Pig Can

Wind Farm

Christma

s Tree

Solar

System

Bobtail

Scrubber Doghouse Deadman

Cat Cracker Face

Coke

Wildcat

Trip

Horse Head

Tank Farm

Wheelin

g

Wellhead

Cage

City Gate

Roughn

eck

Royalty

Digester

Yellow Cake

ELEKTROENERGETIKA

Saranovac Gordana

2

I

ELEKTRINE MREE I POSTROJENJA

1. Energija i njeni oblici

Energija koja se nalazi u prirodi se naziva primarna energija. Ona ima dva oblika: konvencionalni i nekonvencionalni oblik. Konvencionalni oblik energije obuhvata sledee energetske sirovine: drvo, ugalj, naftu, gas, vodenu energiju, geotermiku energiju i nuklearnu ostvarenu fisijom. Nekonvencionalni oblik energije ima sledee energetske oblike: vetar, plimu i oseku, morske talase, geotermiku u unutranjosti zemlje, Sunevu energiju, toplotnu energiju mora, nuklearnu energiju ostvarenu fuzijom. Primarni oblici energije mogu biti obnovljivi i neobnovljivi. Obnovljivi su Suneva energija, vodena, energija vetra, plime i oseke, talasa, biljnog porekla...Neobnovljivi su ugalj, nafta, gas, nuklearna i geotermika energija.

Primarni oblici energije se uglavnom ne mogu neposredno koristiti, ve se transformiu u korisne oblike. Korisni oblici energije javljaju se u vie vidova: suneva energija, drvo i fosilna goriva daju hemijsku energiju, uran i druge nuklearne sirovine daju nuklearnu energiju, reke i plima i oseka potencijalnu energiju, vetar i talasi kinetiku energiju, a topli izvori na povrini daju toplotnu energiju. Svaki od navedenih korisnih oblika dobija se transformacijom primarne energije, a kao posrednik javlja se elektrina energija koja spada u sekundarnu energiju.

2. Uloga transformatorskih i razvodnih postrojenja u prenosu elektrine energije

Elektrina energija se dobija u elektranama. Generator koga pokree neka turbina

proizvodi EE. U blizini generatora se pravi trafostanica ija je uloga da napon transformie u vii, koji se dalje preko dalekovoda prenosi na vea rastojanja. U trafostanici se nalazi i oprema koja omoguuje iskljuenje pojedinih delova mree. Kod potroaa se u trafostanici visoki napon sniava na eljenu vrednost.

EMA JEDNOG RAZVODNOG POSTROJENJA

G1

YNd

T1 p

YNd

T4G4

T4G4

YNynT5

YNd

T7

YNynT6

YNd

T2G2

YNd

T3

Yd

T3

G3

G3

V1 V2

V3 V5 V11

V10

V8

V9

V6

V7

V4

S1

S4

S5

S10

S9

S11

S12

S6S2

S3

S7 YNd

T8

S8

3

3. Proizvodnja elektrine energije.Elektrane Elektrina energija se priozvodi u elektranama. Prema vrsti goriva one se dele na :

1. termoelektrane, koriste hemijsku energiju organsdkih goriva 2. hidroelektrane, koriste energiju vode 3. nuklearne elektrane, koriste nuklearno gorivo

Pored ovih postoje i elektrane koje koriste energiju vetra, sunca, tople vode, plime i oseke..... a) TERMOELEKTRANE

ugalj hemijska toplotna mehanika elektrina elektrina

kotao turbina generator transformator Na slici je prikazana tehnoloka ema proizvodnje elektrine energije iz uglja.

Obavljaju se etiri transformacije energije. Prva je u parnom kotlu, gde se hemijska transformie u toplotnu energiju pregrejane vodene pare. Druga u parnoj turbini, gde se toplotna energija vodene pare transformie u mehaniku energiju u vidu obrtanja turbine. Trea je u sinhronom generatoru u kome se mehanika energija pretvara u elektrinu. etvrta se obavlja u transformatoru, da bi se uinila pogodnijom za prenos.

Kotao, turbina, generator, transformator i pratea postrojenja predstavljaju termoenergetski blok. Termoelektranu ini vie blokova. Svaki blok je autonoman.

