ES II Laboratorijske Vje-be

Ivan Mandi Veselko Tomljenovi

Silvijo Gradeak

ELEKTRINI STROJEVI II

Laboratorijske vjebe

skripta u radu

Zagreb, 2012. godine

Predgovor

Ova skripta za laboratorijske vjebe namijenjena su studentima strunog studija elektrotehnike i obuhvaaju gradivo iz kolegija Elektrini strojevi II. Studenti se za svaku vjebu trebaju pripremiti. Svrha je pripreme stjecanje dovoljno znanja da bi provedba vjebe u laboratoriju doista koristila studentima u razumijevanju fizikalnih pojava u stroju. U skriptama je za svaku vjebu dan teorijski dio u kojem se objanjava tema vjebe i njezin cilj, kako bi studenti znali koja je svrha vjebe i kakve rezultate mjerenja treba oekivati. Takoer je dan kratak opis stroja i njegov nain rada. Na kraju pripreme nalaze se pitanja na koja bi studenti trebali znati odgovoriti kako bi mogli pristupiti vjebi. Nakon pripreme dane su upute za njezino provoenje. U tim uputama nalazi se detaljan opis tijeka izvoenja pokusa, principijelna shema spoja, tablice za unos rezultata mjerenja, te prostor za crtanje odgovarajuih izmjerenih karakteristika.

Autori

SADRAJ

1. PRAZNI HOD I KRATKI SPOJ SINKRONOG GENERATORA ......................................1 1.1. Priprema vjebe ..............................................................................................................1

Uvod...................................................................................................................................1 Prazni hod sinkronog generatora .......................................................................................3 Kratki spoj sinkronog generatora.......................................................................................4 Pitanja za pripremu ............................................................................................................4

1.2. Provedba vjebe ..............................................................................................................5 Pokus praznog hoda ...........................................................................................................5 Pokus kratkog spoja ...........................................................................................................7

2. KRIVULJE REGULACIJE I POGONSKI DIJAGRAM SINKRONOG GENERATORA10 2.1. Priprema vjebe ............................................................................................................10

Rad na krutoj mrei..........................................................................................................10 Sinkronizacija ..................................................................................................................11 Krivulje regulacije ...........................................................................................................12 Pogonski dijagram ...........................................................................................................13 Pitanja za pripremu ..........................................................................................................14

2.2. Provedba vjebe ............................................................................................................14 Sinkronizacija ..................................................................................................................15 Snimanje krivulja regulacije ............................................................................................16

3. ASINKRONI MOTOR U PRAZNOM HODU ...................................................................18 3.1. Priprema vjebe ............................................................................................................18

Uvod.................................................................................................................................18 Prazni hod asinkronog motora .........................................................................................20 Pitanja za pripremu ..........................................................................................................22

3.2. Provedba vjebe ............................................................................................................23

4. KARAKTERISTIKA MOMENTA ASINKRONOG MOTORA .......................................26 4.1. Priprema vjebe ...........................................................................................................26

Uvod.................................................................................................................................26 Pitanja za pripremu ..........................................................................................................28

4.2. Provedba vjebe ...........................................................................................................28

5. KARAKTERISTIKE BRZINE VRTNJE I VANJSKE KARAKTERISTIKE NEZAVISNOG ISTOSMJERNOG MOTORA ...................................................................33 5.1. Priprema vjebe ............................................................................................................33

Uvod.................................................................................................................................33 Karakteristike brzine vrtnje istosmjernog motora............................................................35 Vanjske karakteristike istosmjernog motora....................................................................36 Pitanja za pripremu ..........................................................................................................37

5.2. Provedba vjebe ...........................................................................................................37

4

6. OZNAKE STEZALJKI, PUTANJE U RAD, REGULACIJA BRZINE I RAZBUIVANJE ISTOSMJERNOG STROJA .................................................................42 6.1. Priprema vjebe ............................................................................................................42

Namoti istosmjernog stroja ..............................................................................................42 Propisi o oznaavanju stezaljki........................................................................................43 Putanje u rad...................................................................................................................44 Regulacija brzine vrtnje ...................................................................................................44 Razbuivanje....................................................................................................................45 Pitanja za pripremu ..........................................................................................................46

6.2.Provedba vjebe .............................................................................................................46 Regulacija naponom.........................................................................................................47 Regulacija poljem ............................................................................................................47

7. SPECIJALISTIKI LABORATORIJI ZA ISPITIVANJE ELEKTRINIH ROTACIJSKIH STROJEVA................................................................................................49 Sadraj i opseg .....................................................................................................................49 7.1. Uvod..............................................................................................................................50 7.2. Elektrostrojarski laboratorij ..........................................................................................50 7.3. Laboratorij za mehaniku fluida (ventilacijski laboratorij) ............................................51 7.4. Laboratorij za klimatska ispitivanja..............................................................................52 7.5. Akustiki laboratorij .....................................................................................................53 7.6. Laboratorij za ispitivanje mehanike zatite kuitem ................................................54

1

1. LABORATORIJSKA VJEBA

1. PRAZNI HOD I KRATKI SPOJ SINKRONOG GENERATORA 1.1. Priprema vjebe Uvod

Sinkroni strojevi su rotacijski strojevi kojima je brzina vrtnje rotora jednaka brzini vrtnje magnetskog polja u rasporu, a odreena je brojem pari polova p i frekvencijom f prema relaciji:

s

60 fn n

p= =

Ta se brzina naziva sinkrona brzina stroja.

Glavni dijelovi sinkronog stroja su stator i rotor. Stator se sastoji od statorskog paketa, namota i konstruktivnih dijelova. Statorski paket je magnetski aktivni dio u obliku cilindra, sastavljen od tankih, meusobno izoliranih limova. Na provrtu tog cilindra nalaze se utori koji se izvode izbijanjem (tancanjem) lima. U utorima je smjeten statorski armaturni namot. Statorski se paket sastoji od zubi i jarma. Rotor je uzbudni dio sinkronog stroja, a sastoji se od osovine, jarma rotora, polova, uzbudnog i prigunog namota. Izvodi se u varijantama s istaknutim polovima i bez njih. Svaki pol ima jezgru s uzbudnim namotom te polnu papuu. Polna papua svojim vanjskim rubom oblikuje raspor izmeu statora i rotora. U polne papue ugrauje se priguni namot, koji je kratko spojen na bonim stranama rotora. Sinkroni strojevi se najee izvode kao trofazni generatori, s dva ili vie polova, ovisno o vrsti pogonskog stroja.

U hidroelektranama se za pogon generatora koriste vodne turbine kod kojih brzina jako ovisi o koliini vode i pritisku (pad vode) i obino iznosi 50-1000 o/min. Generatori za male brzine vrtnje moraju imati velik broj pari polova p. Generatori u hidroelektranama nazivaju se hidrogeneratori i njihov rotor se uvijek izvodi sa izraenim polovima, obino sa est ili vie polova, na kojima je koncentrirani uzbudni namot (slika1.1).

U termoelektranama se generatori pogone parnim ili plinskim turbinama koje imaju veliku brzinu vrtnje pa se takvi generatori nazivaju turbogeneratori i izvode se s neistaknutim polovima (cilindrini rotor), redovito kao dvopolni ili etveropolni (slika 1.2).

Sl. 1.1 Presjek esteropolnog sinkronog stroja Sl. 1.2 Presjek dvopolnog sinkronog stroja s istaknutim polovima cilindrinim rotorom

2

Osim generatora u elektranama sinkroni strojevi se jo koriste i kao dizelski generatori, kao kompenzatori za opskrbu mree jalovom energijom, te kao sinkroni motori.

Kroz uzbudni namot na rotoru tee istosmjerna struja koja stvara magnetsko polje. Rotor se vrti pod djelovanjem momenta pogonskog stroja, pa rotira i uzbudno magnetsko polje. Na statoru je u pravilu smjeten trofazni armaturni namot koji je simetrino rasporeen u utorima po obodu stroja. Sinkroni strojevi se rijetko izvode s uzbudom na statoru a armaturom na rotoru. Okretno magnetsko polje inducira napon u armaturnom namotu na statoru, koji je proporcionalan magnetskom toku u rasporu , brzini vrtnje ns, i efektivnom broju zavoja armaturnog namota ( w fn ):

E = 4,44 w fn f = k n

Kada se generator optereti, namotom statora potee struja koja svojim djelovanjem utjee na rezultanto polje u rasporu (reakcija armature). Struje u statorskom namotu stvore okretno protjecanje koje se vrti jednakom brzinom kao i rotor, dakle sinkrono s rotorom. Po tome je ova vrsta stroja nazvana sinkroni stroj. Sinkroni stroj ne moe raditi u stacionarnom reimu rada ako brzina okretnog polja armaturnog namota nije jednaka brzini vrtnje rotora. Da bi se pri optereenju zadrao isti napon na stezaljkama stroja, treba korigirati uzbudnu struju i pogonski moment tako da se uspostavi ravnotea protjecanja pri eljenom naponu, frekvenciji i predanoj snazi.

Osnovne podatke o izvedenom stroju moemo saznati s natpisne ploice (slika 1.3) koja mora sadravati:

osnovne podatke o proizvoau, godinu proizvodnje, standarde po kojima je stroj izraen i nazivne podatke za koje je stroj graen.

Nazivni podaci sinkronog stroja su: nazivna snaga, nazivni napon (efektivna vrijednost linijskog napona), nazivna struja (efektivna vrijednost linijske struje), nazivna frekvencija, nazivna brzina vrtnje, nazivni faktor snage, uzbudna struja i nazivni uzbudni napon.

Kao nazivna snaga za generator se daje prividna snaga jer optereenje generatora ne mora biti samo radnog karaktera. Tako u sluaju isto induktivnog optereenja struja generatora i zagrijavanje mogu poprimiti nazivne vrijednosti, a radna snaga koju predaje je jednaka nuli. Ukoliko se drimo podataka s natpisne ploice stroju u pogonu se nee nita dogoditi.

Sl. 1.3 Primjer natpisne ploice veeg (gore) i manjeg (dolje) sinkronog generatora

3

Prazni hod sinkronog generatora

Prazni hod kao i kratki spoj su stanja kada generator ne predaje potroau (mrei) snagu. Prazni hod generatora je stanje u kojem pogonski stroj pogoni generator njegovom nazivnom (sinkronom) brzinom, a generator je uzbuen tolikom uzbudnom strujom da se u armaturi (statoru) inducira nazivni napon. Na stezaljke generatora nisu spojena troila pa u armaturnom namotu ne tee struja. Ispitivanje sinkronog stroja u praznom hodu daje nam podatke o magnetskim prilikama u stroju, a kao najznaajniji rezultat ispitivanja praznog hoda istie se karakteristika praznog hoda stroja.

Karakteristika praznog hoda jest ovisnost napona armature o uzbudnoj struji, pri nazivnoj brzini vrtnje, E = f (If) , prikazana na slici 1.4. Zbog zasienja u magnetskom krugu eljeza ta je karakteristika nelinearna. Pri viim naponima (indukcijama) potrebno je sve vie uzbudnog protjecanja. Ovisno o visini indukcije u pojedinim dijelovima magnetskog kruga moe se dobiti meka (slabije zasieni generator) ili tvra karakteristika praznog hoda (zasieniji generator).

