Követelménymodul megnevezése : 0092-06 Energiaellátó rendszer üzemeltetése

Munkaközi vázlat. Energetikus képzés. Sárközi György 1

Létesítményi energetikus szóbeli vizsgát segítő összefoglaló, a villamos alapismeretek szaktantárgy

anyagából. (1)

Követelménymodul megnevezése: 0092-06 Energiaellátó rendszer üzemeltetése. 52 522 05 0010 52 01 Létesítményi energetikus


Villamos alapismeretek. BevezetésVillamosenergia szerepe a mindennapi életben.

Erőműtől a lakásig.-Nemzetközi együttműködő hálózatok

Legtisztább közvetlen felhasználású eneregiahordozó.

Felhasználás tekintetében nem konvertálható.

Világítás-motorikus hálózat, robot technika.

** Amit az SI-mértékegység rendszerről tudni kell **


Villamos témához kapcsolódó másik tananyag rész:

Villamos energiagazdálkodás adminisztratívtevékenysége.Műszerek, mérők leolvasásától az energiamérlegig.Meddőgazdálkodás, szerződéskötés. Jogszabályok naprakész (update) ismerete. Környezetvédelem.Élet - és vagyonbiztonság.


Amit az SI-mértékegység rendszerről tudni kell. Magyarországi bevezetése: 1976. (8/1976…MT)

Alapegységek: m, kg, s, A, K, mol, cd.

Származtatott egységek………….

Kiegészítő egységek: szögek: radián, st.radián

Fontosabb villamos-és energetikai egység származtatása.

Erő [N]; Nyomás[Pa]; Munka[J]; Töltés[C] [A.s];

Feszültség [W/Q J/A.s N.m/A.s 3

2

.

.sAmkg


TartalomjegyzékVillamos alapfogalmak

1. Áramló villamosság fogalmai.2. Statikus villamosság.3. Áram és mágneses tér kapcsolata.4. Villamos- és mágneses tér kapcsolata.5. Váltakozó áramú körök.6. Többfázisú rendszerek.7. Transzformátorok.8. Egyenirányítás. Egyenirányítók. E.áram jelentősége.9. Villamos forgógépek és hajtások.10. Gyengeáram-erősáram, ipari elektronika.11.Villamos energia átvitel, villamos hálózatok.


1.1.Áramló villamosság alapfogalmai.

Töltés(Q) Áram.(I) Elektron -és Ionos vezetés. Áramkör.Áramirány. Áramsűrűség (J) Feszültség (U) Ellenállás (R) Ohm törvénye. Alap összefüggések. Feszültség munkajellege. Egyenáram-váltakozó áram. R- hőmérséklet függés.Konduktancia G = 1/R [S] Siemens.


1.2.Áramló villamosság alapfogalmai

Áram, áramsűrűség. Anyagok atomos szerkezete.Vezetők-szigetelők. Félvezetők különlegességei.Elektron vezetés-fémek. Ionos vezetés elektrolitok.Egyenáram törvényeinek tárgyalása Ohm-törvénye.Villamos munka, teljesítmény. W=Q.U tárgyalása.Energia átalakulás. Energia tárolása. Veszteségek.Szupravezetés. Hálózatok és veszteségek.Lineáris és nem lineáris elemek. Belső ellenállás.Feszültségforrás -Fogyasztó. Energia cserefolyamat.Hálózati elemek soros és párhuzamos kapcsolása


1.3. Áramló villamosság alapfogalmaiEgyszerü áramkör. Belső ellenállás. Ohm törvény.


1.4. Áramló villamosság alapfogalmai

Kirchhoff törvényei. Csomóponti és hurok törvény.


1.5. Áramló villamosság alapfogalmai. Ellenállások kapcsolása.

Párhuzamos kapcsolás.


1.6. Áramló villamosság alapfogalmai.

Ellenállások kapcsolása • Soros kapcsolás (Bizonyítás-hurok törvény.)


1.7. Áramló villamosság alapfogalmai.

Energia: egysége: Ws; 1Ws =1Joule(J); 1kWh=3600 kJ Teljesítmény: egysége: Watt; jele: P;Energia(vill.munka): a dW=U*I*dt integrálja (fogy.mérő)1 Kal. = 4,2 kJ.Fontos összefüggések:


1.8. Áramló villamosság alapfogalmai.Energia átalakulások, veszteségek.

Villamos áram hatásai:mechanikai; (vill. tér erőhatása), hasznosítás: lényegtelen:

hő hatás; hasznosítás: 20% (kályhák, kemencék)

kémiai h; hasznosítás: 10% (galvanizálás, jármű ipar)

mágneses <> mechanikai ; hasznosítás: 70% (forgógépek)

élettani hatás.;A villamos >hő energia kapcsolat jelentősége, Joule

törvénye. Veszteségek nagy része ebből a kapcsolatból adódik. Hálózatokban az áram nagyságának szerepe.



A villamos >kémiai energia kapcsolata, Faraday törvényei.Elektrolízís. Kiválasztott anyag mennyiség: Q=k*I*t . Ionos vezetés-Vegyi átalakulás. Galvanizálástól az alumínium gyártásig.Egy reverzibilis folyamat: Galvánpolarizáció-Akkumulátor.Akkumulátor fajták. Savas Un=2.04 V; Ut=2.4-2.75 V.

Lúgos Un=1.2 v; Ut=1.6-1-8 V.

Belső ellenállás szerepe.



