of 29 /29
Váltakozóáramú gépek Összeállította: Langer Ingrid adjunktus Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet

Valtakozo aramu gepek

Embed Size (px)

Text of Valtakozo aramu gepek

Page 1: Valtakozo aramu gepek

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

Page 2: Valtakozo aramu gepek

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.

Page 3: Valtakozo aramu gepek

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.

Page 4: Valtakozo aramu gepek

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

Page 5: Valtakozo aramu gepek

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

Page 6: Valtakozo aramu gepek

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.

Page 7: Valtakozo aramu gepek

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) 

Page 8: Valtakozo aramu gepek

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

Page 9: Valtakozo aramu gepek

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

Page 10: Valtakozo aramu gepek

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 

 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 

Page 11: Valtakozo aramu gepek

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

Page 12: Valtakozo aramu gepek

7/24/2019 Valtakozo aramu gepek

http://slidepdf.com/reader/full/valtakozo-aramu-gepek 12/29

OE BGK MEI 2010. 12

Nyomaték -fordulatszám jelleggörbe

Page 13: Valtakozo aramu gepek

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

Page 14: Valtakozo aramu gepek

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!

Page 15: Valtakozo aramu gepek

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

Page 16: Valtakozo aramu gepek

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

fY 

fY 

 Y 

3

3

U

U

U

U

M

M2

2

2

fY 

2

 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.

Page 17: Valtakozo aramu gepek

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.

Page 18: Valtakozo aramu gepek

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

s

R R    '''2

1

2

Page 19: Valtakozo aramu gepek

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

Page 20: Valtakozo aramu gepek

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

Page 21: Valtakozo aramu gepek

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.

Page 22: Valtakozo aramu gepek

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 

Page 23: Valtakozo aramu gepek

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.

Page 24: Valtakozo aramu gepek

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.

Page 25: Valtakozo aramu gepek

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 

Page 26: Valtakozo aramu gepek

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

Page 27: Valtakozo aramu gepek

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

api   UUU  

Ui :indukált feszültségUa: armatura feszültségUp: pólusfeszültségUk : kapocsfeszültségXa: armatura reaktancia

Xs: armatura szórási reaktanciaX: szinkron reaktancia

Page 28: Valtakozo aramu gepek

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)

Page 29: Valtakozo aramu gepek

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