U = E [V]

Un

If0' If0 If [A]

Sl. 1.4 Karakteristika praznog hoda sinkronog generatora

Kod snimanja karakteristike sinkroni generator se pogoni konstantnom brzinom, tako da se na stezaljkama generatora dobije napon nazivne frekvencije. Struja uzbude se mijenja u granicama od nule do maksimalno doputenog iznosa koji je ogranien zagrijavanjem uzbudnog namota. Obino je najvea vrijednost uzbudne struje, do koje se mjeri ova karakteristika, ona vrijednost kod koje se dobije napon na stezaljkama oko 25 % vei od nazivnog. Snimanje se moe provesti i kod brzine vrtnje n, odnosno frekvencije f, razliite od nazivne ali se onda mjereni inducirani napon E mora preraunati na nazivnu brzinu vrtnje ns, odnosno frekvenciju fn:

U praznom hodu generatora pojavljuju se gubici u uzbudnom krugu PCuf , gubici u eljezu PFe i gubici trenja i ventilacije Pmeh . Gubitke uzbude pokriva istosmjerni izvor, dok gubitke u eljezu i gubitke trenja i ventilacije pokriva pogonski stroj. Gubici trenja i ventilacije su konstantni jer je brzina vrtnje konstantna, dok gubici u eljezu rastu proporcionalno s kvadratom indukcije.

ffE

n

nEE ns ==

4

Kratki spoj sinkronog generatora

U kratkom spoju sinkronog generatora stezaljke statorskog namota su kratko spojene. U idealnom sluaju, kakav razmatramo, stroj nema radnih otpora kao ni rasipnih reaktancija, a vanjski otpori spojeva stezaljki su takoer jednaki nuli. Ako tako spojen stroj uzbudimo i rotor vrtimo (ili uzbueni stroj kratko spojimo pa onda zavrtimo rotor), uspostavit e se u stroju takvo magnetsko stanje (indukcija) da je inducirani napon Es = 0. To je mogue samo ako je ukupno (rezultanto) protjecanje jednako nuli, = 0. Zbog toga e u armaturnim namotima potei struje koje e stvoriti protjecanje armature a jednakog iznosa i suprotnog smjera od uzbudnog protjecanja m . Poveanjem struje uzbude If poveava se protjecanje uzbude a samim time i protjecanje armature, odnosno struja armature Ik . Ukupni magnetski tok jednak je nuli, nema pojave zasienja, pa je ovisnost armaturne struje o uzbudnoj struji Ik= f (If ) linearna. Ta ovisnost naziva se karakteristika kratkog spoja, i prikazana je na slici 1.5.

Sl. 1.5 Karakteristika kratkog spoja sinkronog generatora

Pitanja za pripremu

1. Zato je pri snimanju karakteristike praznog hoda vano odravati konstantnu brzinu vrtnje?

2. Moe li se karakteristika praznog hoda snimiti pri nekoj drugoj brzini, a ne onoj koja daje nazivnu frekvenciju?

3. Zato karakteristika praznog hoda nije pravac? 4. Koje su fizikalne veliine u stroju u ravnotei pri snimanju pokusa kratkog spoja? 5. Je li konstantna brzina vrtnje nuna za snimanje karakteristike kratkog spoja? 6. Kakvo je magnetsko polje u stroju u kratkom spoju?

5

1.2. Provedba vjebe

U tablicu 1.1 unesite nazivne podatke s natpisnih ploica istosmjernog motora i sinkronog generatora. Napomena: nazivni napon s natpisne ploice generatora je fazni napon.

Tablica 1.1 Nazivni podaci generatora i pogonskog motora

Pokus praznog hoda

Kao pogonski stroj koristi se istosmjerni motor s nezavisnom uzbudom koji je preko elastine spojke spojen s ispitivanim generatorom. U ovom laboratoriju on je izveden tako da ima mogunost mjerenja momenta na osovini, pa se zbog toga naziva dinamo-vaga. Osim mjernog pretvornika za mjerenje momenta, motor ima ugraen i mjera broja okretaja. Promjenom armaturnog napona motora mijenja se brzina vrtnje cijelog agregata, pri emu napon uzbude motora treba biti podeen na nazivnu vrijednost. Namoti istosmjernog motora i sinkronog generatora spojeni su na stezaljke upravljakih pultova dinamo-vaga i izmjenini motor-generator, pa su ti pultovi mjesta gdje se prikljuuju regulacijski transformatori i mjerni ureaji prikazani na shemi spoja (slika 1.6).

Sl. 1.6 Shema spoja pokusa praznog hoda sinkronog generatora

sinkroni generator istosmjerni motor

6

Upute za izvoenje pokusa

Uvidom u nain spajanja prikljunih stezaljki generatora (slika 1.7) odredite vrstu spoja namota.

Sl. 1.7 a) Spoj namota u trokut b) Spoj namota u zvijezdu

Pomou jednofaznog regulacijskog transformatora podesite napon uzbude istosmjernog motora na nazivnu vrijednost. Pomou trofaznog regulacijskog transformatora, promjenom napona armature, podesite brzinu vrtnje motora na nazivnu brzinu sinkronog generatora i odravajte je konstantnom. Napon uzbude i brzinu vrtnje oitajte s mjernih instrumenata na upravljakom pultu dinamo-vaga.

Sklopku mrea na lijevom bonom dijelu pulta izmjenini motor-generator stavite u poloaj 0. Pomou jednofaznog regulacijskog transformatora poveavajte struju uzbude generatora kontinuiranim zakretanjem klizaa samo u desno, do one vrijednosti koja daje napon na stezaljkama priblino 1,25Un . Sada od te iste vrijednosti postupno smanjujte uzbudnu struju kontinuiranim zakretanjem klizaa samo u lijevo do nule. Za svaku vrijednost struje uzbude izmjerite inducirane napone u pojedinim fazama, a kao pravu vrijednost uzmite njihovu aritmetiku sredinu. Na ovaj nain snimljene su dvije karakteristike praznog hoda, jedna kod poveanja uzbudne struje, a druga kod smanjivanja. Rezultate mjerenja unesite u tablicu 1.2.

Tablica 1.2 Rezultati mjerenja karakteristike praznog hoda

Poveanje uzbudne struje n (o/min)

If (A) E1(V) E2(V) E3(V) E (V)

Smanjivanje uzbudne struje n (o/min)

If (A) E1(V) E2(V) E3(V) E (V)

7

Na otisnutoj mrei nacrtajte karakteristiku praznog hoda E = f (If ) za rastuu i padajuu struju uzbude. One se ucrtavaju u isti koordinatni sustav.

Pokus kratkog spoja

Sinkroni generator se nalazi u trajnom tropolnom kratkom spoju kada se rotor generatora vrti, uzbudnim namotom tee struja, a stezaljke armature su kratko spojene. Struja armature se mjeri u pravilu u sve tri faze, budui da se iznosi struja u pojedinim fazama mogu dosta razlikovati zbog nesimetrije u stroju. Na slici 1.8 prikazana je shema spajanja.

Sl. 1.8 Shema pokusa kratkog spoja sinkronog generatora

Upute za izvoenje pokusa

Brzinu vrtnje generatora podesite na nazivnu vrijednost.

Uzbudnu struju generatora smanjite na nulu i zatim tropolnu sklopku mrea na lijevom bonom dijelu upravljakog pulta stavite u poloaj 1. Struju uzbude postupno poveavajte od nule do vrijednosti 1,5Ifn. Smanjujte uzbudnu struju sinkronog generatora uz n = ns, te pritom oitavajte struje armature svih triju faza generatora. Kao pravu vrijednost uzmite njihovu aritmetiku sredinu. Rezultate mjerenja unesite u tablicu 1.3.

Tablica 1.3 Rezultati mjerenja karakteristike kratkog spoja

If (A) I1 (A) I2 (A) I3 (A) Ik (A)

Na otisnutoj mrei nacrtajte karakteristiku kratkog spoja Ik = f (If ).

10


2. SINKRONIZACIJA, KRIVULJE REGULACIJE I POGONSKI DIJAGRAM SINKRONOG GENERATORA

2.1. Priprema vjebe Rad na krutoj mrei

Kruta mrea u pravilu predstavlja veliku mreu, s puno prikljuenih generatora, koja ima konstantan (vrst) napon i frekvenciju. Pojedinani generator koji prikljuimo na mreu praktiki ne utjee ni na napon, ni na frekvenciju mree, bez obzira na pogonsko stanje u kojem se nalazi. Primjer krute mree je elektroenergetski sustav jedne zemlje.

Dva su osnovna uvjeta koja generator mora ispunjavati pri radu na krutu mreu:

fazori napona mree i napona generatora moraju biti jednaki genmr UU = , iz ega proizlazi da rezultanto protjecanje u stroju mora biti konstantno.

frekvencija napona generatora mora biti konstantna i jednaka frekvenciji mree mrff = , iz ega proizlazi da se generator mora vrtjeti sinkronom brzinom sn .

mrs

60 fn

p=

Ako generatoru, koji je spojen na krutu mreu u praznom hodu, poveamo uzbudu, bez promjene momenta na osovini, pojavi se struja armature takva da ukupno protjecanje ostane nepromijenjeno (slika 2.1). Stroj daje u mreu induktivnu jalovu snagu, odnosno uzima kapacitivnu (u odnosu na mreu ponaa sa kao kondenzator). Takav stroj je naduzbuen jer mu je uzbuda vea nego u praznom hodu.

Ako smanjimo uzbudu potee u armaturi struja koja sa stanovita mree ima induktivni karakter (slika 2.2). Stroj se ponaa kao prigunica, on uzima iz mree jalovu induktivnu snagu, a daje u mreu kapacitivnu. Takav stroj je poduzbuen jer mu je uzbuda manja nego u praznom hodu.

Sl. 2.1 Rad na krutoj mrei pri poveanju Sl. 2.2 Rad na krutoj mrei pri smanjenju uzbudne struje uzbudne struje

11

Pri poveanju momenta u smjeru vrtnje pojavi se struja armature radno-kapacitivnog karaktera (slika 2.3). Rotor se pritom zakrene za kut r potreban da se razvije elektromagnetski moment koji dri ravnoteu momentu na osovini. Ukupno protjecanje ostaje nepromijenjeno, stroj radi kao generator i daje u mreu radnu snagu. Ako koimo rotor on e zaostati za kut r prema vektoru ukupnog protjecanja (slika 2.4). U armaturi e potei struja takvog iznosa i smjera koja e stvoriti armaturno protjecanje potrebno da odri nepromijenjeno ukupno protjecanje. Stroj radi kao motor, uzima elektrinu snagu iz mree i predaje mehaniku snagu na osovini.

Sl. 2.3 Poveanje momenta na osovini bez Sl. 2.4 Tereenje momentom na osovini bez promjene uzbude promjene uzbude

Sinkronizacija

Postupak ukljuivanja stroja na mreu zove se sinkronizacija. Sinkroni stroj moe raditi na krutoj mrei jedino ako su:

frekvencije napona stroja i napona mree jednake naponi stroja i mree jednaki po iznosu jednaki redoslijedi faza fazni kutovi izmeu napona pripadnih faza stroja i mree jednaki nuli.

Pogonskim strojem generator se pokrene do nazivnog broja okretaja, a uzbuda podesi tako da se na stezaljkama dobije napon mree. Napone i frekvencije mree i generatora mjerimo nezavisnim voltmetrima i frekvencmetrima pri emu je prekida za spoj s mreom otvoren (slika 2.5). Generator radi u reimu praznog hoda.

Kad smo postigli jednake napone i frekvencije jo uvijek ne smijemo ukljuiti prekida jer se naponi mogu razlikovati po fazi. Ako frekvencije generatora i mree nisu jednake onda se zvijezda fazora napona vrti u odnosu na zvijezdu fazora napona mree brzinom koja je proporcionalna razlici frekvencija (slika 2.6). Te fazore moemo dovesti u istovjetan poloaj ako neznatno ubrzamo ili usporimo generator pomou pogonskog stroja. Napon izmeu odgovarajuih faza moemo mjeriti nul-voltmetrom. Kada je taj napon jednak nuli ukljuimo sklopku i generator uskoi u sinkronizam. Danas se koriste poluautomatski ili automatski ureaji za sinkronizaciju.

