Sinhrone i Asinhrone mašine

Семинарски рад Синхроне и асинхроне машине

САДРЖАЈ

1. СИНХРОНЕ МАШИНЕ.............................................................................................21.1 УВОД........................................................................................................................21.2 СКЛОП И ОПИС ОСНОВНИХ ДЕЛОВА СИНХРОНЕ МАШИНЕ...................31.3 ПРИНЦИП РАДА СИНХРОНЕ МАШИНЕ..........................................................51.4 СИНХРОНИ ГЕНЕРАТОРИ..................................................................................61.5 СИНХРОНИ МОТОРИ.........................................................................................101.6 ЗАКЉУЧАК...........................................................................................................12

2. АСИНХРОНЕ МАШИНЕ........................................................................................132.1 УВОД......................................................................................................................132.2 ОСНОВНИ ДЕЛОВИ И КАРАКТЕРИСТИКЕ АСИНХРОНИХ МАШИНА..14

2.2.1 СТАТОР...........................................................................................................152.2.1 МАГНЕТНО ПОЉЕ.......................................................................................162.2.3 РОТОР..............................................................................................................17

2.3 ПРИНЦИП РАДА АСИНХРОНИХ МАШИНА.................................................182.4 АСИНХРОНИ ГЕНЕРАТОРИ..............................................................................192.5 АСИНХРОНИ МОТОРИ......................................................................................21

2.5.1 ПРИНЦИП РАДА И КОНСТРУКЦИЈА АСИНХРОНИХ МОТОРА........212.6 ЗАКЉУЧАК...........................................................................................................23

3. ЛИТЕРАТУРА............................................................................................................24

1


1. СИНХРОНЕ МАШИНЕ

1.1 УВОД

Синхроне машине представљају машине наизменичне струје без комутатора, код којих преображај енергије настаје услед механичког премештања сталног магнетног флукса полова у односу на непокретан намотај индукта.

Синхроне машине користе се углавном као генератори електричне енергије наизменичне струје. Као такве се најчешће примењују у електранама (хидроелектане, термоелектране...) где се више њих спаја у исту сабирницу. У свакој електрани налази се по неколико синхроних генератора великих снага спојених на исте сабирнице.

Синхроне машине имају широку примену и као електрични мотори и при снагама изнад 100 кW користе се за погон центрифугалних и клипних пумпи, вентилатора, компресора и других механизама. У пракси имају широку примену и синхрони мотори упрошћене конструкције, који раде као фазни (синхрони) компензатори (уместо скупих статичких кондензатора) за поправку сачиниоца снаге мреже која напаја већи број асинхроних мотора. Ма која синхрона машина може да ради у сва три режима рада, али практично конструкције савремених синхроних генератора, мотора и ком-пензатора се међусобно разликују, што је условљено посебним одликама режима рада за које су те машине намењене.

Главно својство синхроних машина је синхрона брзина обртаја. Пошто се обртаји обртног магнетног поља статора и ротора подударају, међу њима влада синхронизам. На ротору се побуда остварује једносмерном струјом из побудног генератора. Намотај статора синхроних машина исти је као код асинхроних машина.

Према конструкцији ротора разликујемо: спороходне синхроне машине (изражени полови) и брзоходне синхроне машине (равни полови).

Слика 1. – Синхрона машина

2


Код спороходних синхроних машина (хидрогенератори) ротор је изведен у облику магнетног венца на коме су по обиму постављени полови. Веза побудних намотаја на половима ротора остварује наизменични распоред полова (N-S). Побудни намотај се напаја једносмерном струјом. Спороходне синхроне машине примењују се за брзине обртаја n до 1000 [o/min]. За примену код хидрогенератора (у хидроелектранама) брзине обртаја крећу се између 60 и 720 [o/min]. Побудни генератор поставља се на вратило ротора.

Брзоходне синхроне машине (турбогенератори) изведене су помоћу ротора са равним половима, цилиндричног облика, који има исти ваздушни распон са статором по целом свом обиму. Побудни намотај смештен је у жљебове који се налазе уздуж ротора. Ротор се израђује као двополни или четворополни електромагнет. На вратилу ротора налазе се два метална прстена за које се везују крајеви побудног намотаја. Струјно коло побудног намотаја остварује се преко четкица које клизе по прстеновима.

Pole

DC excitationwinding

Fan

Sliprings

Слика 2. – Спороходна синхрона машина Слика 3. – Брзоходна синхрона машина

1.2 СКЛОП И ОПИС ОСНОВНИХ ДЕЛОВАСИНХРОНЕ МАШИНЕ

На слици 4. приказана је мања синхрона машина. Овакве машине предвиђене су за рад и као генератори и као мотори.