Fontos, de ritkán említett átalakulások:Hő>villamos: Plazma generátor, termoelemek (hőtechnikai műszerezés)

Mech.>villamos: Piezo-elektromosság

Fény<>villamos<>fény: Fotocella, fotoelem, félvezető elmélet, gázkisülés;

Veszteség-hatásfok elemzés az eddig megismert anyag alapjánHálózat kialakítással elérhető veszteség csökkentés.A villamos gépek és készülékekhatásfoka.


1.11. Áramló villamosság alapfogalmaiÖsszefoglaló és példa az 1.fejezethez.

Meleg víz tároló vill. oldali tervezése.V = 500 l (m=500 kg) viz,; T1 =10 ºC; T2=90 ºC; [fajhő. c = 4.2 kJ/kg°C]

t =8 h. (felfűtési idő); Hálózati feszültség: 230 V;Szükséges höenergia: Q =c*m*dT =4.2*500*80 =168000 kJ;Szükséges vill.munka: W =168000/3600 =48 kWh;Szükséges vill.teljesítmény: P =W/t =48/8 =6 kW =6000 W;Az áram: P =U*I-ből I=P/U =6000/230 =26 A; mivel

A fűtő ellenállás értéke: R =6000/676 =8.9 ohm.


2.1. Statikus villamosság.

1. A térbeli áramlás törvényszerűségeit vizsgáljuk. Equipotenciális felületek. Az áramlás ezekre merőleges. Csak

így igaz a W =U*Q összefüggés. Két E.p.felület között felírható feszültségegyenlet:

U-(U+du)=dr*di; ebből a dr átalakítása után –du/dl= *J tehát az áramlás jellemezhető a hosszegységre eső feszült-

séggel ez a villamos térerősség: E =-du/dl [V/m]; ezzel a Differeciális Ohm törvény: E = *J vagy J = *E; ahol : fajl.ellenállás; : fajl.vezetőképesség.E és J vektormennyiségek. W =U*Q F*dl = - du*Q ígykiszámítható a térben ható erő: F =E*Q; mert: - du/dl = E


2.2.Statikus villamosság.

2. Statikus villamos tér.Fontosabb törvények.A d.Ohm törvény szerint, ha a töltések nem mozognak,akkor:J = *E =0 (nics áram); ezért itt két eset lehetséges:

1. Ha nem nulla, de E = 0 jelentése: vezető belsejében statikus tér nem lehet!

2. Ha =0, de E nem nulla jelentése: nulla vezetőképes- ségű térben statikus tér lehet. Szigetelőkben!E témakör a vill.szilárdságtan területe. Átütési szilárdság stb.Töltés megjelenési formái: pontszerű: Q, vonalas: q =dq/dl,felületi: =dQ/dA, térbeli: =dQ/dV. Vonzás - Taszítás



• 3. Statikus villamos tér.Fontosabb törvények.Terek definiálása: Geometriai – Fizikai: Skaláris és Vektor tér.A villamos és mágneses tér, vektor tér: forrásos –örvényes.A statikus vill.tér forrásos (potenciálos) tér.Coulomb törvénye. Erőhatás a vill.térben. Permittivitás ( )



Egységnyi töltésre ható erő, az E térben.



Semleges dielektrikum: Térerősség vektorai:


2.3.Statikus villamosság.Villamos megosztás. Gauss tétel magyarázata.






2.3.Statikus villamosság.Coulomb törvénye. Gauss tétele.

Coulomb 1. Q1 töltés által létesített E tér nagysága a távolság négyzetével fordítottan arányos.Coulomb 2. Ez a tér egy Q2 töltésre:F= Q2.E erővel hatKét töltés esetén az erő:Dielektromos állandó ( [A.s/V.m])Gauss tétele:Faraday kalitka Villámhárító. Eltolási vektor: D=E.

221..

rQQkF

0..41

k

A i

iQdAD.



• 4. Statikus villamos tér.Fontosabb törvények.Gauss tétel. Anyagok permittivitása (). Eltolási vektor (D).E*A =Q/ ; D= *E; a D*A =Q általános esetre integrálni kell.Zárt felületen áthaladó villamos eltolás (fluxus) egyenlő a benne lévő töltéssel.

Villámhárító –Faraday kalitka.Villamos megosztás. Kondenzátor egyenlet. C- kapacitás.

Farad [F]=[Cb/V]= [As/V] ; Síkkondenzátor kapacitása.Töltőáram i =dQ/dt =(C*du )/dt; C = *A/dA tárolt energia:

A iiQdaD.


2.5. Statikus villamosság. Statikus villamos tér. Kondenzátorok.

Sík kondenzátor : C = *A/d [F] Farad


2.5. Statikus villamosság. Statikus villamos tér. Kondenzátorok.

Síkkondenzátor.



5. Statikus villamos tér. Kondenzátorok.A villamos erőtér örvénymentes, potenciálos tér, eltolási vek-torral leírható. D = *E; Kondenzátor szerepe és viselkedéseaz áramkörben. Töltés-kisütés folyamata.Töltés: a nagy eltolási áram exp. csökken, a végén 0 lesz, és az U = Uc-vel.

dtduC

dtdQi .



6. Statikus villamos tér. Kondenzátorok. Kondenzátorszerepe az áramkörben. Töltés-kisütés folyamataKisütés: ármforrásként indul, U és I exp. csökken. Áram iránya ellenkező lesz. Energiája hővé alakul.