12

Sl. 2.5 Spoj za sinkronizaciju Sl. 2.6 Zvijezde napona mree (L1-L2-L3) i generatora (U-V-W) pri sinkronizaciji

Krivulje regulacije

Jedan od vanih zahtjeva u eksploataciji sinkronih strojeva je poznavanje uzbudne struje za zadani teret i faktor snage. Podatak o tome dobivamo iz krivulja regulacije koje prikazuju ovisnost uzbudne struje o optereenju (statorskoj linijskoj struji), uz konstantan faktor snage cos . Na slici 2.7 prikazana je porodica krivulja regulacije.

Sl. 2.7 Krivulje regulacije

Iz vektorsko-fazorskog dijagrama proizlazi da ta ovisnost openito nije linearna jer se ukupno protjecanje dobiva vektorskim zbrajanjem protjecanja uzbude i armature. Za isto induktivno ili kapacitivno optereenje ovisnost je linearna, jer su vektori protjecanja armature i uzbude kolinearni. Oblik i karakter ovih krivulja moraju se uzeti u obzir pri projektiranju regulatora za automatsku regulaciju napona.

Za generatore manjih snaga snimanje krivulja se obavlja u tvornici mjerenjem jer je pogonskim strojem i podeavanjem uzbude mogue dovesti stroj u bilo koju radnu toku. Kod velikih strojeva one se ne mogu snimiti u tvornici jer se ne raspolae pogonskim strojem dovoljne snage. U elektrani se to takoer ne moe provesti jer dispeerska sluba ne moe dopustiti mjerenje velikog broja radnih toaka generatora. To bi izazvalo nepovoljne efekte u

13

energetskoj mrei. Zbog toga se u takvim sluajevima regulacijske krivulje konstruiraju pomou vedskog dijagrama.

Pogonski dijagram

Pogonski dijagram (slika 2.8) prikazuje doputeno podruje rada agregata (pogonskog stroja i generatora). Ordinatna os predstavlja najee radnu, a apscisna jalovu snagu. Na desnoj strani dijagrama prikazuje se podruje rada naduzbuenog, a na lijevoj poduzbuenog stroja. Granicu doputenog podruja rada odreuje u najveoj mjeri zagrijavanje stroja.

Sl. 2.8 Pogonski dijagram sinkronog generatora

Magnetski tok u stroju je konstantan, jer je odreen naponom mree, pa su gubici u eljezu statora priblino konstantni. Tako osnovna ogranienja u pogonskom dijagramu odreuju zagrijavanja statorskog i rotorskog namota, te granica stabilnosti.

Granicu zagrijavanja statorskog namota predstavlja polukrunica polumjera koji odgovara iznosu nazivne prividne snage generatora sa sreditem u sjecitu koordinatnih osi.

Granicu zagrijavanja rotorskog namota priblino predstavlja kruni luk sa sreditem na apscisnoj osi, a prolazi nazivnom tokom te tokom koja se dobije uz uzbudnu struju koja odgovara nazivnoj prividnoj snazi ali uz faktor snage cos = 0ind. Sredite navedenog krunog luka nalazi se na apscisi a moe se nalaziti unutar ili izvan podruja odreenog granicom zagrijavanja statorskog namota, to ovisi o izvedbi stroja. Nazivna toka nalazi se uvijek u induktivnom podruju rada generatora uz faktor snage najee izmeu 0,7 i 0,9.

U kapacitivnom podruju rada mogu se pojaviti tri ogranienja. Jedno je teorijska granica statike stabilnosti koja teorijski predstavlja vertikalnu liniju i za velike strojeve se odreuje raunski. Budui da se ne smije dopustiti rad na samoj granici stabilnosti na pogonsku kartu se unosi praktika granica statike stabilnosti. Drugo ogranienje odnosi se na minimalni iznos uzbudne struje, obino oko 10% nazivne uzbudne struje, ispod kojeg se njezin iznos ne moe dovoljno dobro regulirati. Ova granica je polukrunica. Sredite ove polukrunice moe se za strojeve s istaknutim polovima odrediti mjerenjem uz If = 0. Tree mogue ogranienje je zagrijavanje eonog prostora zbog vrtlonih struja u statorskom paketu u eonim dijelovima stroja.

14

U pogonski dijagram se jo unose ogranienja zbog maksimalnog i minimalnog iznosa snage pogonskog stroja.

Pitanja za pripremu

1. Kako se odreuju krivulje regulacije velikih sinkronih generatora na osnovu samo nekoliko mjerenih toaka?

2. Zato krivulje regulacije za faktore snage cos = 0ind, i cos = 0kap predstavljaju pravce?

3. Je li zakrivljenost krivulja regulacije posljedica zasienja magnetskog kruga u stroju, ili nekih drugih fizikalnih pojava/odnosa u stroju?

4. Kakvu krivulju bi na dijagramu krivulja regulacije predstavljala granica zagrijavanja rotora?

5. Kakvu krivulju bi na dijagramu krivulja regulacije predstavljala granica zagrijavanja statora?

6. Pomie li remanentni magnetizam rotora granicu stabilnosti ulijevo ili udesno na pogonskom dijagramu (uz uobiajeni prikaz generirane kapacitivne reaktivne snage, tj. poduzbuen stroj lijevo, a induktivne, tj. naduzbuen stroj desno na dijagramu)?

7. Zato granicu zagrijavanja statora na pogonskom dijagramu predstavlja polukrunica? 8. Predstavlja li pravac maksimalne radne snage na pogonskom dijagramu ogranienje

koje postavlja generator ili je to ogranienje drukijeg porijekla? 9. Kako se definira praktina granica stabilnosti? 10. to bi se desilo generatoru koji radi na granici stabilnosti ako mu poveamo uzbudnu

struju?

2.2. Provedba vjebe

U tablicu 2.1 unesite nazivne podatke ispitivanog generatora i pogonskog stroja. Kod snimanja krivulja regulacije treba paziti da struje armature i uzbude sinkronog generatora ne budu puno vee od nazivnih vrijednosti kako ne bi dolo do pregrijavanja. Takoer treba paziti da napon uzbude istosmjernog motora ne bude vei od nazivnog. Shema spoja prikazana je na slici 2.9.

Tablica 2.1 Nazivni podaci generatora i pogonskog stroja

sinkroni generator istosmjerni motor

15

Sl. 2.9 Shema spoja za snimanje krivulja regulacije sinkronog generatora

Sinkronizacija

Upute za provedbu vjebe

Provjerite jednakost redoslijeda faza mree i generatora pomou odgovarajueg ureaja.

Prekida mrea na lijevoj bonoj strani pulta izmjenini motor-generator stavite u poloaj nula. Brzinu vrtnje i fazni napon generatora podesite na nazivne vrijednosti. Napone, struje i snage po fazama moete oitavati s ekrana digitalnog vatmetra.

Trofazni regulacijski transformator spojen na pult izmjenini motor-generator predstavlja mreu. Njegov napon podesite na vrijednost ngen3U , jer je voltmetar spojen tako da mjeri linijski napon. Sada su frekvencija i iznos napona mree i generatora jednaki.

U trenutku kada kazaljka nul-voltmetra padne na nulu fazori napona generatora i mree su se poklopili. Tada treba prekida mrea staviti u poloaj 1 i tako ukljuiti generator u mreu. Da bi se izazvalo bre pomicanje kazaljke nul-voltmetra potrebno je generator neznatno ubrzati ili usporiti.

16

Snimanje krivulja regulacije


Promjenom momenta na osovini moete regulirati radnu snagu koju generator daje u mreu. Moment, odnosno radna snaga se poveavaju tako da se pogonskom stroju poveava napon armature, ili smanjuje napon uzbude (za finiju regulaciju). Promjenom uzbudne struje generatora podeava se generirana jalova snaga odnosno faktor snage cos .

Pomou odgovarajuih regulacijskih transformatora podesite radnu snagu generatora na nulu, a promjenom uzbudne struje generatora regulirajte generiranu jalovu induktivnu i jalovu kapacitivnu struju armature. Na taj nain snimaju su krivulje regulacije za isto induktivno optereenje cos = 0ind (generator naduzbuen), te za isto kapacitivno optereenje cos = 0kap, (generator poduzbuen).

Za kombinirana radno-jalova optereenja pojedina se krivulja snimi tako da se u koracima poveava radna snaga, a zatim se podeavanjem uzbudne struje generatora podesi eljeni faktor snage. Snimite karakteristike regulacije za faktore snage zadane u tablici 2.2.

Faktor snage, struju armature i radnu snagu oitavajte sa ekrana digitalnog vatmetra. Radna snaga koju mjeri vatmetar mora biti pozitivna jer je tada stroj u generatorskom reimu rada odnosno daje snagu u mreu. Faktor snage je pozitivan u radno-induktivnom podruju, a negativan u radno-kapacitivnom podruju rada.

Rezultate mjerenja unesite u tablicu 2.2.

Tablica 2.2 Rezultati snimanja krivulja regulacije sinkronog generatora

cos 0 ind 0,5 ind nazivni If [A] Ia [A]

cos 0 kap 0,5 kap 1 If [A] Ia [A]

U podruju rada cos = 0kap (generator poduzbuen) uzbudnu struju generatora smanjite na nulu, te izmjerite jalovu kapacitivnu snagu Qkap . To je toka na pogonskom dijagramu kroz koju prolazi pravac teorijske granice stabilnosti, a ujedno i sredite krunog luka koji predstavlja ogranienje zbog rotorske struje a prolazi kroz nazivnu toku.

Na otisnutoj mrei nacrtajte krivulje regulacije If = f (Ia ) i pogonski dijagram.

18

3.LABORATORIJSKA VJEBA

3. ASINKRONI MOTOR U PRAZNOM HODU 3.1. Priprema vjebe Uvod

Asinkroni strojevi rotacijski su strojevi kojima je brzina vrtnje rotora razliita (asinkrona) od brzine vrtnje okretnog magnetskog polja u rasporu. Razliku brzine vrtnje okretnog magnetskog polja ns i brzine vrtnje rotora asinkronog motora n izraava parametar nazvan klizanje s

s

s

n

nns

=

Uglavnom se rabe kao motori od najmanjih snaga do najveih reda 60 ak MW, a ponekad kao generatori (vjetroelektrane). Najee se izvode trofazno, a samo manjih snaga jednofazno. Na slici 3.1 prikazan je presjek klizno-kolutnog, a na slici 3.2 kaveznog asinkronog motora:

1. leajni (boni) poklopac, 2. vratilo (osovina), 3. leaj, 4. prikljuna kutija, 5. prikljune stezaljke, 6. ventilator, 7. rotor, 8. stator s namotajima.

Dijelove asinkronog stroja moemo podijeliti na sljedei nain:

a) mehaniki dijelovi kuite, osovina, leajni titovi, leajevi, ventilatori, b) elektriki dijelovi namot statora i rotora, prikljune stezaljke, c) magnetski dijelovi jaram i zubi statora, jaram i zubi rotora, zrani raspor.