Gorivo sagoreva u parnom kotlu, pa prolazei kroz parni generator dovedena voda se pretvara u paru, koja se zatim pregreva. Pod visokim pritiskom se ova para dovodi u

parnu turbinu. U sprovodnim kanalima turbine para ekspandira i stvara se kinetika energija struje oare. Struja pare velikom brzinom udara u radne lopatica rotora turbine i on se okree. Osovine rotora turbine i elektrogeneratora su mehaniki spojene, tako da se pomou ove sprege na krajevima generatora dobija

elektrina energija. Da bi se potencijalna energija pare to vie iskoristila ekspandiranje pare u turbini treba da omogui to manji pritisak i temperaturu. U kondenzatoru se para iz turbine pretvara u kondenzat, a kako se obim parer smanjuje desetak hiljada puta, u kondenzatoru se obrazuje veliki vakuum.. Kondenzat se pomou pumpe usmerava u parni generator radi ponovnog isparavanja. U savrremenim termoelektranama, u elektrinu energiju se pretvara oko 40% utroenog goriva.

4

b) HIDROELEKTRANE voda elektrina hemijska toplotna mehanika elektrina

5

turbina generator transformator Osnova rada hidroelektranaje promena potencijalne energije vode. Prema vrsti

rezerve vode HE mogu biti akumulacione i protone. Prema padu vode mogu biti sa niskim pritiskom(do 15m), sa srednjim pritiskom (15do 50m) i visokim pritiskom (pad preko 50m).Prema nainu gde su smetene turbine i generatori mogu biti pribranske i derivacione. Prema vrsti turbina mogu biti sa Peltonovim, Francisovim, Kaplanovim ili propelerne turbine.

Akumulacione hidroelektrane (Trebinje) se grade tamo gde je mogue lako i jeftino izgraditi akumulaciono jezero. Ove elektrane malo zavise od atmosferskih usova. Protone HE (erdap) koriste prirodni protok vode koji zavisi od koliine padavina. Pre izgradnje potrebno je imati podatak o padavinama za prethodnih 20 godina.

Upotrebljena voda se po izlasku iz turbine moe vraati cevima nazad u vetaku akumulaciju. Kada u renom koritu nema dovoljno vode istim cevovodom se ta voda moe vraati do turbina. To je reverzibilna elektrana (Bajina Bata).

Da bi se iz potencijalne energije vode dobila elektrina potrebno je izvriti tri transformacije energije. Prva se obavlja u hidraulinoj turbini, gde se potencijalna energija vode transformie u mehaniku energiju na vratilu turbine. Druga je u sinhronom generatoru gde se mehanika transformie u elektrinu. Trea je u transformatoru, podie se napon radi prenosa na daljinu.

Brana slui da skrene vodu sa njenog toka i povisi nivo na odgovarajuu vrednost. Zahvat vode odvodi vodu iz jezera do turbine. Dovod vode spaja zahvat sa vodostanom i moe biti kanal ili tunel. Vodostan je rezervoar na kraju tunela koji treba da ogranii porast pritiska nastao naglim zatvaranjem turbine. Brzina

vode u cevovodu je 4 do 10 m/s. Hidrauline turbine energiju toka vode pretvaraju u okretanje rotora. Mlaz vode deluje na lopatice u pravcu tangente. Stvara se obrtni moment pod ijim dejstvom rotor poinje da se okree.

Posebnu vrstu ine HE na plimu i oseku. Prva je izgraena u Francuskoj snage 340MW, amplituda plime dostie 11m. U V. Britaniji se gradi jedna snage 800MW, amplituda plime je 13,8m.

c) NUKLEARNE ELEKTRANE Razlkuju se od termoelektrana po tome to umesto kotla imaju reaktor. Raspadanjem

jezgara fisionih materijala u reaktoru se stvara toplota koja se na poseban nain odvodi iz reaktora. Glavni delovi reaktora su: telo reaktora, reflektor, sistem za hlaenje, sistem za regulaciju i sistem zatite. U telu reaktora jezgro atoma nuklearnog goriva se cepa. Ako je fisiono gorivo pomeano sa nekim usporivaem (moderatorom) takav reaktor se naziva spori ili termalni. Ako nema usporivaa onda je to brzi reaktor. Kao moderator se najee koristi grafit, teka voda ili obina voda. Iz reaktora se toplota odvodi pomou vode, gasa (CO2) ili istopljenog metala (Na, legure Na i Sn). Odravanjem granine struje neutrona odrava se lanana reakcija. Pomou ipki od kadmijuma regulie se struja neutrona.