На вратило - 14 напресован је прстен - 10, на који се помоћу завртња причвршћују полови — 8 сложени од лимова. На полове су претходно постављени побудни навоји. У лежиштима - 4 и 13 ослања се роторово вратило. Лежиште - 4 са стране будилице је куглично, а лежиште - 13 са погонске стране - котрљајуће. На конзолни крај вратила насађен је индукат - 1 будилице (генератора једносмерне струје). Побудни намотај синхроне машине везује се са диркама будилице помоћу клизних прстенова - 5, дирки и бакарних изолованих проводника.

3


Статор синхроне машине изводи се исто као статор асинхроне. Кућиште (оклоп) - 7 статора је од ливеног гвожђа или сложено од заварених челичних делова што зависи од димензија машине. На унутрашњој страни кућишта налазе се вођице на које се надевају лимови статора. У жлебове статора смештен је намотај - 9, чији су крајеви изведени до завртња на прикључној плочи, заштићеној помоћу кутије - 15.

На бокове кућишта завртњима се причвршћују поклопци који носе лежишта. Кућиште будилице - 3 причвршћено је за лежишни поклопац - 6. На ово кућиште учвршћени су помоћу завртања полови - 2, који носе побудни намотај будилице.

Слика 4. - Уздужни пресек синхроне машине мање снаге

Ради хлађења машине, на вратило је насукан прстен на који се причвршћује вентилатор - 12. Ваздух за хлађење улази кроз будилицу и отворе на предњем лежишном поклопцу, а излази кроз вентилационе отворе задњег лежишног поклопца-11.

Ради упрошћења конструкције синхроних машина мале снаге, оне се граде без будилице. У том случају побудни намотај се напаја усмереном (помоћу статичких усмерача смештених у лежишни поклопац) струјом статора. Ради обезбеђења самопобуђивања генератора између полова се постављају стални магнети.

4


1.3 ПРИНЦИП РАДА СИНХРОНЕ МАШИНЕ

Ако је намот статора прикључен на мрежу напона U и учесталости f, у њему ће се јавити вишефазне струје, које стварају, као и у асинхроној машини, Теслино обртно поље, чија је брзина обртања n дата обрасцем. Услед узајамног деловања овог поља и струје Ј′ која тече у намоту ротора, ствара се електромагнетни момент машине М, који је кретни кад машина ради као мотор, а отпорни кад машина ради као генератор. У синхроној машини, за разлику од асинхроне, побудни флукс при празном ходу машине ствара намот једносмерне сттрује, који је смештен на ротору. Значи, у устаљеном режиму рада релативна брзина обртања ротора у односу на обртно поље статора једнака је нули, тј. ротор се обрће заједно са обртним пољем статора брзином n′=n, независно од режима рада машине.

На основу изложеног, може се закључити:

1. ротор машине, независно од режима рада машине, обрће се сталном брзином, једнакој брзини обртања обртног магнетног поља, тј. n′=n;

2. учесталост индукованог напона фазног навоја статора Еf′ сразмерна је брзини обртања мотора;

3. у намоту ротора не индукују се напони, а његов магнетни напон одређен је само побудном струјом и не зависи од режима рада машине.

4. Код синхроних машина примењују се две конструкције ротора: ротори са истакнутим половима и ваљкасти или пуни ротори.

Слика 5.- Ротори код синхроне машине

5


1.4 СИНХРОНИ ГЕНЕРАТОРИ

Синхрони генератори израђују се за снаге од неколико kVA па до пар хиљада kVA. Принцип рада заснован је на Фарадејевом закону електромагнетне индукције. Обртањем магнетног поља ротора долази до пресецања линија намотаја статора услед чега се у њема индукује струја. Синхрони генератори трофазне наизменичне струје имају намотаје статора размештене у жљебовима, нпр. код конструкције двополног генератора под углом од 120о.

Однос учестаности f, броја пари полова p и броја обртаја у минути n дат је изразом:

Индуковани напон одређујемо једначином:

где је

kn - фактор намотаја (0,9÷0,92)

kp - фактор поља (изражени полови 1,03÷1,05 ; равни полови 1)

Магнетно коло синхроног генератора састоји се из два основна дела: статора и ротора, међусобно раздвојених међугвожђем. Индуктор (примар) је ротор, а индукат (секундар) је статор.