Sl. 3.1 Presjek kolutnog asinkronog motora Sl. 3.2 Presjek kaveznog asinkronog motora

19

Stator asinkronog stroja ima rasporeen namot, najee trofazni i izvodi se na vrlo slian nain kao kod sinkronih strojeva. Rotor asinkronog stroja izvodi se bez istaknutih polova, s rasporeenim namotom po obodu rotora. Taj namot se ne napaja iz vanjskog izvora nego se zbog okretnog polja statora u njemu induciraju naponi i rotorskim vodiima poteku struje koje stvaraju zakretni moment. Po tome se asinkroni stroj naziva i indukcijski stroj. Prema izvedbi namota rotora asinkroni motori se dijele na kolutne i kavezne.

Kolutni (klizno-kolutni) asinkroni motor ima na rotoru rasporeen izolirani viefazni namot, u pravilu trofazni, s jednakim brojem pari polova kao i statorski namot. Taj je namot izveden slino statorskom, od tankih vodia namotanih u svitke. Poeci namota rotora su najee spojeni u zvijezdu a krajevi su izvedeni do kliznih koluta (slika 3.3). Klizni koluti (prsteni) su smjeteni na osovinu i meusobno su izolirani. Po njima klize etkice koje preko vanjskih otpornika (uputaa, pokretaa) spajaju rotorski namot. Promjenom iznosa vanjskih otpora mogue je mijenjati karakteristike momenta i struje motora kao i njegovu brzinu vrtnje. Ovi motori su uglavnom skuplji i osjetljiviji od kaveznih.

Kavezni asinkroni motori imaju rotorski namot u obliku kaveza (slika 3.4). U rotorskim utorima nalaze se aktivni neizolirani bakreni, mjedeni ili aluminijski vodii koji su na eonim stranama kratko spojeni prstenovima i ine viefazni rotorski namot. Budui da su utori jednoliko rasporeeni po obodu i da su tapovi meusobno jednaki, ovakav namot je simetrian, a broj faza namota jednak je broju rotorskih utora. Ovi motori su jednostavnije izvedbe, robusniji su i jeftiniji od kolutnih. Napajaju se esto statikim naponsko-frekvencijskim pretvaraima, ime je omoguena fina regulacija napona i frekvencije napajanja motora, a time i brzine vrtnje pogona.

Sl. 3.3 Shematski prikaz rotora kolutnog motora Sl. 3.4 Rotor kaveznog asinkronog motora

Osnovni podaci o asinkronom stroju daju se na natpisnoj ploici koja sadri:

a) ime proizvoaa i zemlju podrijetla, b) ifra i kod pod kojom se stroj vodi i naruuje od proizvoaa, c) tipnu oznaku sastoji se iz skupine slova i brojki ije je znaenje odreeno

internim tvornikim standardom. Obino sadri oznaku serije, oznaku vrste stroja, visinu osovine i duljinu kuita (definirani standardima IEC i DIN), broj polova, oznake dodane opreme ili izvedbe stroja,

d) izvedbeni oblik odreuje nain postavljanja i povezivanja s radnim mehanizmom koji su definirani propisima IEC 60034-7 i DIN 49250,

e) klasu izolacije, stupanj zaite i vrstu pogona,

20

f) nazivne podatke za koje je stroj graen nazivna snaga (snaga na osovini ako se radi o motoru), nazivni napon (efektivna vrijednost linijskog napona), nazivna struja (efektivna vrijednost linijske struje), nazivna frekvencija, nazivna brzina vrtnje, nazivni faktor snage, spoj namota.

Sl. 3.5 Primjer natpisne ploice asinkronog stroja

Prazni hod asinkronog motora

Praznim hodom asinkronog motora nazivamo pogonsko stanje u kojem je statorski namot spojen na mreu, a rotor nije optereen mehanikim momentom. U idealnom praznom hodu pomonim strojem vrtimo rotor sinkronom brzinom. Time pokrivamo mehanike gubitke (trenje i ventilacija). Na taj nain moemo tonije odrediti stanje u magnetskom krugu stroja, odnosno struju magnetiziranja, osobito za male iznose napona. Takvo se ispitivanje provodi relativno rijetko. U veini se sluajeva motor jednostavno spoji na izvor iji se napon moe podeavati, a motor se ne optereuje mehaniki. Motor pri tome moe pokriti mehanike gubitke jedino iz razvijene mehanike snage. Uz to, motor mora uzimati iz elektrinog izvora i snagu za pokrivanje gubitaka u eljezu, kao i snagu za pokrivanje gubitaka u namotu statora i rotora. U praznom hodu snimaju se karakteristike struje, faktora snage i gubitaka u ovisnosti o naponu.

Sl. 3.6 Karakteristika zasienja asinkronog Sl. 3.7 Faktor snage asinkronog motora motora

Karakteristika zasienja je funkcijska ovisnost struje praznog hoda Io o narinutom naponu U (slika 3.6). U osnovi, ova karakteristika ima isti karakter kao karakteristika praznog hoda transformatora ili sinkronog stroja. Gornji dio karakteristike je savinut zbog zasienja

21

magnetskog kruga, a donji dio zbog gubitaka trenja i ventilacije koji su praktiki konstantni jer se u praznom hodu brzina tek neznatno mijenja s naponom. Budui da napon pada struja za pokrivanje tih gubitaka mora rasti. Uz to poveava se i klizanje to uzrokuje poveanje gubitaka u rotoru.

Karakteristika faktora snage je ovisnost faktora snage coso o narinutom naponu U (slika 3.7). Taj faktor je u praznom hodu dosta nizak. Pri poveanju napona raste zbog poveanja gubitaka u eljezu a pri snienju napona raste zbog poveanja radne komponente struje.

Karakteristika gubitaka prikazuje ovisnost gubitaka praznog hoda o narinutom naponu (slika 3.8). Ti gubici ovise priblino o kvadratu napona a mogu se rastaviti na nekoliko komponenti.

Sl. 3.8 Gubici u praznom hodu asinkronog motora

Gubici praznog hoda Po dijele se na:

gubitke u statorskom namotu PCu s i ue gubitke praznog hoda Po' , koji se sastoje od gubitaka u eljezu statora PFe s

(zajedno s dodatnim gubicima praznog hoda Pg dod ) i gubitaka trenja i ventilacije Pg meh .

Budui da je brzina u praznom hodu vrlo bliska sinkronoj brzini, frekvencija magnetskog polja na rotoru je niska, pa su gubici u eljezu rotora maleni i obino se zanemaruju. Struja na rotoru je takoer malena, pa se i gubici u namotu rotora mogu zanemariti. Gubici praznog hoda Po dobiju se iz izraza:

Po = PCu s + Po' = 1,5 Rs st Io2 + PFe s + Pg meh (1)

Gubitke u statorskom namotu PCu s izraunamo iz mjerene struje praznog hoda Io i izmjerenog otpora izmeu stezaljki statora Rs st po formuli:

PCu s = 1,5 Rs st Io2 (2)

Od izmjerenih gubitaka u praznom hodu oduzmemo gubitke u statorskom namotu kako bismo dobili ue gubitke praznog hoda Po' .

Po' = Po PCu s (3)

22

Izmjerene karakteristike u pokusu praznog hoda esto se ucrtavaju zajedno u isti koordinatni sustav (slika 3.9).

Sl. 3.9 Karakteristike praznog hoda asinkronog motora

Pitanja za pripremu

1. Zato se sa smanjenjem napona napajanja poveava faktor snage u pokusu praznog hoda?

2. Zato se sa poveanjem napona napajanja poveava faktor snage u pokusu praznog hoda?

3. Zato ovisnost gubitaka u eljezu ima priblino kvadratinu ovisnost o naponu? 4. Moe li se karakteristika struje praznog hoda snimiti tako da za napon jednak nuli

zavrava linearno, poput krivulje praznog hoda transformatora? 5. Koliko bi iznosio faktor snage da u stroju nema nikakvih gubitaka? 6. Koliko iznosi priblino brzina vrtnje u pokusu praznog hoda? 7. Zato se pri snimanju karakteristika praznog hoda mogu zanemariti gubici u namotu

rotora? 8. Koliko iznosi vrijednost klizanja u reimu praznog hoda asinkronog motora? 9. Koliko iznosi faktor snage na rotoru kod asinkronog motora u praznom hodu?

Io [A]

P [W] cos

0 U [V] Un

Pmeh

cos

Io

Po'

Po

23

3.2. Provedba vjebe

Na slici 3.10 prikazana je shema spoja za mjerenje pokusa praznog hoda. Ispitivani motor se spaja s izvorom napajanja i digitalnim vatmetrom preko stezaljki upravljakog pulta izmjenini motor-generator. Izvor napajanja je trofazni regulacijski transformator, a struja, fazni naponi i snaga motora oitavaju se s ekrana digitalnog vatmetra. Mjerenje treba zapoeti s naponom oko 10% veim od nazivnog napona, te nakon toga treba sputati napon u jednakim koracima, tako da se izmjeri 15 do 20 toaka.

Sl. 3.10 Shema spoja za pokus praznog hoda asinkronog motora

Upute za provedbu vjebe:

S natpisne ploice asinkronog motora prepiite nazivne podatke i unesite u tablicu 3.1.

Usporedite nain spajanja prikljunih stezaljki namota motora s priloenim slikama kako biste odredili vrstu spoja namota.

Sl. 3.11 Spoj namota u trokut Sl. 3.12 Spoj namota u zvijezdu

Prije poetka pokusa izmjerite otpore izmeu prikljunih stezaljki namota. Njihova sredina je otpor namota u hladnom stanju Rh. Nakon zavretka pokusa ponovite postupak da dobijete otpor u toplom stanju Rt. Aritmetika sredina otpora u toplom i hladnom stanju je otpor statorskog namota Rs st potreban za raunanje gubitaka u bakru. Rezultate mjerenja unesite u tablicu 3.2.

Prekida mrea na lijevoj bonoj strani pulta izmjenini motor-generator stavite u poloaj 1. Pomou trofaznog regulacijskog transformatora podesite napon motora na vrijednost 1,1Un / 3 (jer instrument mjeri fazni napon ) i zatim ga sputajte u jednakim koracima do najnie vrijednosti kod koje se motor jo vrti. Za svaku vrijednost oitavajte struju, radnu snagu i faktor snage. Rezultate mjerenja unesite u tablicu 3.3.

24

Tablica 3.1 Nazivni podaci asinkronog motora Tablica 3.2 Otpori statorskog namota

Tablica 3.3 Rezultati mjerenja karakteristika praznog hoda asinkronog motora

U [V] I o [A] Po [W] cos Po ' [W] U [V] Io [A] Po [W] cos Po' [W]

Koristei se izrazima (2) i (3) izraunajte ue gubitke praznog hoda Po'. Mehanike gubitke treba odrediti ekstrapolacijom mjerenih uih gubitaka praznog hoda. Ekstrapolaciju treba provesti za dio krivulje gubitaka koji najvie odgovara paraboli. To je priblino ono podruje napona napajanja na kojem se struja praznog hoda linearno mijenja.

Na otisnutoj mrei nacrtajte izmjerene karakteristike praznog hoda kao to su prikazane na slici 3.9. Za svaku karakteristiku navedite mjerilo u kojem je ucrtana u koordinatni sustav.

Otpori u hladnom stanju R12 R13 R23 Rh

Otpori u toplom stanju R12 R13 R23 Rt

Rs st = ( Rh + Rt ) / 2

26

4.LABORATORIJSKA VJEBA

4. KARAKTERISTIKA MOMENTA ASINKRONOG MOTORA 4.1. Priprema vjebe Uvod

Karakteristikom momenta asinkronog motora nazivamo ovisnost iznosa razvijenog mehanikog momenta na osovini motora o brzini vrtnje (slika 4.1). Ova je karakteristika znaajna za stanje u pogonu i spada u osnovne karakteristike stroja.

