MASZYNY ELEKTRYCZNE PRĄDU STAŁEGO
Są to zazwyczaj maszyny wirujące,mogą być stosowane silniki liniowe.Zamiana prądu na siłę-silniki. Zamiana siły na prąd-generator,prądnice.
Tablice zaciskowe:A1-A2-uzwojenie wirnika,
B1-B2-uzwojenie biegunów pomocniczych
C1-C2-uzwojenie kompensacyjne,D1-D2-uzwojenie wzbudzenia szeregowe,E1-E2-uzwojenie wzbudzenia bocznikowe,F1-F2-uzwojenie wzbudzenia zasilane z obcego źródła
PODZIAŁ:
a) prądnice (zamiana energii mechanicznej na elektryczną) b) silniki ( zamiana energii elektrycznej na mech. )
BUDOWA:1)Stojan 2)Wirnik. Na wale umieszczony jest komutator-walec z odizolowanymi od siebie działkami miedzianymi na obwodzie. Po komutatorze ślizgają się szczotki.
LEPSZE 1)Stojan(wykonany jako odlew żeliwny lub staliwny Wewnątrz umieszczone są nabiegunniki, stanowiące bieguny pola mag. Na nabiegunnikach nawinięte jest uzwojenie wzbudzenia, zasilane z obcego źródła prądu stałego lub z twornika maszyny.)
2)Wirnik (z zamkniętym uzwojeniem rozłożonym na jego obwodzie, jest w maszynach prądu stałego twornikiem. Wykonany jest on z blach''ze stali krzemowej"o odpowiednich właściwościach magn.w celu zmniejszenia strat na prądy wirowe i strat od histerezy.) Na wale umieszczony jest komutator-walec z odizolowanymi od siebie działkami miedzianymi na obwodzie.Po komutatorze ślizgają się szczotki. Przy dużych prądach na styku komutator-szczotka powstają znaczne straty;
stosuje się wówczas zespół szczotek połączonych równoleglei dotykających tej samej działki komutatora.Szczotki umieszczone są w szczotkotrzymach.Wał wirnika osadzony jest w łożyskach,a na jednym z jego końców umieszczony bywa wentylator.Maszyny prądu stałego są odwracalne,tzn.mogą pracować jako prądnice lub silniki.
ZASADA DZIAŁANIA-(Moment obrotowy): Jeżeli przez uzwojenie twornika maszyny prądu stałego zasilanego ze źródła zewnę .popłynie prąd elektryczny, to na pręty uzwojenia działa siła Lorentza skierowana zgodnie z regułą lewej dłoni. Moment działa na zwoje znajdujące się tylko w polu magnetycznym.
Przyjęto umownie iż oś podłużna maszyny dwubiegunowej przebiega wzdłuż biegunów wzbudzenia. Prąd przepływając przez uzwojenie twornika powoduje powstanie pola magnetwornika. Gdy zwój przemieszcza się przez strefę neutralną, w której znajdują się szczotki przechodzi wówczas z jednej gałęzi do drugiej i w tym momencie następuje w nim zmiana kierunku prądu na przeciwny. Zmiana kierunku prądu w ze zwoju nazywa się komutacją.Ona właśnie powoduje powstanie siły elektromotorycznej samoindukcji przeciwdziałającej, zgodnie z regułą Lenza, zmianie prądu
.
SILNIKI PRĄDU STAŁEGO
Prędkość obrotową regulujemy przez 3 wielkości ( U-napięcie, Rt - rezystancja w obwodzie, φ - strumień magmet.)
Podział: 1) - Silniki obcowzbudne - Silniki saomowzbódne 2) - Szeregowe - Bocznikowe -Szeregowo bocznikowe
Silnik szeregowy- W silniku szeregowym prąd wzbudzenia , równy prądowi twornika, jest jednocześnie prądem pobieranym przez silnik z sieci. W silniku szeregowym przepływ wzbudzenia zwiększa się wraz ze wzrostem prądu twornika. Charakterystyka miękka, pod wpływem wzrostu obciążenia maleje prędkość obrotowa dość znacznie. Służą one do napędów maszyn roboczych które podczas pracy zmieniają obciążenie i prędkość obrotową (tramwaje, trolejbusy, lokomotywy elektryczne itp.) Zaletą silnika szereg. jest duża wartość rozwijanego momentu, natomiast wadą duża zmienność prędkości kątowej oraz możliwość rozbiegania się silników.