Jednostavan koncept nuklearnog reaktora

zatitna zgrada - kontejnment

reaktorska posuda

Rasprostranjeniji tip nuklearnog reaktora 6

d) ELEKTRANE KOJE KORISTE ENERGIJU VETRA Vetar nastaje zbog nejednakog zagrevanja atmosphere, nepravilnosti zemljine

povrine i rotacije Zemlje. Izraz energija vetra opisuje proces kojim se vetar koristi za proizvodnju mehanike snage ili elektriciteta. Turbina na vetar radi suprotno od fena: vetar pokree lopatice, koje okreu osovinu povezana sa generatorom i proizvodi se elektrina energija.

e) ELEKTRANE KOJE KORISTE SOLARNU ENERGIJU

Centralni toranj elektrane prima sunevu svetlost.Koriste

se ravna pokretljiva ogledala da fokusiraju suneve zrake na kolektor. Tu se suneva energija prenosi na supstancu koja moe da sauva toplotu za kasniju upotrebu. Najee se koristi teni natrjum(ima veliki topotni kapacitet). Ova energija se koristi za zagrevanje vodekoja se dalje koristi u parnim turbinama. Ove elektrane imaju snagu 10 15 MW. Na primar solarna elektrana u Junoj Africi ima 5000 ogledala, svako povrine 140 m2.

f) ELEKTRANE KOJE KORISTE ENERGIJU TALASA Veliki talasi imaju veliku snagu. Snaga talasa je

odreena visinom talasa, brzinom talasa, duinom talasa i koliinom vode. Dakle talasi imaju i kinetiku i potencijalnu energiju koja se u ovim elektranama pretvara u elektrinu.

7

g) ELEKTRANE KOJE KORISTE GEOTERMALNU ENERGIJU

8

Postoje 3 tipa elektrana u zaisnosti od temperature, dubine i kvaliteta vode i pare u okolini. U svim sluajevima kondenzovana para i geotermalni fluid se vraaju nazad u zemlju da pokupe to vie toplote.

Najstariji tip elektrana je koristio vruu paru (iznad 235 stepeni) za direktno pokretanje turbine. Drugi tip koristi vruu vodu (iznad 182 stepena) iz geotermalnih rezervoara. Kako se voda pumpa iz

rezervoara u elektranu promena pritiska dovodi do isparavanja vode i para pokree turbine. Trei tip koristi hladniji fluid u odnosu na prethodne sluajeve. Naime fluid iz geotermalnog rezervoara prolazi kroz izmenjiva toplote pa kroz separacionu cev koja sadri fluid nie take kljuanja ( izo-butan). Ovaj fluid pokree turbine.

h) ELEKTRANE KOJE KORISTE ENERGIJU TALASA Plima i oseka su posledica gravitacione sile Zemlje, Meseca i Sunca. Zato energija

plime i oseke spada u obnovljive izvore energije. Postoje dva tipa ovih elektrana: prve koriste podizanje i sputanje nivoa vode (potencijalna energija) a druge kretanje vode pri promeni nivoa (kinetika energija).

EMATSKI DIJAGRAM ELEKTRANE

KONDENZATOR

9

KOTAO

JEDNOSTAVNA EMA TERMOELEKTRANE

1. Cooling tower 10. Steam control valve 19. Superheater2. Cooling water pump 11. High pressure steam turbine 20. Forced draught (draft) fan3. Three-phase transmission line 12. Deaerator 21. Reheater 4. Step-up Transformer 13. Feedwater heater 22. Combustion air intake 5. Electrical generator 14. Coal conveyor 23. Economiser6. Low pressure steam turbine 15. Coal hopper 24. Air preheater7. Boiler feedwater pump 16. Coal pulverizer 25. Precipitator8. Surface condenser 17. Boiler steam drum 26. Induced draught (draft) fan9. Intermediate pressure steam turbine 18. Bottom ash hopper 27. Flue gas stack

10

11

3. Razvodna postrojenja

Elektroenergetski sistem se sastoji iz vie elektrana i trafostanica. Elementi razvodnih postrojenja su: a) SABIRNICE. Povezuju dovodne vodove sa odvodnim vodovima. Izrauju se od

golih (neizolovanih) bakarnih ili aluminijumskih provodnika. Popreni presek provodnika zavisi od struje u normalnom pogonu, porastu temperature za vreme kratkog spoja, mehanikog naprezanja.

b) IZOLATORI. 1) potporni. Oni nose sabirnice, preuzimaju na sebe

mehanike sile i izoluju sabirnicu od uzemljenih delova. Mogu biti porculanski ili od vetake smole.