Ротор је намотан и на њега је клизним прстеновима доведена једносмерна струја. Као што је речено, ротор може бити изграђен са израженим и равним половима у зависности од намене. Магнетни полови, као и венац, израђују се од челичног лива, ваљаног челика или динамо лимова дебљине 1 mm. Полови се причвршћују за венац завртњима или се углављују косим жљебовима.

Слика 6.-Ротор са израженим половима Слика 7.-Ротор, ХЕ Слатиоара

6


Магнетна стопала могу бити заједно са половима или одвојена. Обрађена су тако да се ваздушни распон шири према крајевима. Ово је изведено да се оствари синусоидна расподела магнетног флукса. У њима су усечени жљебови за пригушни, односно запрежни намотај.

Магнетни венац ротора израђује се од ливеног гвожђа, челичног лива или ваљаног челика. Мањи магнетни венци (до 4 mm у пречнику) израђују се из једног комада, а већи из више.

Вратило ротора израђује се од ваљаног челика.

Ротор (нарочитно са равним половима) ради на великим брзинама обртаја и мора бити томе прилагођен. Након монтаже, врши се балансирање ротора провером статичке и динамичке уравнотежености. Ротори са равним половима су са 2 до 4 пола. Посебна пажња повећује се извођењу побудног намотаја.

Статор је део машине у коме се индукује електромоторна сила (напон). Његови намотаји смештени су у жљебове на унутрашњој страни по обиму. Формиран је исто као код асинхроних мотора. Језгро је од динамо лимова састављених у пакете дебљине 100÷150 mm, са међусобним размаком од 10 mm ради циркулације вездуха за хлађење. Аксијално хлађење обезбеђује се уздужним отворима у језгру. У случају штапастих намотаја статора (канура) простоји разлика у односу на намотаје асинхроних мотора.

Слика 8.-Статор, ХЕ Ретезат Слика 9.-Статор, ХЕ Сомешвара

7


Празан ход синхроних генератора карактеришу три стања:

1. Нормално побуђен генератор, када је његов напон једнак напону мреже (Uo=Umr). Тада кроз намотаје статора не тече никаква струја. У ротору је остварен само побудни флукс Фо.

2. Недовољно побуђен генератор, када је његов напон мањи од напона мреже (Uo<Umr). Генератор у оваквом стању узима из мреже индуктивну струју, фазно померену за 90о за ΔU. На овај начин се генератор сам побуђује, али слаби фактор снаге мреже, јер је оптерећује индуктивно.

3. Превише побуђен генератор, када је његов напон већи од напона мреже (Uo>Umr). Сада генератор у мрежу шаље индуктивну струју, односно из исте узима капацитивну, те је капацитивно оптерећује. Овим начином рада генератор поправља фактор снаге у мрежи.

Оптерећено стање карактерише више оптерећења:

1. Активно оптерећен генератор, када су струја и напон у фази, .

2. Индуктивно оптерећен генератор, када је струја оптерећења померена за

90о за индуктивним напоном па је . Генератор у овом случају има

највећи напонски пад. Да би се одржао стални напон генератора, мора му се повећати побудни флукс Фо (флукс оптерећења смањује побудни флукс па се смањује побуда).

3. Капацитивно оптерећен генератор, када струја предњачи напону за 90о. Положај флуксева сличан је као код индуктивног оптерећења, са тим што флукс оптерећења сада појачава побудни флукс Фо. За одржавање сталног напона мора се побудни флукс смањивати.

4. Мешовито оптерећен генератор, када наступа комбинација индуктивног и капацитивног оптерећења, што је у раду нормална појава. Када је више индуктивног оптерећења, фазни померај је такав да струја заостаје за напоном, а када је вишак капацитивног оптерећења, фазни помак је такав да струја предњачи напону.

Хлађење генератора се мора спровести на ефикасан начин како би се омогућило дозвољено оптерећење без штетних последица. Хидрогенератори се хладе циркулацијом ваздуха која се спроводи вентилатором причвршћеним на осовину ротора. Турбогенератори се хладе принудном промајом хлађеног ваздуха који се креће у затвореном систему.

8


Покретање ваздуха врше вентилатори постављени на вратилу ротора. Загрејан ваздух, по изласку из генератора, хлади се потискивањем кроз хладњак. Код генератора великих снага примењује се хлађење водоником.

Слика 11. - Пример вентилатора Слика 12. - Кућиште турбогенератора

Заштита синхроних генератора се спроводи тако да гарантује дуг, несметан и сигуран рад генератора у свим условима погона. Генератор треба заштитити од унутрашњих и спољашњих кварова који могу наступити у току рада.