7. Statikus villamos tér. Kondenzátorok. Kondenzátorszerepe az áramkörben. Kapcsolások. Soros – Párhuzamos.

ne CCCC ...21

;1...111

21 ne CCCC


3.1. Áram és mágneses tér kapcsolata.Az áram mágneses hatása. Mágneses alapjelenségek.Természetes mágnesek. Oersted (1821) megállapítása.Ampere bizonyítása ( erőtörvény). Atomi méretű köráramok.Statikus töltések hatása >>villamos tér.Mozgó töltések hatása >> mágneses tér is.Egyenletesen mozgó töltések >>időben állandó mágneses tér.Gyorsulva mozgó töltések >>időben változó m. tér.M.tér ábrázolása – térjellemzők. Jobb csavar szabály. Erőhatás a m.térben: F = B*l*I [N] I áram, l hosszú vezeték,B mágneses indukció ;

;....

][;. 2m

VsmA

NBIl

FB ;.. 1IlBF


3.1. Áram és mágneses tér kapcsolata.Mágneses fluxus.


3.2. Áram és mágneses tér kapcsolata.

Mágneses térjellemzők. M.indukció B =F/l*I ;egységnyifelületen 1 erővonal halad át. Fluxus az A felületen átmenőerővonal szám. = B*A ; [ ] = [Vs] Weber. A mágneses tér erősségének meghatározásához az Amper-féle erőtörvény- ből indulunk ki.

;10.2;... 721

AmVsk

dlIIkF



A gyakorlati számítás céljából átalakítjuk az egyenletet.

A a vákuum permeabilitása.Az F erőre kapott két egyenlet-ből a B indukciót kifejezve, és a H térerősséget bevezetve:

dlIIF

..2.. 21

0

0

;][;

;.:

;..2

;..2

.

2

0

0

220

mA

AmVsmVs

HBH

HBvagyis

Hd

Iahold

IB

r .0



Mágneses térerősség. Mágnesezési görbe. Gerjesztési törvény.Para-dia-ferro-és ferri mágneses anyag. Ferromágneses anya-gok . A permeabilitás szerepe.

;..1

InlHki

iii

;. IdlH


3.3. Áram és mágneses tér kapcsolata.Skin hatás – Vezeték méretezés.

Gerjesztés elve.


3.3. Áram és mágneses tér kapcsolata


3.3. Áram és mágneses tér kapcsolata



Mágneses körök. Mágneses ohm törvény.

11111

11 .

1. AA

BH

11

111 .

.A

llH

mmm URIINAllH ..).

(.



Mágnesezési görbék



Hiszterézis. Mágnesezési veszteségek a váltakozó áramú körökben.



A 3.pont összefoglalása. Egyszerű mágneses kör méretezése.A = 50cm2 ; lk = 80cm ; N =400 ;B =1.5 T ;légrés=0.2cmMágn.görbéböl B =1.5 T-hoz H =2400 A/m ;de a levegőhöz

AmVs6

0 10.256,1

kellBH l0



Mágneses kör méretezése folytatás: H.l = 2400.0,8 =1920 =N.I I =4,8 A. ; Ha légrés is van: H.l = 2400.0,798 +1,19. N.I I =10,5A

Veszteségek a vill.gépekben. Karban-tartás.

36 10.2.106

0

10.19,156,125,1

BH l


4.1. Villamos- és mágneses tér kapcsolata.a.) Bevezetésül a komplexszámokról.

Egy vektor végpontja aszámsíkon egy pontot határoz meg. Ez a pontkét valós számmal kifejezhető (a,b).i –imaginárius egység.Komplex vektor, forgó-vektorok a váltakozó áramu körökben.Más koordináta rend-szer használata..

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/hu/7/7d/Depicting_complex_numbers.JPG


4.1. Villamos- és mágneses tér kapcsolata.b.) Bevezetésül a komplexszámokról.

222_

sincos][;. jj eeZZ

a

b

fi

22

__

:

...;....

baZértékeabszolut

vektorkomplexZjbaZ

)sin.(cos

sin..;cos._

jZZ

ZbZa


4.1. Villamos- és mágneses tér kapcsolata.Mágneses tér változása. Indukció.

A Faraday indukció definiciója általános esetre:

.

;

dtddliEUi

dtdNU

dtdU ii

....;



A Faraday indukció definiciója a fluxus szinuszosváltakozása esetére.

cos.cos..sin..:sin

mmm

i Utdt

tddtdU

eseténváltozásauszosA



A mozgási indukció alap összefüggései.

erődinelFFerőmozgIlBF

vFRIPR

UIBlvU

BlvUdlEU

vm

m

m

ii

il

i

..;.;..

;..

;..

;..;.

2

__



A mozgási indukció alap összefüggései



A nyugalmi és kölcsönös indukció jelensége

;;dtdiLU

dtdi

did

dtdU ii

Önindukciós tényező L [H] Henry



A nyugalmi és kölcsönös indukció jelensége

Az önindukciós feszültség árama ellenkező irányú a főfluxus áramának. Lenz törvénye. Permeabilitás sze-repe. . Ha levegő van a térben:Örvényáramok szerepe. Kölcsönös indukciótényezője: M [H] ezzel:Ahol, 1,2 index a két tekercshez tartozik melyek egy mágneses körön vannak.

HB .AmVs7

0 10.4

dtdiMU i

12 .