2) provodni. Izoluju sabirnice od zidova i metalnih delova. Upotrebljavaju se pri prolasku sabirnice iz jedne u drugu prostoriju.

c) RASTAVLJAI. To je mehaniki rasklopni aparat koji slui da vidno odvoji deo

postrojenja koji je pod naponom od dela koji nije.On provodi struje u normalnim uslovima rada kao i struje kratkog spoja, ali se sa njim ne sme manipulisati ako je prekida u zatvorenom poloaju. Mogu biti jednopolni i tropolni. Pokreu se runo, pneumatski ili motorno.

d) PREKIDAI. To su aparati koji ukljuuju i iskljuuju strujno kolo kroz koje

protie bilo koja vrednost struje ukljuujui i struju kratkog spoja. Moraju da izdre sva termika i dinamika naprezanja koja se pri tome pojavljuju. Brzo reaguju 40 do 60 ms. Otvaranjem kontakata prekidaa pojavljuje se luk, struja protie i dalje. Luk se gasi u delu prekidaa koji se naziva komora za gaenje luka. Postoje uljni, malouljni, pneumatski, vakuumski.....prekidai.

e) RASTAVLJA SNAGE. To je rasklopni aparat koji u odreenim pogonskim

uslovima ukljuuje, provodi i prekida nominalne struje.

f) OSIGURAI. Koriste se za prekidanje struje. Sastoje se od porculanske cevi

u kojoj se nalazi jedan ili vie srebrnih provodnika. Cev je ispunjena kvarcnim peskom.

g) MERNI TRANSFORMATORI. Da bi se visoki naponi i struje mogli meriti

koriste se merni transformatori. Naponski merni transformatori slue da visoki napon transformiu u napon koji mogu podneti ureaji za merenje i

zatitu. Strujni merni transformator transformie struju velike jaine u male vrednosti (1ili 5 A).

h) PRIGUNICE. To su induktivni namotaji bez gvoa koji se vezuju na red sa

potroaem i slue da ogranie struju kratkog spoja.

i) KABLOVI. Kada je u postrojenjima visokog napona nemogue montirati gole vodove, primenjuju se kablovi za spoj meu delovima postrojenja, za vezu generatora i transformatora.... Dele se prema naponu (za visoki ili niski napon), vrsti struje(naizmenina i jednosmerna), broju ila (jedno, dvo i troilni), materijalu (aluminijum, bakar), vrsti izolacije (papirna, gumena, uljna...)

j) ODVODNICI PRENAPONA. Zbog raznih prelaznih pojava u mrei pojavljuju

se naponi koji su dosta vii od nominalnih i nazivaju se prenaponi. Takoe javljaju se i atmosferski prenaponi. Da bi se onemoguili koristi se odvodnik prenapona.

12

13

4. Elektrine mree

Prenos elektrine energije od elektrane do potroaa obavlja se mreama visokog napona razliitih naponskih nivoa. Visina napona zavisi od snage i daljine. Standardni naponi su 110, 220, 380 i 400kV. Postoji vie sistema za raspodelu elektrine energije kao na primer radijalni (otvoreni) , prstenasti (zatvoreni) i kombinacija ova dva. Prednost radijalnog su jednostavnost i manje investicije a nedostatak povean pad napona kod potroaa. Ako doe do kvara u jednoj grani svi potroai te grane ostaju bez napona napajanja.. Zatvoreni sistem je skuplji ali sigurniji.

1. POPRAVKA FAKTORA SNAGE

Potronja elektrine energije se moe podeliti na dva dela, aktivnu energiju I reaktivnu energiju. Prva se direktno pretvara u mehaniku energiju, a druga slui za stvaranje naizmeninog magnetnog polja. Njima odgovaraju aktivna I reaktivna struja, koje su fazno pomerene za 90 stepeni. Poznati su izrazi: I2=Ia2+Ir2 S2=P2+Q2

cos =P/S Vidi se da e u sluaju manjeg faktora snage biti potrebna vea prividna snaga, vea

struja i poveanje preseka sabirnica. Zato je opti interes da ugao fi bude to manji, tj kosinus fi da tei jedinici. Popravka faktora snage se vri pomou sinhronih kompenzatora i kondenzatora.