Најчешћи унутрашњи кварови су: спој међу намотајима, спој међу навојима, доземни спој статоровог намотаја, доземни спој роторовог намотаја. Најчешћи спољашњи кварови су: трофазни кратак спој, двофазни кратак спој, несиметрично оптерећење, преоптерећење, пренапони, квар у побудном колу (нестанак побуде) и губитак погонске снаге.

За могуће кварове усавршена је ефикасна релејна заштита која се уграђује са циљем да сигурно штити генератор.Ремонт генератора обавља се једанпу годишње.

Начин пуштања генератора у рад, њеихово искључење, као и одржавање у раду, регулисано је посебним упутством којим се воде стручна лица задужена за погонско одржавање постројења.

Слика 13. - Примери релејних заштита

9


1.5 СИНХРОНИ МОТОРИ

Синхрони мотори су по својој конструкцији исти као синхрони генератори. У конструкционом погледу израђују се са истакнутим половима. Имају знатну примену у погонима где се тражи константна брзина обртаја, нпр. компресори, пумпе, претварачи и сл. Њихова примена је погоднија и економичнија од асинхроним мотора за погоне чији су обртаји испод 500 o/min. Такође су подеснији од асинхроним мотора при вишим напонима.

Углавном се граде за веће снаге. Предност им је што могу радити (за

разлику од осталих мотора наизменичне струје) при . Ако је потребно

могу и давати реактивну енергију мрежи, односно сачинилац снаге поправљати у погону где раде и друге врсте мотора.

Када синхрона машина ради као генератор реактивне енергије називамо је синхрони компензатор.

Синхрони мотори граде се за снаге од неколико вата до 40 MW (за погоне), и од 5 MVA до 50 MVA (за компензацију). Напони синхроних мотора крећу се од неколико волти до 15 kV. Брзине обртаја су у опсегу од 425 o/min до 1500 o/min.

Одлика ових мотора је што истовремено врше механички рад (улога мотора) и снабдевају мрежу реактивном снагом (улога генератора).

Слика 14. - Примена синхроних мотора у млиновима

10


Посматрајмо синхрону машину у улози генератора. Ротор се обрће константном синхроном брзином и са собом носи своје побудно поље. Обртно поље статора је Теслино поље и оно се такође обрће синхроном брзином. Међутим осе поља статора и ротора мало су померене, односно оса поља статора заостаје за осом поља ротора за одређен угао δ. Када се оптерећење генератора смањује, смањује се и угао δ. Ако се вратило погонског мотора одвоји од вратила ротора синхроне машине, ротор синхроне машине наставља са обртањем, односно синхрона машина почиње да ради као мотор у празном ходу (δ~0). Ако оптеретимо ротор, машина наставља да ради као мотор при оптерећењу, где сада ротор мало заостаје, па је оса поља ротора померена од осе поља статора опет за неки угао δ, али сада у супротном смеру од онога када је машина радила као генератор. Разлика је само у томе што је је раније утрошена снага била механичка (од погонског мотора преко ротора), а корисна снага била је електрична. Сада је утрошена снага електрична и добија се из мреже, а корисна снага је механичка (преко ротора се даје радном механизму).

Слика 15. - Комплетан погон трофазног синхроног мотора

За разлику од осталих мотора за наизменичне струје, са синхроне се може дибити још једна врста карактеристика. То су Мордејеве карактеристике (V-карактеристике) које показују како се мења струја статора у функцији побудне струје при сталном оптерећењу.

Ове карактеристике синхрони мотор поседује због двоструког напајања, односно побуђивања. Ако мотор ради при сталном оптерећењу и сталном напону, тада се Мордејеве карактеристике набоље могу објаснити помоћу упрошћеног кружног дијаграма електричних сила, који се разликује од оног за генератор јер је електромоторна сила померена за угао δ у супротном смеру.

11


1.6 ЗАКЉУЧАК

Синхроне машине су машине наизменичне струје, код којих преображај енергије настаје услед механичког премештања сталног магнетног флукса полова у односу на непокретан намот индукта.

Намот ротора, који се напаја из извора једносмерне струје, назива се побудни намот, пошто ствара побудни магнетни флукс машине.

У жлебове статора смешта се вишефазни (најчешће трофазни или двофазни) намот.