Sl. 4.1 Karakteristika momenta asinkronog Sl. 4.2 Karakteristika momenta asinkronog motora u motora cijelom podruju rada

Ovisno o izvedbi stroja, karakteristika momenta moe imati tipian oblik definiran Klosovom jednadbom, ili znatno izmijenjen oblik, zbog utjecaja prostornih viih harmonika magnetskog polja u zranom rasporu, izvedbi rotorskog namota i utjecaju vrtlonih struja u rotoru. Zbog toga se pri izradi stroja uvijek u okviru prototipnog ispitivanja snima i karakteristika momenta, a proizvoai strojeva uvijek prikazuju karakteristiku momenta u katalokim podacima strojeva.

Na karakteristici momenta moemo uoiti nekoliko karakteristinih toaka. Za klizanje s =1 rotor stoji, motor se nalazi u kratkom spoju pri emu razvija potezni moment ili moment kratkog spoja Mk. U kratkom spoju nema pretvorbe elektrine energije u mehaniku. Stroj uzima snagu iz mree, ali ona se u cijelosti troi na gubitke u radnim otporima. S poveanjem brzine moment raste do maksimalnog ili prekretnog momenta Mm. Nakon toga se smanjuje i pada na nulu u toki sinkronizma. Stabilno podruje rada asinkronog motora je izmeu prekretnog klizanja s = sm i sinkronizma s = 0.

Ako vanjskim momentom ponemo vrtjeti motor bre od sinkronizma moment stroja postaje negativan i on radi kao generator. Ako motor vrtimo u suprotnu stranu on radi u reimu protustrujnog koenja. Stroj uzima elektrinu snagu iz mree i mehaniku snagu na osovini. Obje snage se pretvaraju u gubitke u stroju.

Karakteristika momenta moe se mijenjati promjenom rotorskog otpora (slika 4.3). Poveanjem otpora poveava se potezni moment motora i smanjuje potezna struja, pa tako maksimalni moment moemo dobiti i u kratkom spoju. To je jednostavno izvedivo dodavanjem otpora kod klizno-kolutnih motora. Kod kaveznih motora poveanje rotorskog

27

otpora se postie izborom razliitih oblika rotorskih utora (duboki utor). Pojava koja se pritom koristi je potiskivanje struje ili skin-efekt.

Sl. 4.3 Utjecaj poveanja otpora u rotorskom krugu na karakteristiku momenta

Uobiajeno je da se snimanje karakteristike provodi toku po toku, pomou dinamo-vage. Dinamo-vaga (slika 4.4) je elektrini generator ije je kuite montirano na leaje tako da se moe zakretati. Najee se izvodi kao kolektorski stroj kod kojeg se izborom odgovarajueg reima rada postiu potrebne karakteristike tereta takve da osiguravaju stabilnu radnu toku na svim dijelovima karakteristike ispitivanog motora (slika 4.5). Snagu iz generatora odvodimo na otpornike, a moment na kuite kompenziramo silom na poznatom kraku na kuitu. Silu mjerimo obinom vagom.

Sl. 4.4 Princip rada dinamo-vage Sl. 4.5 Snimanje karakteristike momenta

Stabilnim podrujem rada asinkronog motora nazivano podruje brzina od toke sinkronizma do toke prekretnog momenta. U tom podruju stroj moe stabilno raditi u pogonima kod kojih mehaniki moment optereenja raste s brzinom, to je sluaj u veini elektromotornih pogona.

Snimanje karakteristike momenta toku po toku esto je dugotrajan i mukotrpan posao jer se zbog mjerenja u podruju velikih klizanja stroj termiki jako optereuje. Zbog toga se ispitivanje mora prekidati i stroj hladiti pogonom u praznom hodu. Pri snimanju je vano odravati konstantan iznos napona napajanja motora.

Osim dinamo-vagom moment se moe mjeriti pomou mjerne osovine. To je ureaj koji se umee izmeu ispitivanog stroja i stroja za tereenje i direktno mjeri moment. Ponekad nije mogue naknadno ugraditi mjernu osovinu pa se tada na pogonsku osovinu mogu nalijepiti tenzometarske trake i uz poznata elastina svojstva osovine odrediti moment.

28

Umjesto snimanja karakteristike momenta dinamo-vagom (ili mjernom osovinom) snimanje cijele karakteristike moe se izvesti zaletom i deriviranjem brzine vrtnje bez tereenja na osovini.

Pitanja za pripremu

1. Kako izgleda karakteristika momenta definirana Klossovom jednadbom? 2. Koji su uvjeti za stabilnu radnu toku motora? 3. Na koji se jo nain osim dinamo vagom moe snimiti karakteristika momenta

asinkronog motora? 4. U kojem dijelu krunog dijagrama asinkronog motora se nalazi podruje motorskog

rada? 5. Koje je podruje klizanja asinkronog motora u podruju motorskog rada? 6. Kakvo pogonsko stanje predstavlja kratki spoj asinkronog motora? 7. Kakve moraju biti karakteristike momenta stroja za tereenje da bi se mogla snimiti

karakteristika motora u cijelom podruju motorskog rada? 8. Je li mogue snimiti karakteristiku momenta tereenjem pomou sinkronog

generatora sinkroniziranim na krutu mreu? 9. Kako se pri izradi kaveznog asinkronog motora moe poveati potezni moment? 10. Moe li se spojem prema shemi na slici 4.6 snimiti rad motora pri sinkronoj brzini?

4.2. Provedba vjebe

Sl. 4.6 Shema spoja za mjerenje karakteristike momenta asinkronog motora

U ovom laboratoriju dinamo-vaga ima ugraen mjerni pretvornik sa tenzometarskim trakama pomou kojeg se mjereni moment Mmj pretvara u naponski signal UM i oitava na digitalnom voltmetru. Veza izmeu momenta vage M i napona na pretvorniku UM dobije se iz relacije:

M MM k U= [Nm] (1)

29

gdje je kM konstanta momenta. Za odreivanje konstante momenta potrebno je uteg poznate mase m objesiti na krak vage poznate duljine l , a s voltmetra oitati proizvedeni moment vage. Konstanta momenta za nau vagu rauna se iz izraza:

MM M M M M

1kg 9,81N/kg 0,25m 2,45M F l m glkU U U U U

= = = = = Nm/V (2)


Sa natpisne ploice asinkronog motora prepiite nazivne podatke i unesite u tablicu 4.1. Uvidom u nain spajanja prikljunih stezaljki odredite vrstu spoja namota motora.

Tablica 4.1 Nazivni podaci asinkronog motora

Na krak vage objesite uteg i oitajte moment vage UM s digitalnog voltmetra spojenog na stezaljke ( M+, M) upravljakog pulta dinamo-vaga. Iz izraza (2) izraunajte konstantu momenta kM i unesite je u tablicu 4.2.

Prekida mrea na lijevoj bonoj strani pulta izmjenini motor-generator stavite u poloaj 1. Mjerenje se provodi pri snienom naponu 3/nUU = da se izbjegne pregrijavanje motora pri velikim klizanjima. To znai da napon koji oitavamo s digitalnog vatmetra treba podesiti na vrijednost 3/nmj UU = , jer instrument mjeri fazne napone. Snieni napon podesite pomou trofaznog regulacijskog transformatora.

Teret kojim optereujete motor regulirajte poveanjem napona uzbude dinamo-vage pomou jednofaznog regulacijskog transformatora. Snimanje se provodi tako da dovedete motor na odreenu brzinu vrtnje, pritisnete tipku ''Hold'' na vatmetru, te zatim motor rasteretite. Snimaju se toke u podruju rada od praznog hoda do kratkog spoja s time da je poeljno snimiti vei broj toaka na veim brzinama vrtnje. Za svaku toku izmjerite moment UM , fazni napon Umj, struju, radnu snagu i brzinu vrtnje motora. Moment vage Mmj izraunajte iz relacije (1). Rezultate mjerenja unesite u tablicu 4.2.

Budui da se mjerenje provodi pri snienom naponu Umj , potrebno je izmjereni moment i struju preraunati na nazivni napon Un i za preraunate vrijednosti nacrtati karakteristike. Izrazi za preraunavanje su sljedei:

30

mj

2

mj

npr 3

MU

UM

= mj

mj

npr 3

IU

UI

=

Na otisnutoj mrei nacrtajte karakteristiku momenta M = f(n) i karakteristiku struje I = f(n) .

Napomena: nazivni napon Un s natpisne ploice motora je linijski napon, pa je nazivni fazni napon motora Unf = Un / 3 . Digitalni vatmetar mjeri fazni napon.

Tablica 4.2. Izmjerene vrijednosti iz pokusa karakteristike momenta asinkronog motora

Konstanta momenta kM = Nm/V preraunato na Un= 400V

n [o/min] P [W] Umj [V] Imj [A] UM [V] Mmj [Nm] Mpr [Nm] Ipr [A]

33


5. KARAKTERISTIKE BRZINE VRTNJE I VANJSKE KARAKTERISTIKE NEZAVISNOG ISTOSMJERNOG MOTORA

5.1. Priprema vjebe Uvod

Istosmjerni strojevi su rotacijski strojevi koji elektrinu energiju istosmjernog napona i struje pretvaraju u mehaniku energiju (motori), odnosno mehaniku energiju u elektrinu energiju istosmjernog napona i struje (generatori). Zbog posebnog ureaja kojeg imaju, kolektora, nazivaju se jo i kolektorski strojevi. Veina kolektorskih strojeva gradi se za istosmjerne struje i napone, ali postoje i neke izvedbe koje mogu raditi na izmjeninim naponima.

Glavni dijelovi istosmjernog stroja su stator i rotor (slika 5.1). Stator se sastoji od kuita sa statorskim jarmom, glavnih polova s uzbudnim namotom i pomonih polova s pripadnim namotom (ako ih ima). Na statoru se jo nalaze i etkice koje kliu po kolektoru rotora te konstrukcijski dijelovi poput nosaa leaja, nosaa draa etkica, itd. Rotor se sastoji od rotorskog paketa, namota armature, kolektora i osovine. Armaturni namot je simetrino rasporeen u utorima po obodu rotora i zatvoren je u sebe, a krajevi svakog svitka su spojeni na lamele kolektora. Kolektor (slika 5.2) je uvren na osovinu i predstavlja integralni dio rotora. Sastoji se od bakrenih lamela koje su meusobno izolirane i uvrene tako da ine uplji valjak. Povrinom kolektora klize etkice izraene od tvrdog ugljena, grafitnog ili ugljena s dodatkom metalnog praha. Sklop kolektor-etkice predstavlja mehaniki ispravljaki ureaj. Armaturom na rotoru tee izmjenina struja, koju sklop kolektor-etkice ispravlja.

Sl. 5.1 Popreni presjek istosmjernog stroja s Sl. 5.2 Kolektor istosmjernog motora prikazom magnetskog kruga i smjetajem namota

Namoti istosmjernog stroja:

namot armature smjeten na rotoru, s djelovanjem u poprenoj osi stroja, uzbudni namoti osnovni i dodatni (kompaundni) uzbudni namoti smjeteni na

statoru na glavnim polovima s djelovanjem u uzdunoj osi stroja, namot pomonih polova i kompenzacijski namot smjeteni na pomone polove

na statoru i u polnu papuu glavnih polova s djelovanjem u poprenoj osi stroja.

34

Osnovne dijelove istosmjernog stroja moemo podijeliti na sljedei nain:

a) mehaniki: kuite, osovina, leajni titovi, leajevi, ventilator. b) elektriki: namoti statora, namot rotora, kolektor, etkice, prikljune stezaljke. c) magnetski: jaram, glavni i pomoni polovi statora, jaram i zubi rotora, zrani raspor.

