Inngangur og yfirlit yfir rafmagnsvélar

1Fyrirlestur nr 9 Rafmagnsvélar 1 - RAF601G

Inngangur og yfirlit yfir rafmagnsvélar

Introduction to rotating machines


Grunnhugtök og meginþættir

• Klassískar gerðir véla– Riðstraumsvélar

• Samfasavél (synchronous machine)• Spanvél (induction machine

– Jafnstramsvél (DC-machine)• Stator – rotor – loftbil• Rafali – mótor• Sívalur snúður – snúður með útstandandi póla• Sviðsvafningar – akkerisvafningar• Fjöldi póla


Flokkun riðstraumsvéla


Flokkun jafnstraumsvéla


Sátur (stator) – snúður (rotor)

• Höfum áður skilgreint þessa meginhluta rafmagnsvélar:– Sátur (Stator), þ.e. fastur

hluti vélarinnar oft tengdur beint við raforkukerfið (3 fasar)

– Snúður (Rotor), er hreyfanlegur hluti vélarinnar og tengdur með öxli við túrbínu.


Rafali (Generator) – Hreyfill (Mótor)

• RAFALI: Breytingar íflæðistengingum í gegnum spólu miðað við tíma valda þvíað spenna spanast upp íspólunni. Þetta er lögmál Faradays!!

• MÓTOR: Kraftur sem verkar á leiðara í segulsviði er flytur straum veldur hreyfingu leiðarans

dedtλ

=


Mismunandi snúðar

• Sívalur snúður (round rotor): 1800-3600 rpm (2-4 pólar)– Gastúrbínur– Gufutúrbínur

• Snúður með útstandandi póla(salient pole rotor): 100-300 rpm– Vatnsaflsrafalar


Samfasavélar (synchronous machines)

• Samfasavél dregur nafn sitt af því að hún gengur í takt við tíðni raforkukerfisins

• Stator samfasavélar er samsettur úr járnsegulmögnuðum plötum (laminated iron-core) með raufum (slots) þar sem 3 fasa vafningum er komið fyrir.

• Snúður hefur annað hvort útstandandi póla eða er sívalur– Snúðurinn er segulmagnaður með jafnstraumi. (DC current

exitation)– Jafnstraumurinn kemur frá ytri spennugjafa í gegnum

sleytuhringi (slip-rings) og bursta.


Samfasavélar Snúður með útstandandi póla

Construction•Low speed, large hydro-generators may have more than one hundred poles.

•These generators are frequently mounted vertically.

•The picture shows a large, horizontally arranged machine.


Vatnsaflsvirkjun-rotor


Rótor í Laxárvirkjun

Salient pole rotor construction

The poles are bolted to theshaft. Each pole has a DC winding. The DC winding is connected to the slip-rings(not shown). A DC sourcesupplies the winding with DC through brushes pressed intothe slip ring. A fan is installed on the shaft to assureair circulation and effectivecooling.


Stator í Láxárvirkjun


Stator á samfasavél

Stator á 3 fasa 500 MVA rafala, 200 r/mín með 9.25 m þvermáli


Statorvafningar í Láxárvirkjun


Vatnsaflsvirkjun-stator


Samfasavélar

Stator Rotor

Connections

Bearing

Stator winding

Rotor winding

Housing ,cooling ducts

Shaft


Samfasavélar

Stator• Laminated iron core with

slots• Steel Housing


Samfasavélar

Stator details• Coils are placed in slots

• Coil end windings are bent to form the armature winding.

Slots

Coil

End winding

Iron core


Samfasavélar

• Round rotor• The round rotor is used for

large high speed (3600rpm) machines.

• A forged iron core (not laminated,DC) is installed on the shaft.

• Slots are milled in the iron and insulated copper bars are placed in the slots.

• The slots are closed by wedges and re-enforced with steel rings.