Намот синхроне машине у коме се индукују вишефазни напони и кроз који протичу вишефазне струје оптерећења, назива се намот индукта, а део машине, на којем је смештен побудни намот, назива се индуктор.

Синхроне машине су реверзибилне – свака синхрона машина може да ради и као генератор и као мотор.

Синхрони генератор може да ради одвојено или у спрези са другим синхроним генераторима.Синхрони генератори најчешће раде повезани паралелно. Спрезање синхроног генератора за паралелан рад са другим генераторима повезано је са испуњењем одређених услова. Генератори већих снага синхронизују се помоћу синхроноскопа. У савременим електранама спрезање генератора за паралелни рад врши се аутоматски.

Синхрони мотори имају широку примену у аутоматским системима. Овакви мотори не захтевају једносмерну струју за побуђивање, имају већи степен искоришћења и сигурнији су у раду. Да би синхрони мотор почео радити, потребно је залетети његов ротор помоћу неког спољњег момента до брзине обртања блиске синхроној. Данас се најчешће користе синхрони мотори са асинхроним покретањем.

12


2. АСИНХРОНЕ МАШИНЕ

2.1 УВОД

Данас најчешће употребљаване електричне машине су асинхроне машине. Електричне машине су направе помоћу којих се електрична енергија претвара у механичку или механичка у електричну. У првом случају електрична машина ради као мотор, а у другом као генератор. Електричне машине се конструктивно изводе из два дела, и то непрекидног који се назива статор, и покретног, који се назива ротор.

Асинхроне машине се претежно употребљавају као мотор, а ређе као генератор. Асинхроне машине су добиле име због тога, што брзина магнетног тока и брзина ротора није иста, као што је случај код синхроних машина. Асинхрона машина се израђује у серијској производњи као једнофазна или двофазна, врло је једноставна за производњу и одржавање и релативно ниске производне цене. Рад асинхроне машине темељи се на ротирајућем магнетном току, а велике заслуге за проналазак има Никола Тесла.

Као и сваки електрични мотор и асинхрони мотор је електрична машина која електричну енергију претвара у механички рад. Магнетно коло асинхроног мотора, као и свих осталих ротативних машина састоји се из два основна дела: непокретног или статора и обртног или ротора, који су међусобно раздвојени међугвожђем. Код асинхоних мотора статор је увек индуктор (примар), он се увек прикључује на мрежу, па према томе ротор индукат (секундар). Статор се прави у облику шупљег ваљка и састављен је од динамо лимова дебљине обично 0,5 mm.

Слика 1. - а) нисконапонски мотор б) високонапонски мотор

13


Асинхрона машина се у примени најчешће сусреће као мотор, и то трофазни. Типични је представник електричне машине мале снаге која се обично прави у великим серијама. Предности асинхроних машина, у односу на остале врсте електричних машина, су првенствено мања цена, једноставност конструкције, мањи моменат инерције, робусност, поузданост и сигурност у раду, лако одржавање, док су недостаци везани углавном за услове покретања и могућност регулисања брзине обртања у широким границама. Примена микропроцесора и енергетске електронике омогућила је економично управљање моторима за наизменичну струју и тиме конкурентност и у подручју погона са променљивом брзином.

2.2 ОСНОВНИ ДЕЛОВИ И КАРАКТЕРИСТИКЕ АСИНХРОНИХ МАШИНА

Магнетно коло асинхроног мотора састоји се из два основна дела: непокретног дела или статора (3) и обртног дела ротора (4), који су међусобно раздвојени међугвожђем. Код асинхроног мотора статор је увек индуктор и он се прикључује на мрежу, док је ротор индукат.

Слика 2. - Трофазни асинхрони мотор

Статор се израђује у облику шупљег ваљка и састављен је од динамо лимова дебљине 0,5 мм (5) и ови лимови су међусобно изоловани слојем лака или танким папиром, са сврхом да се смање вртложне струје, а тиме и губици у железу.

14


У жљебове статора смештени су намоти статора (2) . Намоти су обично трофазни и кроз њих теку трофазне наизменичне струје. Читав статор ставља се у кућиште мотора (1) , које је код мањих мотора обично изливено од алуминијума или ливеног гвожђа, а код већих заварено од диелова дебљег лима. Споља је кућиште снадбевено ребрима ради повећања површине хлађења. Вентилатор (7), уграђен на вратилу, помоћу својих пераја ствара промају и односи топлоту са површине кућишта и његових ребара, а заштићен је поклопцем вентилатора (8). С обе бочне стране кућишта, оптерећење (погонске ) стране (13) и неоптерећене стране (6) налазе се заптивачи лежишта и поклопци (10, 12), који у свом центру носе лежишта (11) за вратило ротора. Крајеви, почеци и завршеци, намота сваке фазе изводе се кроз кућиште до завртњева на изолационој плочици на прикључној кутији, која се налази на оклопу мотора (9).