Istosmjerni strojevi grade se uvijek s uzbudom na statoru i armaturom na rotoru. Ovisno o nainu spoja uzbudnog namota razlikujemo istosmjerne strojeve s nezavisnom uzbudom, porednom uzbudom, serijskom uzbudom i sloenom uzbudom.

Osnovne podatke o grai stroja te o njegovim mogunostima u eksploataciji moemo saznati iz natpisne ploice (slika 5.3). koja sadri:

a) podatke o proizvoau i zemlji podrijetla, b) oznaku tvornikog broja i godine proizvodnje, c) tipnu oznaku daje osnovne podatke o stroju u pogledu elektrike i mehanike

izvedbe. Tipna oznaka sastoji se iz skupine slova i brojki ije je znaenje odreeno internim tvornikim standardom. Obino sadri oznaku serije, vrstu stroja, visinu osovine i duljinu kuita (standardizirani meunarodnim IEC i DIN propisima), oznaku dodatne opreme ili izvedbe stroja,

d) izvedbeni oblik (definiran propisima IEC i DIN), e) stupanj zatite, f) nazivni napon, struju i snaga, nazivni broj okretaja, g) vrstu pogona, h) podatke o uzbudi, i) temperaturnu klasu.

Sl. 5.3 Primjer natpisne ploice istosmjernog stroja

Pri ukljuivanju nezavisnog ili porednog motora na mreu prvo je potrebno motor u potpunosti uzbuditi. Time se spreava mogunost pobjega. Nakon toga ukljuuje se armaturni krug. Ako armaturu treba spojiti na puni napon, onda se ona mora ukljuivati preko predotpora da se izbjegne prevelika potezna struja. Naime, u trenutku ukljuenja rotor se ne vrti, u armaturi se ne inducira protunapon pa je struja ograniena radnim otporom armature koji je vrlo mali. Ta struja naziva se jo struja kratkog spoja i u pravilu je viestruko vea od nazivne struje. Drugi nain je da se armaturni krug ukljuuje sa snienim naponom koji se postupno podie na nazivnu vrijednost. Na ovaj nain ukljuuje se istosmjerni motor u vjebi.

35

Karakteristike brzine vrtnje istosmjernog motora

Karakteristikom brzine vrtnje istosmjernog motora (slika 5.4) nazivamo ovisnost brzine vrtnje o struji armature, n = f(Ia) . Pri tome se podrazumijeva da je napon napajanja konstantan, odnosno da je motor spojen na krutu mreu i radi u nereguliranom reimu rada. Inducirani napon u stroju proporcionalan je brzini vrtnje i ukupnom magnetskom toku:

EE k n= [V]

Napon na stezaljkama (napon napajanja) bit e vei za pad napona na otporu armature (i namotu pomonih polova, kompaundnom i kompenzacijskom namotu ako eventualno postoje) i pad napona na etkicama. Pad napona na etkicama praktiki ne ovisi o struji armature i iznosi oko 2V, tako da vrijedi:

a 2U E I R= + + [V]

Iz ove dvije relacije dobijemo iznos brzine vrtnje:

a

E

2U I Rn

k

=

[min-1]

Sl. 5.4 Karakteristike brzine vrtnje nezavisno Sl. 5.5 Vanjske karakteristike nezavisno uzbuenog motora uzbuenog motora

Budui da je napon napajanja konstantan, a pad napona IRa proporcionalan struji armature, ova jednadba upuuje na zakljuak da su karakteristike brzine vrtnje pravci, i da brzina vrtnje pada s porastom struje armature. To bi zaista bilo tako, ako bi magnetski tok bio konstantan.

Meutim, magnetski tok ovisi i o reakciji armature. Zbog struje armature pojavljuje se nesimetrija u magnetskom toku, pa neki dijelovi magnetskog kruga postaju vie, a neki manje zasieni. Kako je karakteristika magnetiziranja nelinearna, porast magnetskog otpora u zasienijim dijelovima magnetskog kruga je vei nego to je smanjenje magnetskog otpora u manje zasienim dijelovima. Znai da ukupni magnetski otpor raste s porastom struje armature.

Budui da pri ispitivanju drimo konstantnu uzbudnu struju (a ne magnetski tok), iznos magnetskog toka e padati s porastom struje armature. U izrazu za brzinu vrtnje s porastom struje armature opada i vrijednost u brojniku i vrijednost u nazivniku. Pri tome se vrijednost u nazivniku ne mijenja proporcionalno struji armature.

36

Ovisno o izvedbi stroja, utjecaj pada napona na otporima u armaturnom krugu i pada napona na etkicama moe biti vei ili manji od utjecaja reakcije armature na promjenu magnetskog toka. Tako brzina moe padati s porastom struje armature ili moe rasti. Karakteristike kod kojih brzina raste s porastom struje armature (dakle mehanikim optereenjem stroja) nazivamo nestabilnim. Takve su karakteristike nepoeljne za veinu elektromotornih pogona. Karakteristike brzine vrtnje snimaju se pri razliitim vrijednostima uzbudne struje i ucrtavaju u isti koordinatni sustav (slika 5.6).

Sl. 5.6 Karakteristike brzine vrtnje nezavisno uzbuenog motora

Vanjske karakteristike istosmjernog motora

Vanjska karakteristika istosmjernog motora (slika 5.5) predstavlja ovisnost brzine vrtnje o momentu, n = f(M). Budui da je uz konstantan magnetski tok moment direktno proporcionalan struji armature

MM k I= [Nm]

vanjska karakteristika ima slian karakter kao i karakteristika brzine vrtnje. Meutim, magnetski tok e se zbog reakcije armature uz konstantnu struju uzbude neto smanjivati s porastom struje armature, tj. karakteristika momenta (ovisnost momenta o struji) nee biti pravac. To znai, da iako sline, vanjske karakteristike nee biti po obliku identine karakteristikama brzine vrtnje. S druge strane pad napona na otporima armature i etkicama smanjuje potrebnu elektromotornu silu. Ovisno o odnosima ovih vrijednosti stvarna karakteristika moe se nalaziti iznad ili ispod pravca koji predstavlja idealno kompenzirani stroj. Karakteristika iznad pravca konstantne brzine je nestabilna jer s porastom momenta raste brzina vrtnje. Za snimanje vanjskih karakteristika potrebno je mjerenje momenta i takvo se mjerenje moe jednostavno realizirati pomou dinamo-vage ili mjerne osovine. Na slici 5.7 prikazane su vanjske karakteristike uz uzbudnu struju kao parametar.

Ia [A] Ia naz

n [min-1]

no1

no2

no3

Iu1

Iu2

Iu3

0

37

Sl. 5.7 Vanjske karakteristike nezavisno uzbuenog motora

Pitanja za pripremu

1. to je pobjeg istosmjernog motora? 2. Postoji li kod istosmjernog motora s uzbudom permanentnim magnetima opasnost

pobjega? 3. Kako bi trebala izgledati shema spoja za mjerenje karakteristika brzine vrtnje da bi se

mogle snimiti i toke idealnog praznog hoda? 4. to bi se dogodilo s istosmjernim motorom da se ga bez uzbude prikljui na puni

napon armature? 5. Koje veliine utjeu na karakter (oblik) karakteristika brzine vrtnje? 6. Kakav karakter ima karakteristika brzine idealnog praznog hoda u ovisnosti o struji

uzbude? 7. Kako treba provesti ekstrapolaciju da bi se iz karakteristika brzine vrtnje dolo do

podataka za brzinu idealnog praznog hoda? 8. Bi li se snimanje karakteristika brzine vrtnje moglo provesti tako da se motor tereti sa

sinkronim generatorom spojenim na otpornike konstantnog iznosa? 9. Je li struja uzbude Iu1 u prikazanim dijagramima vea ili manja od struje Iu3

(parametarske veliine u dijagramima)? 10. Kako bi se priblino promijenila brzina vrtnje da se napon armature povisi na

dvostruki iznos?

5.2. Provedba vjebe

Armaturni i uzbudni namot ispitivanog motora spojeni su na stezaljke upravljakog pulta istosmjerni motor, pa je to mjesto gdje se prikljuuju regulacijski transformatori i mjerni ureaji prikazani na shemi spoja (slika 5.8). Moment motora se mjeri i rauna na isti nain kao u prethodnoj vjebi, pa je potrebno odrediti konstantu momenta kM . Pri snimanju karakteristika vano je odravati napon armature konstantnim i paziti da struja armature ne bude vea od nazivne vrijednosti.

n [min-1]

no1

no2

no3

M [Nm]

Iu1

Iu2

Iu3

0

38

Sl. 5.8 Shema pokusa snimanja karakteristika brzine vrtnje i vanjskih karakteristika nezavisnog istosmjernog motora


U tablicu 5.1 unesite nazivne podatke istosmjernog motora. Izraunajte konstantu momenta kM i unesite je u tablicu 5.2.

Tablica 5.1 Nazivni podaci istosmjernog motora

Pomou jednofaznog regulacijskog transformatora prvo podesite uzbudnu struju motora na vrijednost If = 800 mA, pa tek onda napon armature na nazivnu vrijednost. Napon armature motora treba odravati konstantnim.

Poveanjem uzbude dinamo-vage poveava se teret motora odnosno struja armature. Tu struju podeavajte u jednolikim koracima od njezine minimalne vrijednosti do maksimalno 20 A , jer je to najvea struja koju moe izmjeriti ampermetar. Za svaku vrijednost struje izmjerite brzinu vrtnje n i moment motora UM. Rasteretite motor i ponovite mjerenja za nie vrijednosti uzbudne struje zadane u tablici 5.2 U istu tablicu unesite izmjerene vrijednosti.

39

Tablica 5.2 Rezultati mjerenja vanjskih karakteristika i karakteristika brzine vrtnje nezavisnog motora

If = 800mA If = 700mA If = 600mA

Ia [A]

UM [V]

n [o/min]

M [Nm]

Ia [A]

UM [V]

n [o/min]

M [Nm]

Ia [A]

UM [V]

n [o/min]

M [Nm]

If = 500mA If = 400mA If = 300mA

Ia [A]

UM [V]

n [o/min]

M [Nm]

Ia [A]

UM [V]

n [o/min]

M [Nm]

Ia [A]

UM [V]

n [o/min]

M [Nm]

kM = Nm/V

40

Na kraju svih mjerenja prvo smanjite armaturni napon motora na nulu pa tek onda uzbudnu struju motora kako ne bi dolo do pobjega.

Na otisnutu mreu ucrtajte izmjerene karakteristike kao to je prikazano na slikama 5.6 i 5.7.

Grafiki prikaite brzine idealnog praznog hoda u ovisnosti o uzbudnoj struji. Vrijednosti brzine vrtnje za ovaj graf treba dobiti ekstrapolacijom karakteristika brzine vrtnje za vrijednost armaturne struje jednake nuli.

42


6. OZNAKE STEZALJKI, PUTANJE U RAD, REGULACIJA BRZINE I RAZBUIVANJE ISTOSMJERNOG STROJA

6.1. Priprema vjebe Namoti istosmjernog stroja:

namot armature smjeten na rotoru s djelovanjem u poprenoj osi stroja, uzbudni namoti osnovni uzbudni namot i dodatni (kompaudni) uzbudni namot,

smjeteni na statoru na glavnim polovima s djelovanjem u uzdunoj osi stroja, namot pomonih polova i kompenzacijski namot smjeteni na pomone polove

na statoru i u polnu papuu glavnih polova, s djelovanjem u poprenoj osi stroja.