4.1. Villamos- és mágneses tér kapcsolata.A váltakozó áram előállítása és jellemzői.

amplitúdó U, I frekvencia [ciklus/s]

körfrekvencia [radián/s] kezdő fázisszög [fok]


4.1. Villamos- és mágneses tér kapcsolata.A váltakozó áram előállítása és jellemzői.

Jellegzetes helyek és értékek:

U

ut

T

Um

Ue

Ua

Um

Ue

Ua

= csúcs érték= effektív érték= abszolut közép érték= pillanat érték

= periodus idõ

2.pipipi/2

fciakörfrekven

tffrekvenciaf

sidőperiodusT

UU

UU

ma

me

..2

1)(

.2

.2

1


5. Váltakozó áramú körök.Lineáris hálózati elemek. [R L C]

R ohmos ellenállás. Trigonometrikus ábrázolás:Vektoros ábrázolás:

http://wiki.ham.hu/index.php/K%C3%A9p:Inphase.jpg



R ohmos ellenállás. Vektoros ábrázolás:



L induktivitás ; Vektoros ábrázolás:



L induktivitás; Trigonometrikus ábrázolás:

http://wiki.ham.hu/images/6/64/Ind.jpg



C kondenzátor ; Vektoros ábrázolás:



C kondenzátor ; Trigonometrikus ábrázolás:

http://wiki.ham.hu/index.php/K%C3%A9p:Cap.jpg



R

+ +

+

+

LX L .C

X c 1






5. Váltakozó áramú körök.Lineáris hálózati elemek [R L C]

hatásainak trigonometrikus analízise. Forrás Internet

3 . 1 . A s z i n u s z o s a n v á l t a k o z ó á r a m ú k ö r ö k s z á m í t á s a

3 . 1 . 1 . A z i m p e d a n c i a f o g a l m a , r e a k t a n c i a

)sin()( max tUtu

A z i d ő b e n s z i n u s z o s a n v á l t a k o z ó f e s z ü l t s é g e t ak ö v e t k e z ő ö s s z e f ü g g é s s e l í r h a t j u k l e :

3 . V á l t a k o z ó á r a m ú á r a m r e n d s z e r e k


5. Váltakozó áramú körök.Lineáris hálózati elemek [R L C] hatásainak

trigonometrikus analízise. Forrás Internet

A függvényben Umax a feszültség maximális (csúcs) értéke, ω a

feszültség körfrekvenciája, pedig a kezdő fázisszög. Az

kezdő fázisszög határozza meg a feszültség értékét a t=0

pillanatban. A következő ábrán kezdő fázisszö-

gű szinuszos váltakozó feszültség látható.

603

U

um

) (

T(2)




Á l l a n d ó f e s z ü l t s é g r ő l t á p l á l t h á l ó z a t a i n k o n a z á r a m n a g y s á g á t( I m a x ) é s a f e s z ü l t s é g h e z v i s z o n y í t o t t s z ö g h e l y z e t é t ( ) at e r h e l é s , m á s n é v e n a f o g y a s z t á s n a g y s á g a é s m i l y e n s é g eh a t á r o z z a m e g . A z á r a m j e l l e g é n e k l e í r á s á r a s z o l g á l ó e g y e n l e t :

)sin()( max tItiA f á z i s s z ö g p o z i t í v e l ő j e l ű , h a a t e r h e l é s i n d u k t í v j e l l e g ű ,

a z a z a z á r a m k é s i k a f e s z ü l t s é g h e z k é p e s t é s h a n e g a t í ve l o j e l u , a k k o r a t e r h e l é s k a p a c i t í v j e l l e g u , a z a z a z á r a m s i e t af e s z ü l t s é g h e z k é p e s t .

E g y R e l l e n á l l á s o n á t f o l y ó á r a m é s a s a r k a i n f e l l é p o f e s z ü l t s é gk ö z ö t t v á l t a k o z ó f e s z ü l t s é g e s e t é n i s m i n d e n p i l l a n a t b a n a zO h m - t ö r v é n y á l t a l m e g h a t á r o z o t t n a g y s á g á l l f e n n . A f e s z ü l t s é gé s a z á r a m j e l a l a k j a a z o n o s é s f á z i s e l t é r é s n i n c s k ö z ö t t ü k = 0 .




E g y L i n d u k t i v i t á s o n á t f o l y ó á r a m é s a k a p c s a i n l e v őf e s z ü l t s é g k ö z ö t t i ö s s z e f ü g g é s t e t s z ő l e g e s j e l a l a k e s e t é n :

dttdiLtu )()(

H a a z á r a m s z i n u s z o s v á l t o z á s ú :

)sin()( max tIti a f e s z ü l t s é g :

)2

sin()cos()( maxmax

tUtILtu




L á t h a t ó , h o g y a z i n d u k t i v i t á s f e s z ü l t s é g e i s s z i n u s z o s a nv á l t a k o z i k , d e n i n c s f á z i s b a n a r a j t a á t f o l y ó á r a m m a l , h a n e m9 0 o - k a l s i e t a z á r a m h o z k é p e s t . ( E g y é b k é n t e z a f á z i s e l t é r é se g y s z e r ű f i z i k a i k é p a l a p j á n i s k ö n n y e n é r t e l m e z h e t ő . A zi n d u k t i v i t á s f e s z ü l t s é g é t a z á r a m á v a l a r á n y o s f l u x u s v á l t o z á s ai n d u k á l j a ( A g e r j e s z t é s i t ö r v é n y s z e r i n t N > = L i ) . A m i k o r a zá r a m n a k m a x i m u m a v a n , a k k o r a v á l t o z á s a a d i / d t é p p e nn u l l a , t e h á t a z i n d u k á l t f e s z ü l t s é g i s n u l l a . A z á r a m v á l t o z á s a an u l l á t m e n e t k o r a l e g n a g y o b b , a z i n d u k á l t f e s z ü l t s é g e k k o r é r ie l a c s ú c s é r t é k é t . )

A f e s z ü l t s é g é s a z á r a m m a x i m á l i s é r t é k é n e k v i s z o n y a a zi n d u k t í v r e a k t a n c i a :