2. UREAJI ZA UPRAVLJANJE POTRONJOM Mrena tonfrekventna komanda (MTK) ima zadatak da upravlja tarifama, javnim osvetljenjem, mrenim optereenjem..... Sastoji se od centralne emisione automatike, emisionog postrojenja (proizvodi tonsku frekvenciju u superponira je u mreu) i prijemnika MTK. 3. ZATITA

Maksimalna struja koja moe prolaziti kroz oveije telo je bez opasnosti po ivot je 50mA. Naponi do 65 V su bezopasni za oveka (1300 je otpor oveijeg tela, ali se menja sa naponom). Sve preko toga je opasno. Zbog toga svi delovi koji se nalaze pod naponom moraju biti zatieni. Zatita od atmosferskog pranjenja. Podrazumeva se gromobranska zatita. Struja udara groma moe biti nekoliko desetina kA pa i stitina kA. Ova struja se vrlo brzo uspostavi i vrlo brzo opadne, otprilike za stotinak mikrosekundi. Udar groma u vodove i postrojenja prouzrokuje visoke potencijale i oni se prazne prema zemlji. Uzemljenje za zatitu od udara groma treba da je takvo da pri udaru grome u stub ili zatitno ue ne doe

do preskoka na provodnike. Na dalekovodima postoji zemljovodno ue, ono se dovdi do postrojenja i tu se spaja sa zatitnim uzemljenjem postrojenja. Uzemljenja se mogu podeliti u dve grupe: jedna titi postrojenja (pogonsko) a druga ljudske ivote (zatitno, gromobransko). Pogonsko uzemljenje povezuje sa zemljom delove elektrinih aparata kako bi se onemoguila pojava prenapona. Zatitno uzemljenje onemoguava stvaranje napona koraka i dodira. Napon dodira je napon koji nastaje izmeu tla i dela postrojenja koje je u kvaru. Dozvoljeni napon dodira u mreama niskog napona je 65V a kod visokonaponskih 125V. Napon koraka je napon koji ovek moe da premosti duinom svog koraka, a ostvaruje se u raskoraku kada je tlo na nekom potencijalu.

Zatita mrea sastoji se u spreavanju dejstva veih strujnih optereenja. Ako optereenja nisu mnogo velika koriste se osigurai, a za vea prekostrujna relejna zatita. Selektivno iskljuivanje delova voda moe se postii nezavisnim maksimalnovremenskim relejima koji imaju strujno i vremensko podeavanje. Vod se takoe titi i od zemljospoja i

prenapona.

14

15

II

ELEKTRINE INSTALACIJE

1. Vrste i uloga elektrine instalacije

Kuni prikljuak je skup vodova koji povezuju elektroenergetske instalacije u zgradi sa niskonaponskom mreom. Sastoji se od spoljanjeg i unutranjeg prikljuka. Spoljni kuni prikljuak moe biti nadzemni i podzemni. Vod kunog prikljuka se titi pomou osiguraa postavljenih na niskonaponskoj mrei (stubu) i u zgradi. Unutranji prikljuak povezuje spoljanji kuni prikljuak sa instalacijom zgrade, a zavrava se pred elektrinim brojilom. Razvodne table su ploe snabdevene opremom za razdvajanje strujnih krugova.

Prvo se napravi projekat. Projektni zadatak sadri podatke o nameni objekta i zahtevima investitora. Plan instalacije se unosi u plan graevinske osnove crtanjem oznaka za provodnike, razvodnu tablu, prijemnike i zatitu. Zatim se vri proraun korienjem tablica. Zatim se vri specifikacija materijala, predmer i predraun.

2. Elektrini izvori svetlosti Postoje prirodni i vetaki izvori svetlosti. Vetaki izvori svetlosti se dele na:

a) termiki izvori, svoj rad uslovljavaju povienjem temperature ili sagorevanjem. Tu spadaju sijalice sa usijanim vlaknom, svee, gasne lampe.

b) jonizujui izvori, rade na principu elektrinog pranjenja kroz pare i gasove

c) fluorescentni izvori koriste osobinu nekih materijala da obasjane UV zracima transformiu ove zrake u zrake vee talasne duine na koje reaguje ljudsko oko

Elektrinu sijalicu sa uarenim vlaknom pronaao je Tomas Edison 1879. Princip

rada ove sijalice je sledei. Ako se kroz vlakno odreenog otpora propusti struja, provodnik e se zagrevati i kada dostigne temperaturu 500 stepeni poee da svetli. Zagrejan do temperature 1500 svetli utom a do 2500 belom svetlou. Prva sijalica je bila sa ugljenim vlaknom a danas se koristi volfram zbog visoke take topljenja. Sijalice sa usijanim vlaknom se dele na sijalice sa vakuumom (5 do 60 W), punjene gasom (25 do 2000W) najee meavina argona i azota i specijalne sijalice. Specijalne sijalice su:

a) reflektor sijalica, klasina sijalica iji je balon sa unutranje strane obloen aluminijumom

b) infracrvene sijalice, vlakno je tako dimenzionisano da se zagreva do temperature na kojoj zrae infracrveni zraci

c) projekcione sijalice, punjene azotom, ostvaruju veliki bljesak d) halogene sijalice, ispunjena jodom ili bromom, ime se smanjuje isparavanje

volframa. Ima oblik cevi od kvarcnog stakla du koje je razapeto spiralno volframovo vlakno. Temperatura va povrini kvarcne cevi je 600 do 700 stepeni i zato se smeta u specijalni stakleni balon