Uz osnovni uzbudni namot, na glavnim magnetskim polovima istosmjernog stroja moe biti smjeten i kompaundni namot (slika 6.1) kojemu je svrha smanjenje posljedica reakcije armature. Spojen je serijski s armaturom, a struja kroz njega ima takav smjer da pojaava glavno polje. Ako je dobro dimenzioniran, moe se njime kompenzirati gubitak napona zbog reakcije armature. Naalost, kompaudni namot ne rjeava poveane gubitke u eljezu niti poveani napon meu lamelama.

Sl. 6.1 Presjek istosmjernog stroja s Sl. 6.2 Presjek istosmjernog stroja s kompaundnim namotom kompenzacijskim namotom

Za potpuno ponitavanje reakcije armature koristi se kompenzacijski namot (slika 6.2). U polnom stopalu glavnih polova izrauju se utori u koje se smjeta taj namot, kako bi bio to blie armaturnom namotu. Spaja se u seriju s namotom armature, tako da njegovo protjecanje (jednakog iznosa kao protjecanje armature) djeluje suprotno protjecanju armature. Ovaj se namot ugrauje u velike, jako optereene strojeve (npr. za elektrinu vuu). Njime se gotovo u potpunosti kompenziraju svi nepoeljni efekti reakcije armature a to su:

snienje induciranog napona, pomak neutralne osi, poveani gubici u eljezu i napon meu lamelama.

Nedostatak kompenzacijskog namota je sloenost izvedbe i kao posljedica toga visoka cijena.

Uz kompaudni i kompenzacijski namot u vee strojeve se ugrauje jo i namot pomonih polova (slika 6.3). Spaja se serijski s armaturnim namotom i to tako da magnetski djeluje u suprotnom smjeru. Pomoni polovi su uski magnetski polovi, smjeteni u poprenoj osi stroja

43

(u sredini izmeu glavnih polova). Osnovni razlog za ugradnju pomonih polova nije reakcija armature, nego poboljanje komutacije. Meutim, pomou pomonih polova i kompenzacijskog namota najbolje se moe rijeiti i problem reakcije armature. Takav pristup je jako sloen i skup i koristi se kod strojeva velikih snaga.

Sl. 6.3 Presjek istosmjernog stroja s pomonim polovima

Propisi o oznaavanju stezaljki

Oznake su definirane meunarodnim standardima (tzv. IEC preporuke). Osnovna pravila za oznaavanje stezaljki su sljedea:

Dva uzbudna namota imaju potpomagajue magnetsko djelovanje ako u oba namota struja prolazi od stezaljke s niim (viim) brojem dodanim iza slova oznake namota k stezaljci s viim (niim) brojem dodanim iza slova oznake namota.

Magnetska polja namota pomonih polova i kompenzacijskog namota imaju ispravan polaritet jedno prema drugom i prema magnetskom polju namota armature ako u svim ovim namotima struja prolazi od stezaljke s niim (viim) brojem dodanim iza slova oznake namota k stezaljci s viim (niim) brojem dodanim iza slova oznake namota.

Vanjske stezaljke oznaavaju se slovima bez zagrade. Ako kraj namota nije izveden na vanjske stezaljke, oznaka se stavlja u zagrade, npr. (A1). Ako je vie namota spojeno na iste stezaljke, koriste se sva slova odgovarajuih namota.

Ako je namot podijeljen na vie dijelova (npr. namot pomonih polova) ispred odgovarajueg slova stavlja se redni broj namota, npr. ((1B1) (1B2)). Za desni smjer vrtnje A1 mora biti pozitivan, a A2 negativan.

Smjer vrtnje mijenjamo zamjenom dovoda na armaturne stezaljke A1 i A2.

Tablica 6.1 Oznake stezaljki prema vrsti namota

Vrsta namota Nove oznake Stare oznake Namot armature A1, A2 A, B Namot pomonih polova B1, B2 G, H Kompenzacijski namot C1, C2 G, H Namot serijske (kompaundne) uzbude D1, D2 E, F Namot poredne uzbude E1, E2 C, D Namot nezavisne uzbude F1, F2 I, K

44

Putanje u rad

Motor je u pravilu spojen s pogonjenim mehanizmom (strojem). Pri ispitivanju je to najee stroj na dinamo-vagi, pa je tako omogueno mjerenje momenta. Prije prikljuenja armaturnog kruga potrebno je uzbuditi motor. Uobiajeno je rei da se motor pokree pod ''punim poljem''. Da se sada armaturni krug spoji na puni (nazivni) napon potekla bi struja kratkog spoja, koja bi mogla otetiti stroj, Posebno je pri tome osjetljiv kolektor stroja. Zato je za vee strojeve vano da se pri mirujuem rotoru armaturni krug prikljuuje na snieni napon. To se moe postii bilo regulacijom napona izvora, bilo ukljuivanjem predotpora u armaturni krug. Napon se zatim podie do punog iznosa, pa se tako stroj postupno ubrzava.

Regulacija brzine vrtnje

Sl. 6.4 Moment, snaga i struja istosmjernog Sl. 6.5 Moment, snaga i struja istosmjernog motora pri regulaciji brzine vrtnje naponom motora pri regulaciji brzine vrtnje poljem

Bez obzira na vrstu istosmjernog motora brzina vrtnje n odreena je naponom napajanja i uzbudnim magnetskim tokom:

a

E E

2U I REn

k k

= =

[min-1]

U prvom priblienju moemo rei da je brzina vrtnje n proporcionalna naponu na stezaljkama, a obrnuto proporcionalna glavnom magnetskom toku.

Regulacija brzine moe se postii bilo promjenom napona napajanja (''regulacija naponom'') ili promjenom magnetskog toka (''regulacija poljem''). Ovako jednostavan nain podeavanja brzine jedan je od glavnih razloga zbog kojeg su se istosmjerni motori zadrali u upotrebi u konkurenciji s jednostavnim i jeftinijim izmjeninim motorima.

Regulaciju naponom (slika 6.4) mogue je provesti od stanja mirovanja (n = 0) sve do brzine odreene naponom armature i uzbudnim magnetskim tokom. To je brzina koja odgovara nominalnom naponu motora i nominalnom iznosu uzbudne struje. Pri tome treba kod malih brzina obratiti panju na hlaenje motora. To se kod strojeva namijenjenih reguliranim pogonima obino rjeava posebnim prigraenim ventilatorom. Na taj nain mogue je stroj opteretiti uvijek istom strujom armature, bez obzira na brzinu vrtnje. Budui da su struja armature i uzbudni tok konstantni, konstantan je i moment na osovini:

M a konst.M k I= =

Dakle, pri regulaciji naponom motor moe zadrati konstantni moment, bez obzira na brzinu vrtnje. Snaga na osovini je tada proporcionalna brzini vrtnje.

45

Regulacija poljem (slika 6.5) provodi se tako da se uz konstantan napon armature smanjuje magnetski tok, odnosno uzbudna struja. Pri tome se moe odravati konstantna struja armature. Snaga na osovini je konstantna, a moment se smanjuje proporcionalno sa smanjivanjem toka. Regulacija poljem ima vie ogranienja od regulacije naponom. Opseg regulacije poljem u praksi je ogranien do iznosa 1:2 do 1:3 , to znai da se moe ii do dvostruke, odnosno trostruke brzine vrtnje u odnosu na onu uz puni iznos magnetskog toka. Glavni su razlozi za to nestabilnost rada pri malim iznosima polja i oteana komutacija pri velikim brzinama. Kod elektromotornih pogona s velikim zahtjevima za regulacijom brzine, koristi se i regulacija naponom i regulacija poljem. Prednost je regulacije poljem to to je potrebno regulirati relativno malu uzbudnu struju, i nije za poveanje brzine potrebno podizati napon armature.

Regulacijom naponom postie se konstantan moment stroja, a snaga je proporcionalna brzini vrtnje. Pri regulaciji poljem moment je obrnuto proporcionalan brzini vrtnje, pa je snaga konstantna.

Regulacijske krivulje se obino ucrtavaju zajedno u isti koordinatni sustav (slika 6.6).

Sl. 6.6 Maksimalni iznosi momenta, magnetskog toka, snage i struje pri regulaciji brzine istosmjernog motora

Razbuivanje

Razbuivanje je proces smanjivanja magnetskog toka do nule. Ako se u krugu uzbude nalaze veliki induktiviteti (dakle prvenstveno kod velikih strojeva), razbuivanje se mora provesti postupno, jer bi nagli prekid uzbudne struje mogao uzrokovati velike inducirane napone u uzbudnom krugu, koji bi mogli otetiti izolaciju. Zato se razbuivanje provodi tako da se struja smanjuje postupno smanjivanjem napona u uzbudnom krugu (ako je mogue), ili ukljuivanjem otpornika u uzbudni krug. Prije konanog iskapanja uzbudni se namot kratko spoji i tek nakon toga se iskljui napajanje uzbude. Tako se magnetska energija glavnog magnetskog toka utroi na otporima u uzbudnom krugu.

M P I U

0

M

P

U

I

n regulacija naponom regulacija poljem

46

Pitanja za pripremu

1. Zato se ne smije pri regulaciji brzine vrtnje smanjiti magnetski tok na nulu? 2. Kako bi se mogla regulirati brzina vrtnje kod istosmjernog stroja s permanentnim

magnetima? 3. Kako se moe regulirati brzina vrtnje kod serijskog motora? 4. Treba li kod velikih strojeva provesti proces razbuivanja i za armaturni namot? 5. Kako se provodi regulacija kod strojeva s pomonim polovima? 6. Zato komutacija postaje vei problem pri porastu brzine motora? 7. Ako stroj pri ispitivanju radi u motorskom reimu pri konstantnoj brzini (i

konstantnom naponu armature), kako je mogue poveati njegov moment? 8. Zato pri regulaciji naponom ne moemo iz stroja dobiti konstantnu snagu? 9. Zato je pri regulaciji naponom potrebno stroj dodatno hladiti? 10. Bi li se brzina motora bitno promijenila da se kratko spoji namot pomonih polova?

6.2.Provedba vjebe

Kao stroj za tereenje koristi se dinamo-vaga, a moment vage se oitava na digitalnom voltmetru. Uz poznatu konstantu momenta kM i izmjereni moment vage UM , moment na osovini motora dobije se iz izraza:

M MM k U= [Nm]

Snaga na osovini P2 kod odreenog momenta M [Nm] i brzine vrtnje n [o/min] rauna se iz izraza:

2pi

30nP M M= = [W]

IMDVF1 F2

220V50 Hz A1

A2

Dinamo vaga

L1

L2

L3

n

M

R

+

-

F1 F2

A1

A2

220V50 Hz

+

-

A

V

V V

A

0-470V,13A,10.6kVA

Sl. 6.7 Principijelna shema spoja za pokus regulacije brzine vrtnje istosmjernog motora s nezavisnom uzbudom

47

U priloenu tablicu unesite nazivne podatke ispitivanog nezavisnog motora. Izraunajte konstantu momenta kM i unesite je u tablicu 6.2 i 6.3.

Tablica 6.1 Nazivni podaci istosmjernog motora

Regulacija naponom


Prvo se podesi uzbudna struja motora If na nazivnu vrijednost i odrava konstantnom. Pomou regulacijskog transformatora se podie armaturni napon od nule do nazivne vrijednosti. Moment tereta mora biti podeen tako da u svakoj toki struja motora ima nazivnu vrijednost Ian. To se postie regulacijom otpora spojenog na armaturni krug dinamo-vage. Za svaku vrijednost napona oitava se brzina vrtnje n i moment UM. U tablicu 6.2. unesite rezultate mjerenja i nazivne vrijednosti struje i napona motora.