LXLI

U

max

max




2

A g y a k o r l a t b a n a f e s z ü l t s é g e f f e k t í v é r t é k é t ( U ) , é s a z á r a me f f e k t í v é r t é k é t ( I ) h a s z n á l j u k . ( E m l é k e z t e t ő ü l : v a l a m e l yv á l t a k o z ó á r a m e f f e k t í v é r t é k e a j e l e g y p e r i ó d u s r am e g h a t á r o z o t t n é g y z e t e s k ö z é p é r t é k e . F i z i k a i l a g a z e f f e k t í vé r t é k a z t a z e g y e n á r a m n a g y s á g á t j e l e n t i , a m e l y e g ye l l e n á l l á s o n a p e r i ó d u s i d ő a l a t t a v á l t a k o z ó á r a m á l t a l t e r m e l th ő v e l a z o n o s m e n n y i s é g ű h ő t t e r m e l . S z i n u s z o s a n v á l t a k o z ój e l e f f e k t í v é r t é k e a c s ú c s é r t é k - e d r é s z e . ) A r e a k t a n c i aé r t é k e a z e f f e k t í v é r t é k e k k e l k i f e j e z v e :

2

IUX L e g y s é g e H / s = Ω .

LXLI

UI

UI

U

22

max

max




E g y k a p a c i t á s f e s z ü l t s é g é t m i n d e n p i l l a n a t b a n m e g h a t á r o z z a at ö l t é s e :

Ctqtu )()(

A t ö l t é s é s a z á r a m i d ő f ü g g v é n y e i n e k k a p c s o l a t a :

dttitq )()(

A z e l ő z ő ö s s z e f ü g g é s b e b e í r v a m e g k a p j u k a k a p a c i t á sf e s z ü l t s é g é n e k é s á r a m á n a k ö s s z e f ü g g é s é t :

dttiC

tu )(1)(




S z i n u s z o s a n v á l t a k o z ó á r a m o t b e h e l y e t t e s í t v e :

)cos(11)sin(1)( maxmax tIC

dttIC

tu

S z i n u s z f ü g g v é n y r e é s e f f e k t í v é r t é k r e á t t é r v e :

)2/sin(12)(

tIC

tu




A k a p a c i t á s f e s z ü l t s é g e i s s z i n u s z o s a n v á l t o z i k , d e 9 0 ° - k a lk é s i k a z á r a m á h o z k é p e s t . A 9 0 ° - o s f á z i s e l t é r é s e g y s z e r űf i z i k a i k é p a l a p j á n i s é r t e l m e z h e t ő . A z á r a m n e g a t í vn u l l á t m e n e t k o r e l ő j e l e t v á l t . E l ő z ő l e g p o z i t í v v o l t a k a p a c i t á st ö l t é s e é s a f e s z ü l t s é g e n ö v e k e d e t t , u t á n a n e g a t í v l e s z at ö l t é s e , a k a p a c i t á s k i f o g s ü l n i , a m i a t ö l t é s é s a f e s z ü l t s é gc s ö k k e n é s é t j e l e n t i . A z e l m o n d o t t a k b ó l k ö v e t k e z i k , h o g y a zá r a m n u l l á t m e n e t e k o r a f e s z ü l t s é g n e k é p p e n m a x i m u m a v a n ,v a g y i s a f á z i s k ü l ö n b s é g 9 0 ° .A f e s z ü l t s é g é s a z á r a m e f f e k t í v é r t é k e i n e k a h á n y a d o s a :

CXCI

U

1




A k a p a c i t í v r e a k t a n c ia X c e g y s é g e : s / F = Ω .E l le n á l lá s t ( R ) é s r e a k t a n c iá t ( X ) t a r t a lm a z ó t e r h e lé s e s e t é b e na f e s z ü l t s é g é s a z á r a m h á n y a d o s a a z im p e d a n c ia , a m e ly n e kje lö lé s e : Z . A z e l le n á l l á s é s a s o r o s r e a k t a n c ia e s e t é b e n a zim p e d a n c ia é r t é k e :

22 XRZ A z á r a m f e s z ü l t s é g h e z v is z o n y í t o t t h e ly z e té t a z im p e d a n c iaje l le g e h a t á r o z z a m e g . A f á z is h e ly z e te t m e g a d ó s z ö g é r t é k e :

arccoscosZR

ZR

RXarctgI l l e t v e :


5. Váltakozó áramú körök.Lineáris hálózati elemek [R L C] hatásainak analízise.Termelő – fogyasztó vektor ábra.

Forrás Internet

• Még üres

3.2.1. ábra Felvett pozitív irányoknak megfelelő fogyasztóiés termelői vektorábra

T

A

B

FIT IF

U

IF

+j

+

f F

IT

+j

+

f T=180°-φF

a., ábra

b., ábra c., ábra

U U


5. Váltakozó áramú körök.Váltakozó áramú teljesítmény.

A fizika teljesítmény definiciója: dP = dW/dt csak a pillanat értékekre igaz. Magyarázat……..u = 2.U.cos t ; i = 2.I.cos ( t - ) ;egy periódus időre vonatkoztatott telj.p = u.i =U.I. cos + U.I. cos (2. t - ) P = U.I. cos [ Watt ] Pmax ha = 0Egy középérték körül kétszeres frekvenciával leng. Lásd az ábrát.


