Elektrické stroje

Elektrické stroje
Pojmom elektrický stroj rozumieme zariadenie, ktoré na princípe elektromagnetickej
indukcie umožnuje zmenu jednej formy energie na inú, pricom aspon jedna z nich je
elektrická. Napr.: Transformátor mení urcité vlastnosti elektrickej energie ( výška
napätia, prúd ) na iné.
Základnou crtou každého elektrického stroja podla tejto definície je, že obsahuje tri
prvky, a to : primárny elektrický okruh, magnetický obvod a sekundárny elektrický
okruh., pricom elektrické okruhy sú vzájomne viazané prostredníctvom magnetického
pola.
Elektrické stroje možno delit podla viacerých hladísk.
Z hladiska prúdovej sústavy ich delíme na :
- jednosmerné
- striedavé
Pricom striedavé môžu byt :
- jednofázové
- trojfázové
- viacfázové
Z hladiska tocenia ich delíme na :
- tocivé
- netocivé ( transformátory)
Podla smeru toku a druhu energie ich delíme na :
- motory
- generátory (alternátory a dynamá)
- menice
Podla výšky napätia :
- malé ( do 50 V)
- nízke ( od 50 V do 300 V)
- vysoké ( od 300 V do 38 000 V)
- velmi vysoké ( nad 38 000 V )
Podla výkonu delíme :
- drobné ( do 0,5 kW )
- malé ( od 0,5 do 15 kW )
- stredné ( od 15 do 100 kW )
- velké ( vyše 100 kW )
Podla 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 co najdokonalejšia, cievky sú navinuté na uzavreté jadro z
feromagnetického materiálu. Ak pripojíme casovo premenlivé napätie u1 na primárnu
cievku s N1 závitmi, napätie v nej vyvolá casovo premenlivý prúd i1, ktorý vytvorí v
magnetickom obvode casovo premenlivý magnetický tok 1. Jeho indukcné
ciary 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.:
spotrebicom ), netecie nou prúd, len na jej svorkách je napätie u2. Ak pripojíme
spotrebic ( impedanciu Z ), potecie sekundárnou cievkou prúd i2, ktorý vytvorí
magnetický tok 2 ( reakcný ).
Obidva toky sa scítajú 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 pola prenáša na primárnu stranu a odtial na zdroj energie ( siet ).
Prvotný význam transformátora spocíva práve v premiestnovaní vstupných parametrov
elektrickej energie ( napr.: vysoké napätie ) na iné parametre energie odberanej na
výstupe ( napr.: nízke napätie ), pricom táto zmena prebieha pri konštantnej
frekvencií.
Medzi napätiami indukovanými v cievke VN a v cievke NN platí vztah :
Ui1 / Ui2 = 4,44.f.N1.m / 4,44.f.N2.m = N1 / N2 =
p
Pomer indukovaných napätí v cievkach sa rovná pomeru poctu závitov cievok.
Nazývame ho prevodom.
p = U1 / U20 I1 / I2 = U2 / U1 = 1 / p
Transformátor sa skladá z týchto hlavných konštrukcných castí :
- magnetický obvod
- dva elektrické obvody
- tepelný ( chladiaci ) obvod
Transformátory rozdelujeme podla,
poctu fáz :
- jednofázové
- trojfázové
- viacfázové
Podla tvaru magnetického obvodu :
- jadrové
- pláštové
Hlavným konštrukcným materiálom na pre magnetické obvody sú transformátorové
plechy
( 0,5 mm pre f 50 Hz ). Vinutie sa zhotovuje podla tvaru ako : valcové a kotúcové.
Podla úcelu rozdelujeme transformátory :
a) na prenos a rozvod elektrickej energie vo velkom
b) laboratórne
c) izolacné
d) spúštacie
e) zváracie
f) rozmrazovacie
g) pecové
h) meracie
i) na transformáciu poctu fáz
j) na špeciálne úcely
Náhradná schéma transformátora:
R1-odpor vstupnej strany, X1r – rozptylová reaktancia vstupu (úcinok magnetického
toku),
R2 – odpor výstupu, X2r – rozptylová reaktancia výstupu, Rž – odpor železa straty v
železe, X1h – hlavná reaktancia predstavujúca spolocný 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 znicenie.
U1 = I1k (R1 + jX1r) + Ui
I1k + I2k = Im + Iž = Ib
3.) Pre zatažený 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 viazat aj magnetické obvody.
Najprv kreslíme fázorový diagram pre stranu VN, potom pre stranu NN. Uhol ktorý
zvierajú rovnako oznacené 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 vzhladom na zapojenie :
1. Yy sa používa – pri súmernej zátaži, v závode ktorý má pohony na s trojfázovými
motormi
2. Yz sa používa – ako distribucné do stredných výkonov, pri nesúmernej zátaži,
mestské osvetlenie
3. Dy sa používa - ako distribucné pre velké výkony
4. Yy sa používa – na velké výkony a prenos energie sietou vysokého napätia, na
výstupe z elektrárne.
PARALELNÁ SPOLUPRÁCA TRANSFORMÁTOROV
Ked treba prenášat väcší výkon ako je výkon jedného transformátora, spájame viac
transformátorov paralelne. Spolu spojíme primárne strany transformátorov a
napájame ich zo spolocného zdroja. Sekundárne strany spojíme a zatažujeme ich
spolocným spotrebicom. Schéma dvoch transformátorov zapojených paralelne :
I, Zk, = I,, Zk,,
I, / I,, = Un In / Un I,, = S, / S,, = Zk,, / Zk,
Spolocne môžu pracovat len transformátory vyhovujúce niektorým podmienkam :
1.) Rovnaké menovité vstupné a výstupné napätia
2.) Rovnaké hodinové uhly
3.) Rovnaké napätia nakrátko
Dalšou ekonomickou podmienkou je, aby výkony paralelne pracujúcich transformátorov
boli približne rovnaké.