2.2.1 СТАТОР

Статор је непокретни део мотора. Састоји се од кућиста (1), лежиста (2) на која се ослања ротор (9), бочних поклопаца (3) који носе лежишта, вентилатора (4) на крају кућишта који служи за хлађење машине и заштитне капе (5) која служи за заштиту од вентилатора. Прикључна кутија (6) се налази причвршћена на кућишту статора. У кућишту статора се налази магнетно језгро (7) направљено од танких (дебљине 0.3 до 0.5 mm) гвоздених лимова. Ови лимови садрже жлебове у које се смешта трофазни намотај.

Слика 3. - Основни делови статора

15


2.2.1 МАГНЕТНО ПОЉЕ

Магнетно поље ротира у ваздушном простору између статора и ротора. Магнетно поље се индукује након прикључивања фазног намотаја на напајање.

Слика 4. - Индуковано поље једне фазе

Позиција овог магнетног поља у односу на статор је фиксна, али је променљивог смера. Брзина којом се мења смер је одређена фреквенцијом напона којим се мотор напаја. При мрежној фреквенцији од 50 Хз поље мења смер 50 пута у секунди. Ако се двофазни намотај прикључи на одговарајуће напајање, у истом тренутку доћи ће до индукције два магнетна поља. У мотору са два пола постоји помак од 120 степени између два поља. Максимуми које достижу та два поља су временски померени. Ово узрокује да магнетно поље више није непомично у односу на статор, већ почиње да ротира. Али, овакво обртно поље је изразито несиметрично, све док се не прикључи и трећа фаза.

Слика 5. - Двофазно наизменично магнетно поље

16


Три фазе генеришу тзри магнетна поља која су мећусобно померена у простору од 120 степени.

Слика 6. – Трофазно симетрично обртно поље

Статор је сада прикључен на трифазни извор напона, а магнетна поља сваког од намотаја заједно чине симетрично обртно магнетно поље. Амплитуда обртног поља је константна и 1.5 пута већа од амплитуде магнетног полља једне фазе.

2.2.3 РОТОР

Ротор је монтиран на вратило мотора (слика 7.). Као и статор, ротор је направљен од танких гвоздених лимова са жљебовима. Постоје два типа ротора: ротор са клизним прстеновима и краткоспојени ротор, разлика је у намотајима који постоје у жљебовима. Ротор са клизним прстеновима, као и статор, има намотаје од жице смештене у жљебове и за сваку фазу постоји по један клизни прстен на који се прикључују намотаји. Након кратког спајања клизних прстенова, ротор са клизним прстеновима ће да ради као и краткоспојени ротор. Код краткоспојених ротора у жљебове су уливене шипке од алуминијума. На крајевима ротора постоје алуминијумски прстенови који кратко спајају шипке.

17


Када се роторска шипка постави у обртно магнетно поље, флукс магнетних полова пролази кроз њу. Овај флукс индукује струју (Iw) у роторској шипци почиње да делује сила (F). Сила на шипку је одрећена магнетном индукцијом (B),

индукованом струјом (Iw), дужином шипке (l) ротора и углом ( ) измећу вектора

силе и вектора магнетне индукције.

Слика 7. - Обртно поље и краткоспојени ротор

2.3 ПРИНЦИП РАДА АСИНХРОНИХ МАШИНА

Асинхроне машине су добиле своје име због тога, што брзина ротационог магнетског поља и брзина ротора није иста, као што је случај код синхроних машина. Главни делови асинхроног мотора су статор и ротор представљени на слици 8.

Слика 8.

18


Посматрајмо асинхрону машину са трофазним намотајем на статору и еквивалентним трофазним краткоспојеним намотајем на ротору. Нека је намотај статора прикључен на систем наизменичних трофазних напона.

У намотају статора јавља се контра електромоторна сила E1 која држи равнотежу прикљученом напону статора U1 и чији се модул разликује од напона за пад напона на омској отпорности и реактанси расипања (што износи неколико процената).

Кроз намотај статора протицаће наизменичне трофазне струје које стварају Теслино обртно магнетско поље. Обртно поље ротира у зазору тзв. синхроном

брзином, :

где је f учестаност (фреквенција) мреже, а p број пари полова.