5. Váltakozó áramú körök.Váltakozó áramú teljesítmény.Trigonometrikus analízís 1. Wattos és látszólagos teljesítmény.(cosfi=1) Forrás Internet


5. Váltakozó áramú körök. Váltakozó áramú teljesítmény.Trigonometrikus analízís 2.Wattos és látszólagos teljesítmény.(cosfi=0,8) Forrás Internet


5. Váltakozó áramú körök.Váltakozó áramú teljesítmény.

= 90 esetén. Meddő teljesítmény

Látsz.telj. S = U.I [VA]; Wattos telj. P = U.I.cos [W]Meddő telj. Q = U.I.sin [Var] ; S Fontos ismerni.


5. Váltakozó áramú körök.Összefoglaló példa az 5. fejezethez.

Ipari hálózati modell. Induktív jellegű áramkör:



Hálózati adatok: U = 2.U.sin t; = 0 Uvektor = U = 200 V. R = 30 ohm; L =0,127 H ; =314 ; XL = .L =314. 0,127 = 40 ohmAz impedancia: Z =R + j XL = 30 + j40 ohm. abszolút értéke: Z = 50 ohmAz áram komplex eff.értéke : I = U/Z = 200/(30+j40) A abszolút értéke: I = 200/50 = 4 A.Z fázisszöge : tg = XL/R = 4/3 =53Az áramkör komplex telj.-ének absz. értéke: S = 800VA.Hasznos teljesítmény: P = S.cos 53 = 480 WMeddő teljesítmény: Q = S.sin 53 = 640 VAr



Az eredmény vektor ábrája: cos = 0,602 | UL | + | Uw | U ( Kirhoff t.?)


6. Többfázisú rendszerek.

Háromfázisú rendszer. Alapkapcsolások. Csillagkapcsolás. Háromszögkapcsolás. Háromfázisú teljesítmény. Ellentmondások a váltakozó áramú teljesítmény területén.Meddő energia szerepe az országos és ipartelepi hálózatban.Pillanatnyi teljesítmény – lengő teljesítmény frekvenciája. Többhullámú áramok. Harmonikus analízis. Rendszámok.Nem lineáris fogyasztók. Károk és többletveszteségek.Transzformátor. Működési elv. Helyettesítő kapcsolás.Üzem állapotok. Gazdaságos transzformátorüzem.Mérő transzformátorok. Feszültségváltó. Áramváltó. Hálózatvédelmek. Telítődő áramváltók szerepe.


6. Többfázisú rendszerek.Csillag-háromszög kapcsolás. Fázis és

vonali értékek. Üzemeltetési szempontok.

Háromszög kapcs. különleges szerepe. Vegyi üzem.


6. Többfázisú rendszerek.Csillag-háromszög kapcsolás. Fázis és vonali

értékek. Üzemeltetési szempontok


6.Többfázisú rendszerek.Teljesítmények. Felharmónikusok

A háromfázisú rendszer egyes fázisai rendben:ua=Umax .sin t, ia = Imax .sin (t- )ub=Umax .sin (t-120), ib = Imax .sin (t-120- )uc=Umax .sin (t-240), ic = Imax .sin (t-240- )a , mint már láttuk R/X függvénye.A teljesítményekre mind az vonatkozik, amit az egyfázisú rendszernél már láttunk. Három fázisra:P = 3. Uf. If. cos = 3. Uv . Iv. cos Q= 3. Uf. If. sin = 3. Uv . Iv. sin S = 3. Uf. If = 3. Uv . Iv.



Fontos tudni:Csillag kapcs.esetén: If = Iv ; Uf = Uv / 3Háromszög kapcs.esetén: Uf = Uv ; If = Iv / 3



Eddig feltételeztük: az áram ill. a feszültség szinusz alakú. A gyakorlatban nem így van. Két ok lehet, hogy nem szabályos a görbe.

a) Torzult fesz.előállítása. Légrés indukció kerületi eloszlás.b) A nem lineáris elemek torzítanak. Egyenirányítás, elektronikus vezérlések stb.Több hullámú áramok, Fourier sor. Analízis két módja: • számítás ; b) mérés ; Erősáramú hálózaton: mérés.Gyakorlatban csak páratlan rendszámúval foglalkozunk.



Ha az alapharmónikus körfrekvenciája: Akkor a 3. 5. 7. 9. stb. harmónikus Körfrekvenciája: 3, 5, 7, 9, stb lesz.A reaktanciák: Induktív hálózatban nőnek,mert XL = .L ;Kapacitiv hálózatban csökkenek,mert XC =1/C ; (Kondenzátorok veszélyben.) Különböző rendszámúak helyzete a 3 fázisú rendszerben.


7. Transzformátorok.Működési elv. Mágneses kör. Indukált feszültség

középértéke és effektív értéke. Fluxus 90°-kal késik a feszültséghez képest.

Az indukált fesz. középértéke: Uik = 4.f.N.m (integrál a köv. oldal) Az effektív érték:Ue = Uik./(2.2) =4,44.f.N.mFeszültség áttétel = Menetszám áttétel (üresjárat)Áram áttétel: I1/I2 = U2/U1; Helyettesítő kapcsolás N1/N2 = 1 ; esetre

.....

m

m

dt


7. Transzformátorok.Működési elv. Mágneses kör. Indukált

feszültség középértéke és effektív értéke.

Az indukált feszűltség:

Az effektív érték:

m

m

mt

T

tii NfdTNdu

TU

...4.2.2 2/

0

mie NfUU ...44,42.2

.


7. Transzformátorok.Működési elv. Mágneses kör – Indukció.(a)

Helyettesítő kapcs: Mágneses gerjesztés:


7. Transzformátorok.Működési elv. Mágneses kör – Indukció.(b)

N2 szerepe-üresjárás-terhelési állapot.(Lenz t.)


