoline od 30 do 60 0C preporuuje se sljedee:Doputena nadtemperatura motora odreena klasom izolacije smanjuje se za toliko 0C za koliko je temperatura okoline nia od 40 0C.