При томе обртно поље пресеца проводнике статора и ротора и у њима индукује одговарајуће електромоторне силе (емс). Пошто је електрично коло ротора затворено, услед ове емс се у проводницима намотаја ротора ствара струја, I2, чија је активна компонента истог смера као и емс. Пошто се проводник са струјом налази у магнетском пољу индукције B на њега ће деловати електромагнетска сила:

Ова сила обрће ротор у смеру обртног магнетског поља. То се дешава са свим проводницима по обиму ротора, а збир свих производа силе и полупречника представља обртни моменат електромагнетских сила мотора. Обртни моменат мотора је прорционалан производу струје ротора, флукса и угла између њих, ϕ2:

2.4 АСИНХРОНИ ГЕНЕРАТОРИ

На почетку проучавања асинхроних мотора је напоменуто да асинхрони генератор настаје у случају да се ротор мотора обрће брже од обртног поља. Овакво обртање ротора је остварено присилно. У том случају је овакав генератор извор електричне енергије. Овде се електрична енергија остварује конверзијом механичке енергије преко вратила.

Асинхрони генератор нема сопствене побуде већ се побуђује наизменичном струјом из мреже. Он из мреже узима индуктивну компоненту струје оптерећења, а

19


активну струју даје мрежи. Иначе, асинхрони генератори се по устројству не разликују од асинхроних мотора. Они се разликују по својој улози, односно по начину конверзије енергије. Овакав генератор ради помоћу кондензатора чијом струјом се побуђује. За нормалан рад генератора неопходно је да он претходно буде под напоном мреже за краће време, а даље побуђивање се врши на основу заосталог магнетизма у језгру. Генератор и кондензаторска батерија чине осцилаторно коло.

Пуштање у рад је једноставно, довођењем у празном ходу до брзине нешто изнад синхроне и једноставним укључивањем у мрежу.

Асинхрони генератор се може, такође, остварити ако се трофазном асинхроном мотору са клизним прстеновима доведе једносмерни напон на ротор (преко клизних прстенова). Синхронизовањем се може овако остварити генератор или синхрони мотор. Побуђивање се обично врши на два начина:

1. редно побуђивање-преко два клизна прстена и

2. паралелно побуђивање-преко три клизна прстена од којих су два кратко спојена.

Овим се може остварити синхрони мотор на тај начин што се неким другим мотором оствари синхрона брзина, на прикључнице статора доведе наизменични напон, а на клизне прстенове једносмерни напон.

Асинхрони генератор се остварује покретањем побуђеног ротора, нпр. мотором са унутрашњим сагоревањем у ком случају се добија на прикључницама статора трофазни наизменични напон.

Слика 9. – Асинхрони генератор

20


2.5 АСИНХРОНИ МОТОРИ

2.5.1 ПРИНЦИП РАДА И КОНСТРУКЦИЈА АСИНХРОНИХ МОТОРА

Асинхрони мотори раде на принципу Теслиног обртног магнетног поља. Асинхрони мотори као и друге електричне машине, састоје се од гвозденог језгра и бакарних намотаја. Према својој конструкцији имају два главна дела: статор као непокретни део и ротирајући део-ротор.

У примени асинхроних мотора пракса је захтевала посебне конструкције тако да су се развила два типа и то:

1. Асинхрони мотори са кавезним (краткоспојним) ротором,

2. Асинхрони мотори са намотаним ротором и клизним прстеновима.

Одмах треба напоменути да се у принципу рада код оба типа ништа не разликује, пошто и један и други раде у нормалном погону са краткоспојеним ротором.

Клизни прстенови код другог типа служе да се омогући лакше пуштање у рад великих мотора и након овога њихови се намотаји кратко споје.

Статор је у облику шупљег ваљка, а састављен је од специјалних динамо-лимова прстенастог облика. Ови лимови су дебљине 0,5 и међу собом су изоловани ради смањења губитака услед вртложних струја. Статор је са унутрашње стране, по дужини, ожљебљен. У жлебовима су смештени проводници фазних намотаја.

Ротор је израђен на сличан начин као и статор, само што је уздуж, по спољашњој страни, ожљебљен. У ове жлебове као и код статора, смештени су фазни намотаји или је у њима кавезни намотај. Кроз средину овако формираног ротора пролази вратило.

Жлебови статора и ротора могу бити различитих облика. Углавном постоје отворени, полуотворени и затворени жлебови.