Za vezu izmau sijalice i mree koriste se dva sistema podnoja i grla. Edisonov E10, E14, E27, E40 i Svanov B15 i B22 (nisu osetljivi ba udare pa se koriste za baterije, brodove, tramvaje....)

Sijalice ispunjene metalnim parama rade na principu elektroluminiscencije, prilikom prolaska elektriciteta kroz pare i gasove javlja se svetlost. Osnovni element ovih sijalica je staklena cev ispunjena osnovnim (neon ili argon) i karakteristinim (iva i natrijum) punjenjem. Ova cev je smetena u stakleni balon iz koga je izvuen vazduh. Kada se prikljui na izvor naizmenine struje dolazi do jonizacije i pranjenja kroz gasove. Usled pranjenja se razvija toplota i kapi ive ili natrijuma isparavaju, i pranjenje struje kroz osnovno punjenje i nastavlja se kroz paru. Radni napon je nii od napona paljenja

Fluorescentne sijalice. Ima oblik dugake staklene cevi ispunjene argonom i malom koliinom ive, na ijim krajevima su dve elektrode, a sa unutranje strane je prevuena tankim slojem fluorescentnog praha. Kada se elektrode prikljue na naizmenini napon poinje zagrevanje i emisija elektrona, argon se jonizuje, iva isparava, a elektroni poinju da se sudaraju sa atomima ive, pri emu izbijaju elektron iz omotaa ive. Pri tome se emituju UV talasi, pod ijim dejstvom fluorescentni prah poinje da svetli. Fluorescentna cev se ne moe direktno prikljuiti na mreu, jer je napon paljenja vei od napona mree, pa se zato koristi starter.

16

III

ELEKTRINE MAINE

1. Transformatori

a) Princip rada

Transformator je statiki elektromagnetni ureaj koji elektrinu energiju date uestanosti i jednog napona pretvara u elektrinu energiju iste uestanosti drugog napona. Rad TS se zasniva na principu elektromagnetne indukcije. TS se sastoji od jezgra na kome su postavljena 2 navoja: primar i sekundar. Primar se prikljuuje na mreu, a na krajeve sekundara se prikljuuju prijemnici. Posmatra se TS u praznom hodu.Na krajeve primara je prikljuen naizmenini sinusoidalan napon U. Kroz navojke protie struja Jo. Ona takoe ima sinusoidalan oblik. Pod uticajem ove struje u magnetnom kolu javlja se naizmenian magnetni fluks 0. Prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije

17

te

=ovaj promenljivi fluks indukuje u navojima sekundara ems E= Uo. Ako se na krajeve sekundara prikljui prijemnik, strujno kolo se zatvori i kroz navoj sekundara protekne struja J0. Zbog gubitaka napon na krajevima sekundara je manji nego u PH i iznosu U. Zbog proticanja struje J kroz sekundar nastaje fluks . Pod uticajem ovog fluksa kroz navoj primara proteie struja J1 . Ukupna struja koja sada protie kroz primar jednaka je vektorskom zbiru struje praznog hoda I struje ssekundara svedene na primar. Ukupna struja primara J stvara ukupni fluks primara . Ukupni fluks koji se zatvara kroz kolo jednak je vektorskom zbiru flukseva primara i sekundara

Vrednost fluksa priblino je stalna od PH do nominalnog optereenja.

18

19

b) prenosni odnos m

TS su uredjaji koji rade sa velikim stepenom korisnog dejstva, pa vai: P~P UIcos=UIcos

UI=UI U/U=I/I=m m se naziva odnos preobraaja.

c) ems po navojku i navoju

Eeff=4.44 f Bm Sfe E=N Eeff E=N Eeff m=N/N

ZADACI IZ TS-EMS po navojku i navoju 1. Transformatorsko jezgro ima kvadratni presek stranice 2 cm. Primarni navoj je projektovan za 230V a sekundar za 110V. Ako je maksimalna vrednost gustine fluksa na preseku 1T i frekvencija 50Hz, izraunati broj navojaka primara i sekundara.