U=const, Rroz=const, Rn= const n =f (M)
Charakterystyka mechan. Charakterystyka momentu
Silnik bocznikowy - Uzwojenie wzbudzenia, połączone równolegle z obwodem twornika, jest włączone bezpośrednio do sieci zasilającej. Charakterystyka jego zmienia się nieznacznie pod wpływem obciązenia , charakterystyka sztywna . Pozwala zastosować ten silnik do napędu maszyn roboczych wymagających stałej prędkości obrotowej (wentylatory,
U= const, Iw= const
Silnik szeregowo bocznikowy- W silniku szeregowo bocznikowym połączono zalety silnika bocznik. i szeregowego. Tak więc silnik ten charakteryzuje się ustaloną wartością prędkości kątowej przy biegu jałowym oraz korzystniejszą niż silnik bocznikowy charakterystyką momentu. Prędkość kątową silnika szeregowo-bocznik. nastawia się przez zmianę prądu wzbudzenia uzwojenia bocznikowego.
Charakterystyka mechaniczna
PRĄDNICA (generator) - działanie prądnicy jest oparte na zjawisku indukowania się siły elektromotorycznej w przewodzie poruszającym się w polu magnetycznym.
BUDOWA: twornik (walec z uzwojeniem); magneśnica (służy do wytwarzania pola magnetycznego); stojan (część nieruchoma); wirnik (cz. ruchoma).
WARUNKI PRACY
Prądnicy w połączeniu szeregowym:1)równoś
częstotliwości 2)napięcie wartości skutecznej 3)wartość napięcia chwilowa 4)kolejność faz (wirowanie) jednakowa.
MASZYNY PRĄDU PRZEMIENNEGO
Maszyny elektryczne prądu przemiennego: a) synchroniczne b) asynchroniczne Z punktu widzenia funkcji na:
a) prądnice b) silniki
Maszyna synchroniczna- jest to maszyna której pole wirujące w stojanie wiruje z prędkością równą prędkości mechanicznej wirnika ns = n Ef = c *φf * n (siła elektromotoryczna w stojanie)
ns= 60f/p (prędkość przemieszcz. się pola magnetycznego w stojanie) ; S= (ns - n) /ns =0 (poślizg). Maszyna synchroniczna może zachowywać się jak indukcyjność lub jak pojemność.
ZASTOSOWANIE: jako urządzenia służące do kompensacji mocy biernej (pompy odśrodkowe, wentylatory)
Prądnica synchroniczna
Podstawowe charakterystyki prądnicy:
W energetyce przemysłowej stosujemy prądnice o mocy 4; 6; do 12MW
Charakterystyka zewnętrzna U=f( I) Iwzb=const (rys zesz) ; Charakterystyka regulacyjna Iwzb= f(I) U=const n=const
Silnik synchroniczny - silnik prądu przemiennego w którym prądy przemienne doprowadzane z zewnątrz do uzwojenia twornika oddziaływają na wirujące pole magnetyczne dając moment obrotowy.
Budowa identyczna jak prądnicy synchronicznej. Silnik przed włączeniem do sieci zasilającej wprawiamy w ruch z prędkością bliską prędkości wirowania pola w stojanie. Włączenie do sieci następuje po zsynchronizowaniu: -jednakowe następstwo faz ( fazy l1 , l2 , l3 muszą być zgodne z fazami silnika synchronicznego) - równość napięć
( sieci zewnętrznej i stojana wirnika) - równość częstotliwości prądu napięć (sieci zewn. I stojana maszyny) - zgodność fazowa napięć (sieci zewn. I stojana maszyny)
Rozruch silnika ( 2 rozruchy) : - rozruch z dodatkowym silnikiem elektrycznym - rozruch asynchroniczny( mamy dodatkowe uzwojenie rozruchowe). Prędkość wirowania pola magnetycznego w stojanie jest równa pręd. Mech. Wirnika Zastosowanie do maszyn roboczych wymagających stałego momentu obrotowego i stałej prędkości, maszyny robocze o mocy setek KW Dane tech: U=6000V, cosφ = 0,8 , uzwojenie w gwiazdę , n= 3000obr/min
Maszyna asynchroniczna: maszyna prądu przemiennego w której stosunek częstotliwości indukowanej sił elektromotorycznych do prędkości obrotowej nie jest stały.
Silniki asynchroniczne - maszyna asynchroniczna działająca jako silnik. Przy rozruchu silnik ten jest przełanczany na typ pracy w gwiazdę, po rozruchu jest przełanczany na typ pracy w trójkąt.