21


Кућиште мотора служи као носач динамо-лимова статора и заједно са поклопцима са стране омогућује преко лежајева монтирање статора и ротора. Лежаји су смештени у средини поклопца.

Слика 9. – Једнофазни АМ Слика 10. – Трофазни АМ

Постоље мотора је изведено заједно са кућиштем. Са горње стране кућишта је кука за пренос мотора. Са предње стране кућишта је изведена прикључна кутија мотора. Иначе, кућиште мотора са поклопцима обично се израђује од силумина или ливеног гвожђа.

Прикључна кутија је од силумина или ливеног гвожђа и има обично шест прикључница. Међупростор између статора и ротора износи код

малих мотора и највише 3 код великих мотора.

Лежаји су котрљајући (куглични или ваљкасти) или клизни. С обзиром на положај мотора у раду и оптерећење, прилагођена је и конструкција, односно извршен избор одговарајућих лежаја. Ако је мотор монтиран за вертикални или коси рад, избор лежаја мора бити такав да задовољава ове услове. Лежаји овде носе само тежину ротора са ременицом или спојницом.

Хлађење мотора је обично спроведено помоћу вентилатора постављеног на осовини ротора. Најчешће је вентилатор заједно са ротором (лопатице изливене заједно са роторским кавезом), а може бити монтиран споља и заштићен поклопцем. Пут расхладног ваздуха који вентилатор потискује кроз унутрашњост мотора, тако је конструктивно одређен, да се спроведе што ефикасније хлађење.

Намотаји асинхроног мотора могу бити најчешће, једнослојни или двослојни. С обзиром на проводнике од којих се формирају, познати су канурасти (намотај-канура од више танких навоја) и штапасти (проводници су великог пресека у облику штапа) намотаји.

22


С обзиром на начин на који се полажу у жлебове намотаји могу бити:

шаблонски, који се формирају на посебним шаблонима и постављају у отворене жлебове,

усипни, који се такође формирају на посебним шаблонима и убацују (усипају) у полуотворене жлебове и

ушивни, који се изводе провлачењем (прошивањем) кроз затворене жлебове.

Изолација намотаја у жлебовима спроведена је према напону за који су грађени. За моторе напона до 500 изолација је изведена посебно профилисаним

цевима од прешпана. За напоне до 1000 изолација је изведена умецима од

лискуна; за напоне до 4000 цевима од тврде хартије, а за напоне веће од 4000 цевима од миканита или лискуна.

Кануре се посебно обрађују и суше у вакууму, а после се натапају специјалном изолацијском масом под притиском и додатно обрађују, јер су високонапонски мотори најосетљивији на изолацији намотаја.

2.6 ЗАКЉУЧАК

Асинхроне машине су нашле широку примену у разним гранама индустрије. Производња им се врши на основу више десетина производног искуства и израде. Асинхроне машине раде у различитим режимима погона, од електрана до мотора за клима уређаје. Наша земља би у будућности трбало да буде један од главних призвођача асинхроних машина у југоисточној Европи, а надамо се и шире.

Предности асинхроних машина, у односу на остале врсте електричних машина, су првенствено мања цена, једноставност конструкције, мањи моменат инерције, робусност, поузданост и сигурност у раду, лако одржавање, док су недостаци везани углавном за услове покретања и могућност регулисања брзине обртања у широким границама. Намотај статора је трофазан, као код синхроних мотора. Намотај ротора је такође трофазан (мотани), код машина мањих снага је спрегнут у звезду, док је код машина већих снага, да би се смањио напон у стању мировања, спегнут у троугао, а слободни крајеви су му спојени на три метална клизна колута (прстена), изолована међусобно и од вратила.

23


3. ЛИТЕРАТУРА

1. Др. Јован Андрић, др. Момчило Вујичић, „увод у општу електротехнику“, Звечен 2002.год.

2. Б.Митраковић, "Синхроне машине", Научна књига Београд, 1991.год.3. Л.Умананд, "Basic Electrical Technoloдy", 2007.год.4. Зоран Пендић: “Електричне машине са испитивањем за IV разред

електротехничке школе”, Завод за уџбенике и наставна средства Београд 2001.год.

5. М. Петровић: “Електричне машине и постројења”, Научна књига Београд 1988.год.

6. Г.Турковић дипл.инж. Сава, „Електротехника“, Савез енергетичара Србије, Београд, 1979.год.

7. Јован Николић, „Електромоторни погон“, Завод за уџбенике и наставнха средства, Београд, 1995.год.

24

Documents

Sinhrone i Asinhrone mašine