N=2590 N=1239 2. Kod jednof. TS poveao se procep (meugvoe) na sastavima izmeu jezgra i jarma. Usled toga se magnetni otpor u kolu poveao. Kako se u tom sluaju menja fluks ako su prikljueni napon i struja konstantni? konstantan je 3. Broj navojaka jednof. TS je N=400, N=1000.Povrina preseka jezgra je 0.0005 m2. Ako je primar prikljuen na napon od 500V i 50Hz izraunati maksimalnu indukciju i U"o Bm=1.125T Uo=1250V

d) Gubici u gvou. Ogled praznog hoda

Prazan hod je granini reim rada kada je sekundar otvoren. Kako su magnetni fluksa i indukcija const., to znai da e gubici u Fe biti konstantni pri bilo kom optereenju od PH do nominalnog optereenja.

Gubici u Fe se sastoje od gubitaka usled histerezisa i vihornih struja: Pfe= Ph + Pvs Ogled praznog hoda se izvodi pri nominalnom naponu i nominalnoj uestanosti. Meri se struja primara. Kod malih transformatora ona iznosi 2-10% nominalne primarne struje, dok kod velikih moe biti i do 40%. U kolo je ukljuen vatmetar koji e izmeriti gubitke: u Fe i Dulove gubitke u primaru. Gubici snage u Fe e se izraunati kada od ukupnih gubitaka izmerenih na vatmetru oduzmemo Dulove gubitke koje struja PH Jo' stvara u q faznih navoja primara. U transformatoru su ovi gubici mali pa se mogu zanemariti.

e) Gubici u bakru. Ogled kratkog spoja

Kratak spoj je takav reim rada pri kome je sekundarni navoj kratko spojen- U''=0. Ogled KS se vri pri snienom naponu, jer bi u suprotnom kroz primar i sekundar tekle velike struje (10-30 puta vee od nominalnih). Gubici koje e izmeriti vatmetar bie jednaki zbiru gubitaka u bakru primara i sekundara i gubitaka u Fe. Kako se ogled vri pri snienom naponu gubici u Fe se mogu zanemariti, pa su ukupni gubici:

Pcu = P'cu +P"cu

20

21

f) Stepen iskorienja

Stepen iskorienja snage podrazumeva odnos sekundarne korisne snage i utroene primarne snage: =P/P Utroena primarna snaga jednaka je zbiru korisne snage i snage gubitaka: P'= P" + Pfe + P cu , pa je

=1-(Pfe+Pcu)/(P+Pfe+Pcu) Gubici u Fe su const. i na grafiku su predstavljeni linijom paralelnom sa apscisom. Gubici u Cu se menjaju sa optereenjem, tj sa kvadratom struje, pa su zato predstavljeni parabolom. Za proizvoljno optereenje oni iznose: Pcu=2 Pcunomgde je sainilac optereenja TS Pri ma kojoj veliini i karakteru optereenja njegova korisna snaga se moe izraunati prema: P= Sn cos Karakteristika stepena iskorienja je kriva koja pokazuje kako se menja stepen iskorienja TS u zavisnosti od sainioca optereenja pri konstantnom sainiocu snage. Stepen iskorienja je najvei pri onom sainiocu optereenja pri kome su gubici u Fe jednaki gubicima u bakru. ZADACI 4.Gubici u gvou TS pri uestanosti 50 Hz iznose 100W. Pri frekvenciji 100 Hz iznose 250 W. Odrediti gubitke Ph i Pvs pri f=50Hz.

Pfe1=Ph+Pvs= Af + Bff=A 50 + B2500=100 Pfe2=Ph+Pvs=A100 + B 10000=250 Ph=75W, Pvs=25W

5. TS snage Sn=250kVA ima Pfe=500W i Pcun=2000W. Nai stepen korisnog dejstva za optereenje =0,25 i cos=0,8 6. TS snage Sn=50kVA ima Pfe=350W i Pcun=630W. Nai stepen korisnog dejstva za: puno optereenje, cos=0,6 =0,75 i cos=1 puno optereenje, cos=1 =0,75 i cos=0,6 7. Prividna snaga TS iznosi Sn=40kVA. Gubici u fe su 300W, a u Cu 800W. Koliko je optereenje pri kome je stepen korisnog dejstva najvei i koliki je maksimalni stepen korisnog dejstva. =0.61

g) Promena napona pri optereenju transformatora Algebarska razlika izmeu sekundarnog napona pri praznom hodu U"o i nominalnom optereenju U'' pri datom cos predstavlja promenu napona: U=U"o - U" Relativna promena napona u je odnos promene napona i napona u praznom hodu: u=U/Uo

h) Spoljna karakteristika transformatora

Kriva koja pokazuje kako se menja napon na krajevima sekundara transformatora U" u zavisnosti od optereenja J" naziva se spoljnja karakteristika transformatora.