7. Transzformátorok.Működési elv. Mágneses kör – Indukció.(c)


7. Transzformátorok.Működési elv. Mágneses kör -

Indukció.-Toroid


7. Transzformátorok.Működési elv. Szórt fluxusok. Helyettesítő

kapcsolás.(1)


7. Transzformátorok.Működési elv. Szórt fluxusok. Helyettesítő

kapcsolás.(2)


7. Transzformátorok. Üzemviteli jellemzők.Veszteségek. Hatásfok.

Üresjárási v.(Pv0)..gerjesztőáram ohmos vesztesége + vasveszteség (hiszterézis, örvényáram)

Rövidzárási v.(Prz)..névleges I és U értékek esetén…. Pv0 és Prz Konstrukció függő.. (Gyári adat)..Mérési eljárás…Tekercs veszteség: Teljes üzemi veszteség:Hatásfok:

2).(n

üvzt S

SPP

tvvtr PPP 0

222

22

1

2

cos.

......

vPIU

IUPP


7. Transzformátorok.Mérő transzformátorok.

Feszültségváltó.Gerjesztés.Feszültség transzformátor.Százalékos hiba, fesz.esés miatt…..0,2—1%

Szöghiba, fázisszög miatt ( U1-U2)…10—40 perc.

Áramváltó. Gerjesztés. Áramtranszformátor.Százalékos hiba, Szöghiba….Terhelési viszonyok.Vigyázat…Rövidzárás—Érintésvédelem..Áv. szekunder feszültsége, 1A…5A.

Mérési és védelmi célok….telítődő Áv.


7. Transzformátorok. Üzemviteli jellemzők. Egység teljesítmények (10,16,25,40,63 szabvány sor.)Rövidzárási fesz.(uz, ) és jelentősége.( 3,5…5;6….10;

11….14)%Tr. impedanciája:Melegedés, hűtés. Hűtő közeg, rendszerek. Pl. ONAN,ONAF, OFAN, OFAF. Levegő, olaj, gáz (SF6)Tr. védelem, Bucholz v.,Differenciál v.,Hőm. jelzés.Hálózat védelem. Szelektivitás. Összhang. Gazdaságos tr.üzem. Részletek az energia gazd.témakörben.

]/[.100

. 2

fohmS

UuZn

nz


7. Transzformátorok. Üzemviteli jellemzők.Egység teljesítmények helyes kiválasztása.Energia igény—Teljesítmény igény összhangja.Nagyobb feszültségű vételezés előnyei, hátrányai. Munkaerő igény.Hálózatok feszültség szintje. Msz 1.”Le-fel transzformálás”.Megcsapolások ismerete. Ipartelepi erőmű csatlakozása.„Három tekercselésű transzformátor.(más a tercier rendszer)”Kapcsolási csoport ismerete.Hálózat és transzformátor védelem globális ismerete.Független késleltetésű védelem.Függőn késleltetett védelem.Korlátoltan függő késleltetésű védelem.(Kisfeszültségű első védelem.)


8. Egyenirányítás. Egyenirányítók. E.áram jelentősége.

Szilárdtest fizika. Elektronok energia szintje—energia sávok.Saját vezetés (keskeny tel. sáv-termikus gerjesztéssel a ve-zetési sávba jutnak.) N tipusú vezetés (szennyező anyag elektronjai vezetnek, donor vez.) P tipusú vezetés (lyuk vezetés) itt a szennyező anyagot akceptornak nevezzük. P és N szennyezettségü kristály neve: Dióda. Jelleggörbe. Négy tartomány: Letörési, záró, nyitó exponenciális, nyitó li- neáris. Kommutálás jelenség. Nulla átmenetnél gyors vissza- térés. Felharmónikus forrás!!


1 eV = 0,16 aJ = 0,16 10-18 J

Vezetők ésVezetők ésszigetelőkszigetelők

• Fémek: az atomok ionizáltak és elektron felhő veszi őket körül– Gyenge kötés könnyen alakíthatók– Átlapolódó vezetési és vegyértéksáv

• Szigetelők: A vegyértéksáv teljesen betöltve, a vezetési sáv teljesen üres, ésa köztük lévő tiltott energia sáv nagyobb mint 5 eV

– Wg nagyobb mint a szokásos termikus energiák nincs áramvezetés– Pl.: Wg SiO2 = 4,3 eV

• Félvezetők: a sávszerkezet abban különbözik a szigetelőkétől, hogy afélvezetők tiltott energia sávja (Wg) kisebb mint a szigetelők esetében

– Wg Si = 1,12 eV, Wg Ge = 0, 7 eV– A termikus energia néhány elektront a vegyértéksávból a vezetési sávba juttat

8. Egyenirányítás. Egyenirányítók.Vezetési séma.1. Az elektronika félvezető fizikai alapjai (Internet)

http://nimrud.eet.bme.hu/elektronika/ppt/02_felvezeto_fizika.ppt


Egyenirányítás. Egyenirányítók.Vezetési séma.2. Forrás Internet

• Mozgóképes elektronok: a vezetési sáv elektronjai

• (Mozgóképes) lyukak: üres megengedett energia állapotok a vegyérték sávban

•Vezetési sáv: a legnagyobb energiájú sáv amiben még vannak elektronok•Vegyértéksáv: a vezetési sáv alatti megengedett energia sáv

•Ez csaknem teljesen betöltött, de általában vannak benne be nem töltött helyek

•Elektromos vezető képesség szempontjából a vegyérték és a vezetési sáv, és a köztük lévő tiltott sáv meghatározó, a továbbiakban csak ezeket vizsgáljuk

Vegyértéksáv, vezetési sáv (f olyt.)Vegyértéksáv, vezetési sáv (f olyt.)


