Elektrické stroje
Pojmom elektrický stroj rozumieme zariadenie, ktoré na princípe elektromagnetickej indukcie umožňuje zmenu jednej formy energie na inú, pričom aspoň jedna z nich je elektrická. Napr.: Transformátor mení určité vlastnosti elektrickej energie ( výška napätia, prúd ) na iné.
Základnou črtou každého elektrického stroja podľa tejto definície je, že obsahuje tri prvky, a to : primárny elektrický okruh, magnetický obvod a sekundárny elektrický okruh., pričom elektrické okruhy sú vzájomne viazané prostredníctvom magnetického poľa.
Elektrické stroje možno deliť podľa viacerých hľadísk.
Z hľadiska prúdovej sústavy ich delíme na :
- jednosmerné
- striedavé
Pričom striedavé môžu byť :
- jednofázové
- trojfázové
- viacfázové
Z hľadiska točenia ich delíme na :
- točivé
- netočivé ( transformátory)
Podľa smeru toku a druhu energie ich delíme na :
- motory
- generátory (alternátory a dynamá)
- meniče
Podľa výšky napätia :
- malé ( do 50 V)
- nízke ( od 50 V do 300 V)
- vysoké ( od 300 V do 38 000 V)
- veľmi vysoké ( nad 38 000 V )
Podľa výkonu delíme :
- drobné ( do 0,5 kW )
- malé ( od 0,5 do 15 kW )
- stredné ( od 15 do 100 kW )
- veľké ( vyše 100 kW )
Podľa princípu pôsobenia :
- transformátory
- asynchrónne stroje
- jednosmerné stroje
- synchrónne stroje
- komutátorové striedavé stroje
- osobitné
TRANSFORMÁTORY
PRINCÍP POSOBENIA A KONŠTRUKCIA
Pojmom transformátor rozumieme dve cievky, ktoré sú navzájom magneticky viazané.
Aby magnetická väzba bola čo najdokonalejšia, cievky sú navinuté na uzavreté jadro z feromagnetického materiálu. Ak pripojíme časovo premenlivé napätie u1 na primárnu cievku s N1 závitmi, napätie v nej vyvolá časovo premenlivý prúd i1, ktorý vytvorí v magnetickom obvode časovo premenlivý magnetický tok 1. Jeho indukčné čiary viažu závity oboch cievok, teda aj závity druhej sekundárnej cievky s N2 závitmi a indukuje v nej napätie u2. Ak sekundárna cievka nie je galvanicky uzavretá ( napr.: spotrebičom ), netečie ňou prúd, len na jej svorkách je napätie u2. Ak pripojíme spotrebič ( impedanciu Z ), potečie sekundárnou cievkou prúd i2, ktorý vytvorí magnetický tok 2 ( reakčný ).
Obidva toky sa sčítajú a dostaneme výsledný tok
= 1 + 2
ktorý indukuje napätie v obidvoch cievkach.
V primárnom : Ui1 = 4,44 f N1 m V sekundárnom : Ui2 = 4,44 f N2 m
Schéma princípu transformátora :
Vidíme že zvýšený odber energie na sekundárnej strane sa takto prostredníctvom magnetického poľa prenáša na primárnu stranu a odtiaľ na zdroj energie ( sieť ). Prvotný význam transformátora spočíva práve v premiestňovaní vstupných parametrov elektrickej energie ( napr.: vysoké napätie ) na iné parametre energie odberanej na výstupe ( napr.: nízke napätie ), pričom táto zmena prebieha pri konštantnej frekvencií.
Medzi napätiami indukovanými v cievke VN a v cievke NN platí vzťah :
Ui1 / Ui2 = 4,44.f.N1.m / 4,44.f.N2.m = N1 / N2 = p
Pomer indukovaných napätí v cievkach sa rovná pomeru počtu závitov cievok. Nazývame ho prevodom.
p = U1 / U20 I1 / I2 = U2 / U1 = 1 / p
Transformátor sa skladá z týchto hlavných konštrukčných častí :
- magnetický obvod
- dva elektrické obvody
- tepelný ( chladiaci ) obvod
Transformátory rozdeľujeme podľa,
počtu fáz :
- jednofázové
- trojfázové
- viacfázové
Podľa tvaru magnetického obvodu :
- jadrové
- plášťové
Hlavným konštrukčným materiálom na pre magnetické obvody sú transformátorové plechy
( 0,5 mm pre f 50 Hz ). Vinutie sa zhotovuje podľa tvaru ako : valcové a kotúčové.