Tablica 6.2 Rezultati mjerenja regulacije brzine istosmjernog motora promjenom napona

Konstanta momenta kM = Nm/V Ifn = A = konst. Ian = A = konst. Uan = V

Ua [V] n [min-1] UM [V] M [Nm] P [W]

Regulacija poljem


Sada se smanjuje uzbudna struja If, a s instrumenata se oitavaju brzina vrtnje n i moment UM. Pritom u svakoj toki mjerenja struja armature i napon moraju biti na nazivnoj vrijednosti. Struja se podeava regulacijom tereta, a napon pomou regulacijskog transformatora. Rezultate mjerenja i nazivne vrijednosti napona i struje armature unesite u tablicu 6.3.

48

Tablica 6.3 Rezultati mjerenja regulacije brzine istosmjernog motora promjenom napona

Konstanta momenta kM = Nm/V Ifn = A Ian = A = konst. Uan = V = konst.

If [A] n [min-1] UM [V] M [Nm] P [W]

Nakon zavretka mjerenja prvo se smanji armaturni napon pa tek zatim uzbudna struja, kako ne bi dolo do pobjega motora.

Na otisnutu mreu nacrtajte krivulje regulacije kao to su prikazane na slici 6.6, s time da se umjesto toka unosi uzbudna struja If . Za svaku veliinu oznaite mjerilo u kojem se unosi u koordinatni sustav.

49


7. SPECIJALISTIKI LABORATORIJI ZA ISPITIVANJE ELEKTRINIH ROTACIJSKIH STROJEVA

Sadraj i opseg

1. UVOD I PRIPREMA........................................................ 30 min

2. ELEKTROSTROJARSKI LABORATORIJ........................30 min - Izvori za napajanje - Ispitna mjesta - Strojevi za tereenje dinamo-vage - Mjerenje i obrada rezultata

3. LABORATORIJ ZA MEHANIKU FLUIDA.........................30 min - Ventilacijska komora - Mjerenje protoka - Mjerenje tlaka - Karakteristike ventilatora i otpora

4. LABORATORIJ ZA KLIMATSKA ISPITIVANJA..............20 min - Klima komora - Regulacija vlage, temperature i slanosti atmosfere

5. AKUSTIKI LABORATORIJ............................................20 min - Mjerenje buke

6. LABORATORIJ ZA ISPITIVANJE MEHANIKE ZATITE KUITEM ...........30 min

- Ispitivanje zatite od prodora vode - Ispitivanje zatite od praine - Ispitivanje zatite od prodora krutih tijela

7. PITANJA, DISKUSIJA I ZAKLJUAK.............................20 min

50

7.1. Uvod

Elektrini rotacijski strojevi, bilo kao izvori elektrine energije ili kao izvori mehanike snage su sloeni tehniki sustavi. Njihov razvoj, ispitivanje i optimiranje ukljuuje vie tehnikih podruja: elektrotehniku, strojarstvo, termodinamiku, hidrauliku, akustiku i druga. Laboratoriji u kojima se provjeravaju tehnike karakteristike rotacijskih strojeva zahtijevaju zato brojnu i sloenu opremu, specijalizirane instrumente i struno osoblje. U laboratorijima se provode razvojna, tipska i dijagnostika ispitivanja u skladu s nacionalnim i meunarodnim propisima: IEC, ISO, VDE, BS, GOST itd.

Laboratoriji za rotacijske strojeve djeluju u sklopu drugih specijaliziranih laboratorija (Visokonaponski laboratorij, Laboratorij za velike snage i ispitivanje niskim naponom, Laboratorij za elektromagnetsku kompatibilnost i radiofrekvencijske smetnje, Laboratorij za izolacijske materijale i sustave, Laboratorij za elektrika i magnetska mjerenja, Fizikalno-kemijski laboratorij, Laboratorij za protueksplozijsku zatitu). Tako su na proizvodima mogua sloena ispitivanja razliitih pojava i utjecaja razliitih pogonskih uvjeta.

Elektrostrojarski laboratorij je prostorno i energetski povezan s ventilacijskim, akustikim, vibromehanikim, laboratorijem za ispitivanje mehanike zatite kuitem i klima komorom to omoguuje prikljuak veine laboratorija na sve energetske izvore odnosno najsloenija ispitivanja strojeva, agregata i elektromotornih pogona.

7.2. Elektrostrojarski laboratorij

Djelatnosti:

- ispitivanje, mjerenje i istraivanje elektrostrojarskih karakteristika elektrinih strojeva, agregata i elektromotornih pogona svih vrsta i veliina,

- snimanje pogonskih karakteristika elektrinih strojeva, - ispitivanje termikih i hidraulikih karakteristika, - ispitivanje ispravnosti, - tehnika dijagnostika i izrada preporuka za rekonstrukciju ili popravak, - terenska ispitivanja, - snimanje karakteristika radnog mehanizma radi izbora optimalnog pogonskog

elektromotora, - izbor komponenata elektromotornog pogona, - nadzor elektrinih strojeva tijekom eksploatacije.

Oprema:

- energetski izvori:

nazivna snaga do 400 kW, izmjenini naponi do 10 kV i 600 A,

51

istosmjerni naponi do 880 V i 1000 A, izvori sinusnog napona frekvencije 25 do 60 Hz za sve snage, izvori sinusnog oblika frekvencije do 600 Hz i 80 kVA, trofazni tiristorski punoupravljivi pretvarai 200 A 500 V i 1000 A 500V

- strojevi za tereenje i mjerenje momenta:

dinamo-vage 5, 12, 100 i 400 kW do 3000 o/min, dinamo-vaga 1 kW do 6000 o/min, dinamo-vaga 33 kW do 10 000 o/min, elektrina konica 12 kW do 30 000 o/min.

Laboratorij je opremljen svim instrumentima za mjerenje, obradu i prikaz rezultata.

Za mjerenje standardnih i specijalnih karakteristika asinkronih i elektroniki komutiranih motora i elektromotornih pogona napajanih iz sinusnih i nesinusnih izvora razvijen je automatski sustav za akviziciju podataka.

7.3. Laboratorij za mehaniku fluida (ventilacijski laboratorij)

Djelatnosti:

- ispitivanje, mjerenje i istraivanje toplinskih, ventilacijskih i energetskih karakteristika modela i proizvoda u laboratoriju i na terenu,

- mjerenje karakteristika pumpi za vodu protoka do 300 l/min, - mjerenje profila brzina plinova i tekuina pomou anemometara s vruom icom, - automatizirano mjerenje temperature, tlaka, protoka i brzine strujanja, - mjerenja na modelima izmjenjivaa topline.

Oprema:

- ventilacijske komore 0,25-1,0-6,0 m3/s do 5000 Pa, - mjerni usisni kolektori, - Thomasovi cilindri, - mikromanometri, - ureaj za mjerenje brzih promjena tlaka, - anemometri za mjerenje brzine strujanja.

Ovlatenja:

- laboratorij je odobren kao ispitna institucija Hrvatskog registra brodova.

52

7.4. Laboratorij za klimatska ispitivanja

Elektrotehniki, a i svi ostali tehniki proizvodi i materijali mogu biti tijekom transporta, skladitenja, montae i upotrebe izloeni vrlo razliitim i sloenim uvjetima okolia, to moe znaajno utjecati na njihove pogonske karakteristike i pouzdanost. Uvjeti okolia. tj. djelovanje poviene i sniene temperature, cikliko izlaganje vlazi i povienoj temperaturi, djelovanje kemijski i bioloki aktivnih tvari, otpornost na prodiranje vode, praine i krutih estica, te otpornost na vibracije i udare opisani su normama niza IEC 721, a metode mjerenja u normama niza IEC 68.

Laboratorij za klimatska ispitivanja opremljen je svim komorama i napravama potrebnim za takvu vrstu istraivanja i ispitivanja. Laboratorij je posebno opremljen za rjeavanje pitanja antikorozijske zatite, te provjeravanja njenog djelovanja

Djelatnosti:

- klimatska ispitivanja: razvoj odnosno izvedba proizvoda i njegove zatite od djelovanja vanjskih okolnosti zahtijeva ispravan odabir svakog od njegovih sastavnih dijelova. Najdjelotvorniji i najbri nain provjeravanja otpornosti na takve utjecaje jesu ubrzana laboratorijska ispitivanja. Iskustvo pokazuje da pojedinana ispitivanja utjecaja okolia nisu dovoljna, ve je potrebno provesti ciklika ispitivanja, pri emu je esto potrebno da se cikliki izmjenjuju razni uvjeti okolia. U laboratoriju je mogue provesti sljedea ispitivanja prema IEC 68-2:

hladnoa, suha toplina, vlana toplina dugotrajno, vlana toplina ubrzano, gljivice i plijesni, slana magla, promjena temperature, vlana toplina cikliki, kombinacija vlane topline i hladnoe, slana magla cikliki,

- antikorozijska zatita: antikorozijska zatita se odabire na osnovu utjecaja mikro i makro klime, proizvodnog procesa, vrste mehanike zatite i trajanje zatite. U laboratoriju je mogue obaviti sljedee:

odreivanje svih oblika i sustava antikorozijske zatite za sve vrste materijala i proizvoda, za sve uvjete okolia,

rjeavanje privremene zatite za potrebe skladitenja, transporta i montae,

ispitivanje i poboljavanje postojee antikorozijske zatite.

53

Oprema:

- klima komora: volumen 50 m3, temperatura 40 o C do +100 o C, vlaga 10 do 95%, - klima komore: volumen 100, 500, 1000 l, temperatura 80 o C do +180 o C,

vlaga 10 do 98%, - klima komora: volumen 1000 l, temperatura 40 o C do +100 o C, vlaga 10 do 98%, - komora sa slanom maglom: volumen 1000 l, temperatura +18 o C do +50 o C,

koncentracija NaCl 5 do 20%, - komora s kondenzirajuom vlagom: volumen 400 l, temperatura +18 o C do +60 o

C, vlaga 100%.

Ovlatenja:

- laboratorij je odobren kao ispitna institucija Hrvatskog registra brodova.

7.5. Akustiki laboratorij

Okosnicu akustikog laboratorija ine dvije specijalno projektirane i konstruirane gluhe komore, koje uz odgovarajue mjerne instrumente omoguavaju mjerenje i ispitivanje akustikih karakteristika razliitih izvora zvuka ili buke. Uz mjerenje i ispitivanje obavlja se i akustiko projektiranje i predvianje buke u okoliu bilo kojeg izvora.

Djelatnosti:

- ispitivanje, mjerenje, analiza i istraivanje akustikih karakteristika strojeva, elektrinih aparata, instalacija, ureaja i naprava u gluhim komorama i na terenu,

- ispitivanje karakteristika elektroakustikih aparata i ureaja, - mjerenje razine zvunog tlaka u podruju 10 do 160 dB, - odreivanje razine zvune snage izvora prema normama ISO 3745, ISO 3746, ISO

1680, DIN 45635, - odreivanje usmjerene zvune karakteristike izvora, - proraun buke, te izrada idejnih projekata akustike zatite i smanjenja buke, - revizija projekata i nadzor nad izvoenjem akustike zatite, - mjerenje i prognoza buke u radnoj i ivotnoj okolini.

Oprema:

- mjerni kondenzatorski mikrofoni, - prijenosni standardi razine zvuka (kalibrirani izvori zvuka i postonfoni), - digitalni i analogni tercni i uskopojasni filtri i analizatori, - viekanalni multiplekseri za istodobno mjerenje vie mjernih si

Documents

ES II Laboratorijske Vje-be