8. Egyenirányítás. Egyenirányítók. E.áram jelentősége. Dióda karakterisztika.1.


8. Egyenirányítás. Egyenirányítók. E.áram jelentősége. Tirisztor. Jelleggörbe,


8. Egyenirányítás. Egyenirányítók. E.áram jelentősége. Tirisztor. Kapcsolás.


8. Egyenirányítás. Egyenirányítók. E.áram jelentősége. Dióda karakterisztika.2. Forrás Internet

http://hu.wikipedia.org/wiki/F%C3%A1jl:Dioda_IV_karakterisztika.jpg

http://hu.wikipedia.org/wiki/F%C3%A1jl:Dioda_IV_karakterisztika.jpg


8. Egyenirányítás. Egyenirányítók. E.áramjelentősége.Gyakorlati, energiagazdálkodási

szempontok.Egyenirányító kapcsolások jellemzői, fajtái:Fázis-szám; Út-szám; Ütem-szám; Hullámosság.(simítás)

Egyfázisú,egyutas,együtemű.(pl.Utr.=2.2.Ue…akku.töltés)Egyfázisú,egyutas,kétütemű.Egyfázisú,kétutas,kétütemű.(híd kapcs.Grätz.)Simító-indukciós tekercs (Analógia-Felharmónikus szürés)Egyenirányítás gazdaságos megoldásai. Kihasználási óraszám.Veszélyes felharmónikusok. Analízis. Hová telepítsünk kon-denzátort. (Hová ne.)


8. Egyenirányítás. Egyenirányítók.

Kétutas egyenirányítás. Internet forrás.


9. Villamos forgógépek és hajtások.Generátorok. – Motorok.

Szinkrongépek: Működési elv. Gerjesztés-Forgómező. Fordulatszám: n= f/p [1/s] ; Lásd: forgó mágneses tér.Motorként való alkalmazás műszaki és gazdasági előnyei:

Energiarendszer stabilitásának fokozása.Jó hatásfok (lásd: aszinkron motor).Állandó fordulatszám.Feszültséggel lineárisan változó nyomaték.Kedvező meddőteljesítmény előállítás. (Gyorsaság, nincs felharmónikus veszély.)



Aszinkron gépek felépítése:Állórész: Háromfázisú tekercselés, 2, 4, 6, (8) pólusra, csil-

lag vagy háromszög bekötési lehetőséggel. Lemezelt vastest. Horony kiképzés.

Forgórész: Tekercselt forgórész, csúszógyürűkre kivezetve.Rövidrezárt forgórész. Szigeteletlen vezetékek. Horonykiképzés: mélyhornyú, kétkalickás, stb. indítási tulajdonság (igény szerint). A vastest, csak gyártási szempontok miatt van lemezelve.



Aszinkron gépek működési elve: Forgó mágneses tér. Indukció, forgórész áram, nyomaték. Fordulatszám, slip.n0 = (60.f)/p [1/min] ; üzemi ford.sz. nü = (1-s).n

Aszinkron motor energia-diagramja. Veszteségek.


9. Villamos forgógépek és hajtások.Aszinkron gépek nyomatéka


9. Villamos forgógépek és hajtások. Aszinkron gépek nyomatéka


9. Villamos forgógépek és hajtások. Aszinkron gépek helyettesítő kapcsolási vázlata.


9. Villamos forgógépek és hajtások.Aszinkron motorok indítási kérdései.

Gyártási szempontok. Forgórész kialakítás.Két kalickás, mélyhornyú.Üzemeltetési szempontok. Indítási lehetőségek. Motor kiválasztás fontossága.

Nyomatéki viszonyok. Feszült- ségesés. M = c. .I, (de négyzetesen függ U-tól )

Dinamikus nyomaték. Felfutási idő jelentősége. Csillag-háromszög. 1/3-ad áram. Átkapcsolás veszélyei. Transzformátoros indítás. Frekvenciaváltós indítás. (Ue = 4,44.f.N.) Csúszógyűrűs motor. Pólus-átkapcsolás. Dhalander. .



Csúszógyűrűs motor:

Mély-horony:



Transzformátoros ( a )Fojtótekercses ( b) indítás.Irányváltás:



Frekvencia váltós hajtás blokk vázlata. 230V.1/3 fázis.


9. Villamos forgógépek és hajtásokEgyenáramú gépek.

A villamos gép működésének implicit megfogalmazása:

-- A villamos gépek működése két egymáshoz képest relatív nyugalomban lévő mágneses mező kölcsönhatásán alapul.-- A villamos gépek működése reverzibilis, azaz az energiaáramlás iránya megfordítható.-- A villamos gépek hatásfoka elméletben elérheti a 100%-ot.



Egyenáramú gép metszete.



Melék áramkörű (shunt) gép.Jelrendszer:A forgórészB segédpólusC kompenzáló t.D soros gerjesztésE párhuzamos gerj.F külső gerj.



Mellék áramkörű (shunt) gép jelleggörbéi.



Soros gerjesztésű gép.Jelrendszer:A forgórészB segédpólusC kompenzáló t.D soros gerjesztésE párhuzamos gerj.F külső gerj.



Soros gerjesztésű gép jelleggörbéi.


Vége az első résznek.

22 ).1.(

C

LRZ

Documents

Követelménymodul megnevezése : 0092-06 Energiaellátó rendszer üzemeltetése