Round rotor


Samfasavélar með einsleitu loftbili (sívölum snúð)

• Round rotor


SamfasavélarRotor Details


Samfasavélar

Steel ring

DC current terminals

Wedges

Shaft

Round rotor


Sviðsvafningar - akkerisvafningar

• Sviðsvafningar (field windings) búa til segulsvið og segulflæði í vélinni

• Myndin sýnir einfasa samfasavél. • Á samfasavélum eins og vélinni á

myndinni eru sviðsvafningarnir árótor


Akkerisvafningar

• Akkerisvafningar (armaturewindings) eru þeir vafningar þar sem spanast upp spenna og straumur vegna hreyfingar vafninganna í sviði

• Á samfasavélinni á myndinni eru akkerisvafningarnir á stator


Vélar með mismunandi fjölda póla

• Lágmarksfjöldi póla er 2. Vélar hafa heilt margfeldi af 2 sem fjölda póla

• Fyrir samfasavélar og miðað við t.d. 50 Hz fasta tíðni lækkar snúningshraðinn íréttu hlutfalli við fjölda póla

• Við getum haft, 2,4,6.... sem fjölda póla

• Við gerum greinarmun á“rafmagnsgráðum” og “hreyfigráðum”

4 póla vél

6 póla vél

2 póla vél


Segulflæði

• Segulflæði í samfasavél með 4 pólum og sívölum rótor


Klassískar gerðir véla fyrir mismunandi fjölda fasa

• Riðstraumsvélar– Samfasavélar (Synchronous machines)

• 1 fasa• 3 fasa

– Spanvélar (induction Machines• 1 fasa• 3 fasa

• Jafnstraumsvélar (Direct Current Machines)


Snúningshraði og fjöldi póla

2 2 60 120e mp p n p nf f ⋅

= ⋅ = ⋅ =

ωe = “rafmagns- radíanar”ωm = “mekanískir radíanar”f e= tíðni riðspennu frásamfasavél (50 eða 60 Hz)f m= snúnigshraði rotors á sekp = fjöldi póla (2,4,6...)n = snúningshraði á mínútu (rpm)

150046001030020

30002

230.826

n (f = 50 Hz)p

fe = 50 Hz60006000 p n n

p= ⋅ → =

2m ep

ω ω=

Dæmi um fjölda póla:Tákn:

f e= 60 Hz78007800 p n n

p= ⋅ → =


Nokkur hugtök –Samantekt-Almennar rafmagnsvélar

• Vélar hafa sátur (stator) og snúð(rotor). (áður skilgreint)

• Vélar hafa sviðsvafninga (fieldwindings) og akkerisvafninga(arnature windings)

• Vélar hafa 2 póla eða 4 póla eða 8..., þ.e. heild margfeldi af 2 sem fjölda póla

• Vélar hafa sívalan snúð (round rotor) eða útstandandi póla á snúð (salientpole rotor)

• Vélar byggja á jafnstraumi eða riðstraumi (spanvélar, samfasavélar)


Rafmagnsvél með sívölum snúð• Í rafmagnsvél með sívölum snúð er

loftbilið jafnt óháð snúningi vélarinnar • Segulviðnámið í rásinni breytist lítið

eða ekki við snúning rótorsins• Þessar vélar eru algengar ef

snúningshraði er mikill og fjöldi póla lítill

• Rótorvafningunum er komið fyrir íraufum á á ytra borði snúðsins.

• Statorvafningunum er einnig komið fyrir í raufum á innra borði statorsins(ekki sýnt á myndinni)

• Stator og rótor eru gerðir úr járnkjarna sem er venjulega settur saman úr plötum (laminations)


3 fasa rafmagnsvélar

• Þegar rafmagnsvél er 3 fasa þarf að dreifa vafningum allra fasanna áhringferilinn bæði á rótor og stator

• Skipta þarf hringferlinum upp í svæði þar sem slaufur í hverjum fasa taka við hver af annarri í tiltekinni fasaröð, þ.e. abcabcabc.....

• Þegar pólum er fjölgað t.d. úr 2 í 4 í 3 fasa rafmagnsvélum er fjöldi svæða tvöfaldaður.


Jafnstraumsvélar

• Notum hægrihandarreglu til að sjá kraftáhrifinn, F áleiðara með straumi, I ísegulsviði B

• Straumskiptir sér um að straumstefna verður alltaf sú sama á þeim leiðara sem er við sama segulpólinn, jafnvel þótt spólan snúist


Samantekt -- yfirlit

• Rafmagnsvélar eru flókin fyrirbrigði og það þarf ítarleg stærðfræðileg líkön til að lýsa þeim með nákvæmni.

• Þó má segja að þær séu einfaldar ef aðeins eru skoðuð meginatriði í hegðun og virkni þeirra.

Documents

Inngangur og yfirlit yfir rafmagnsvélar