Podľa účelu rozdeľujeme transformátory :
a) na prenos a rozvod elektrickej energie vo veľkom
b) laboratórne
c) izolačné
d) spúšťacie
e) zváracie
f) rozmrazovacie
g) pecové
h) meracie
i) na transformáciu počtu fáz
j) na špeciálne účely
Náhradná schéma transformátora:
R1-odpor vstupnej strany, X1r – rozptylová reaktancia vstupu (účinok magnetického toku),
R2 – odpor výstupu, X2r – rozptylová reaktancia výstupu, Rž – odpor železa straty v železe, X1h – hlavná reaktancia predstavujúca spoločný magnetický tok, Z – impedancia, u, i – napätia a prúdy, ib – budiaci prúd so zložkami im a iž , ui – indukované napätie
Prevádzkové stavy transformátora :
1.) Stav naprázdno je taký stav transformátora pripojeného na napätie, pri ktorom sú sekundárne cievky rozpojené. Sekundárny prúd je nulový a transformátor neodovzdáva žiadny výkon. V stave naprázdno berie transformátor zo siete len príkon na krytie strát naprázdno. Sú to hlavne hysterézne straty, straty vírivými prúdmi v magnetickom obvode
býva asi 3 – 10% nominálneho prúdu.
U1 = I10 (R1 + jX1r) + Ui
I1 = Ib = I10
U2 = Ui = U20
2.) Stav nakrátko je taký stav transformátora pripojeného na napätie, pri ktorom sú sekundárne svorky spojené bez odporovou spojkou nakrátko.
Impedancia je teda nulová
( Z=0). Transformátoru hrozí prehriatie a následné zničenie.
U1 = I1k (R1 + jX1r) + Ui
I1k + I2k = Im + Iž = Ib
3.) Pre zaťažený transformátor platí náhradná schéma transformátora a základné rovnice.
TROJFÁZOVÉ TRANSFORMÁTORY
Trojfázový transformátor vzniká zoskupením troch rovnakých jednofázových transformátorov. Elektrické obvody transformátora spájame medzi sebou tým, že primárne a sekundárne cievky jednotlivých transformátorov spájame do hviezdy, trojuholníka, resp. lomenej hviezdy. Analogicky ako elektrické obvody môžeme medzi sebou viazať aj magnetické obvody.
Najprv kreslíme fázorový diagram pre stranu VN, potom pre stranu NN. Uhol ktorý zvierajú rovnako označené svorky primárnej a sekundárnej strany, nazývame hodinový uhol. Tento uhol je násobkom 30. Zapojenia pre párne hodinové uhly
(Yy, Dd, Dz ), zapojenia pre nepárne hodinové uhly ( Yd, Dy, Yz ). Používaných je len 26 rôznych zapojení.
Schémy trojfázových transformátorov :
Fázorový diagram napätí trojfázového transformátora :
Použitie transformátorov vzhľadom na zapojenie :
1. Yy sa používa – pri súmernej záťaži, v závode ktorý má pohony na s trojfázovými motormi
2. Yz sa používa – ako distribučné do stredných výkonov, pri nesúmernej záťaži, mestské osvetlenie
3. Dy sa používa - ako distribučné pre veľké výkony
4. Yy sa používa – na veľké výkony a prenos energie sieťou vysokého napätia, na výstupe z elektrárne.
PARALELNÁ SPOLUPRÁCA TRANSFORMÁTOROV
Keď treba prenášať väčší výkon ako je výkon jedného transformátora, spájame viac transformátorov paralelne. Spolu spojíme primárne strany transformátorov a napájame ich zo spoločného zdroja. Sekundárne strany spojíme a zaťažujeme ich spoločným spotrebičom. Schéma dvoch transformátorov zapojených paralelne :
I, Zk, = I,, Zk,,
I, / I,, = Un In / Un I,, = S, / S,, = Zk,, / Zk,
Spoločne môžu pracovať len transformátory vyhovujúce niektorým podmienkam :
1.) Rovnaké menovité vstupné a výstupné napätia
2.) Rovnaké hodinové uhly
3.) Rovnaké napätia nakrátko
Ďalšou ekonomickou podmienkou je, aby výkony paralelne pracujúcich transformátorov boli približne rovnaké.
|