Silnik klatkowy trójfazowy:
Jeżeli przyłączono uzwojenie stojana do sieci zewnętrznej to prąd trójfazowy o częstotliwości „ f płynący w trójfazowym uzwojeniu stojana wytwarza wirujący strumień magnetyczny „φ” przemieszczający się w stojanie z prędkością ns=60f/p zwanej prędkością synchroniczną. Strumień indukuje w uzwojeniu stojana siłę elektromotoryczną E1=c1*φ*ns , ponadto indukuje w uzwojeniu nieruchomego silnika siłę elektromotoryczną E2= c2*φ*ns . Siła E2 powoduje przepływ prądu Iz w uzwojeniu wirnika. W wyniku dynamicznego oddziaływania prądu Iz na strumień φ powstaje moment obrotowy M= c*φ*Iz. W stanie ustalonym wirnik silnika obciążony momentem hamującym maszyny roboczej MH ma prędkość obrotową n<ns przy czym różnica ta ustala się samoczynnie. Względną różnicę prędkości obrotowej strumienia stojana φ i wirnika nazywamy poślizgiem S= (ns - n)/ns z tąd prędkość obrotowa n= ns (1-s). Siła E2=c2*φ* (ns-n)
Silnik pierścieniowy
Uzwojenie stojana w silniku asynchronicznym pierścieniowym może być łączone w gwiazdę lub trójkąt. Rozruch i regulację obrotów przeprowadza się przez włączenie dodatkowych oporów w obwód wirnika. Własności: mały prąd rozruchu, duży moment rozruchowy, prosta regulacja prędkości obrotowej. Silniki te stosowane są do napędu maszyn dużej mocy oraz maszyn wymagających dużego momentu rozruchowego.
SILNIK INDUKCYJNY-TRÓJFAZOWY:
Maszyny indukcyjne należą do maszyn asynchronicznych,ponieważ przy zmianach obciążenia stosunek prędkości wirowania wirnika do częstotliwości napięcia zasilającego jest wielkością zmienną.Pole magne.wirujące posiada stały kierunek,ale zmienny zwrot oraz ma stałą wartość liczbową.Wytworzyć je możemy przy pomocy:(magnesu trwałego, elektromagnesu, trzy prądy przemienne w uzwojeniu).Poślizg jest to różnica prędkości pola wirującego i prędkości obrotowej przyró
wnywana do prędkości pola wirującego.
BIEG JAŁOWY silnika asynchronicznego--
Stan pracy,w którym uzwojenie stojana zasilane jest napięciem znamionowym a na wał nie jest przyłożone obciążenie zewn.
ZWARCIE POMIAROWE--jest to taki stan pracy,w którym uzwojenie wirnika jest zwarte
Wirnik zachamowany a napięcie zasilające jest tak obniżone że w uzwojeniu wirnika i stojanie płyną prądy znamionwe.
ROZRUCH SILNIKA--nazywamy przejście od postoju do pracy ustalonej przy prędkości właściwej w danych warunkach zasilania i obciążenia.Duży prąd pobierany przez silnik przy rozruchy jest niepożądany nie tylko dla silnika ale i dla sieci zasilającej ,w której wywołuje znaczne nieraz spadki napięcia,co niekorzystnie wpływa na pracę pozostałych odbiorów zasilanych z tej sieci.Włączenie rezystancji w obwód wirnika wpływa na zmniejszenie prądu rozruchowego przy równoczesnym wzroście momentu rozruchowego i z tego względu jest bardzo korzystne, szczególnie w przypadku rozruchu przy obciążeniu.
REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ:
Przez nastawienie prędkości kątowej rozumie się przeprowadzoną celowo zmianę prędkości wirowania przy stałej wartości momentu obciążenia.Na zmianę prędkości mają wpływ:
1)zmiana liczby par bigunów 2)zmiana częstotliwości 3)wprowadzenie rezystancji w obwód wirnika (dla pirścieniowych)
ROZRUCH silnków pierścieniowych: przeprowadza się za pomocą rozrusznika włączonego w obwód wirnika.Zmiana rezystancji wpływa na zmianę momentu i prądu przy rozruchu,wzrost rezystancji powoduje przesuwanie się maksimum momentu w kierunku rosnących poślizgów przy równoczesnym zmniejszeniu się wartości prądu rozruchoweg
SILNIKI JEDNOFAZOWE--silnikami indukcyjnymi jednofazowymi nazywa się zasilane jednofazowym napięciem silniki jednoklatkowe.Przy zasilaniu jednofazowym nie powstaje początkowy moment rozruchu.
HAMOWANIE SILNKÓW:1)hamowanie dynamiczne-prądem stałym .Regulujemy a)zmieniając prąd wzbudzenia b)zmieniając rezystancję -tylko pierścieniowe 2)hamowani
przeciwprądem-prąd przełączamy z obrotów w prawo na obroty w lewo podczas pracy (często używane jako awaryjne) 3)przez odłączenie dwuch z trzech faz,na jednej silnik hamuje.
SILNIKI WIELOKŁADKOWE- pręt klatki rozruchowej jest z gorszego materiału,jego oporność jest większa ,automatycznie po rozruchu przełącza się na pręt klatki pracy. Współczynnik przeciążenia mniejszy niż w silniku klatkowym.