i) Dijagrami sprezanja trofaznih transformatora Navoji primara i sekundara trofaznih transformatora mogu biti spregnuti u zvezdu Y-sprega, trougao-D, ili slomljenu zvezdu-Z. Ulazi u navoje se obeleavaju sa X,Y,Z, (x,y,z za sekundar), a izlazi su A,B, C, ( a,b,c za sekundar). Oznaku sprege ine slova koja oznaavaju sprege navoja i broj izmeu 0 i 11. Ovaj broj pomnoen sa 30 stepeni pokazuje za koliko stepeni zaostaje napon sekundara za primarnim naponom.

j) Paralelni rad transformatora Paralelni rad podrazumeva da su primari transformatora vezani na zajednike, primarne sabirnice, a sekundari na sekundarne sabirnice. Transformatori ispravno rade

22

paralelno, ako pri PH ne tee struja izmeu njih, a pri optereenju dele dato optereenje srazmerno svojim nominalnim snagama. Da bi transformatori mogli da rade paralelno moraju biti ispunjeni sledei uslovi: 1. U"o moraju biti jednaki ( m1=m2=... ) 2. moraju biti iz iste sprene skupine 3. moraju imati priblino iste napone kratkog spoja.

k) Autotransformator

Na jezgru ovih transfirmatora nalazi se samo jedan navoj, primar sa brojem navojaka N'. Jedan deo ovog navoja sa N navojaka predstavlja sekundar. Izraz za odnos transformacije vai, m= N'/N"= U'/U". Poto je sekundarna struja uvek razliita od primarne po smeru, u zajednikom delu navoja tee razlika ovih struja J''-J'. Presek provodnika je u ovom delu mali pa su mali i gubici. To znai da sa istim magnetnim kolom AT ima veu snagu od obinog TS. Loa strana je to su primar i sekundar u elektrinoj vezi pa postoji mogunost da se visoki napon javi u sekundaru. Zbog toga se koristi u sluajevima kada se primarni i sekundarni napon mnogo ne razlikuju (za fino podeavanje napona).

23

2. Elektrino i magnetno kolo obrtnih maina Elektromehaniko pretvaranje energije je rezultat sprege izmeu elektrinog i mehanikog sistema, koja omoguuje prenos energije u jednom ili drugom smeru.

ELsistem M

G

MEHsistem

ELsistem

MEHsistem

gubici

gubici Ureaj radi kao motor ako elektrinu energiju pretvara u mehaniki rad. U obrnutom sluaju je generator. Elektromehaniko pretvaranje energije zasniva se na interakciji elektrinog i magnetnog polja. Najvanije pojave koje se koriste su: 1. Mehanika sila deluje na provodnik kroz koji protie struja, kada se on nalazi u stranom magnetnom polju. 2. Mehanika sila deluje na feromagnetni materijal teei da ga dovede u pravac magnetnog polja. 3. Mehanika sila deluje na ploe optereenog kondenzatora ili dielektrik i dovodi do promene napona ili naelektrisanja. 4. Izvesni kristali se malo deformiu kada na njih deluju el. polja u odreenim pravcima, i obrnuto. To je piezoelektrini efekat. 5. Veina feromagnetnih materijala podlee deformacijama pod delovanjem magnetnog polja.To je magnetostrikcija. Elektrina maina koristi prvu ili drugu pojavu. Svih pet pojava se koriste kod naprava koje proizvode linearna ili vibraciona kretanja. a) Tumaenje rada obrtnih maina pomou Faradejevog i Laplasovog zakona Potvrdu injenice da se u provodniku koji se kree u magnetnom polju indukuje ems i struja predstavlja Faradejev zakon el.mag.ind. Vrednost trenutne ems je data izrazom: e= - /t Iz ovog izraza se vidi da je potrebno ostvariti promenu fluksa kroz neki namot da bi se u njemu indukovala ems. Kod transformatora se to postie naizmeninom strujom, tj vremenski promenljivim nepominim fluksom. Kod obrtne maine se to postie relativnim kretanjem nepominog dela maine (statora) i obrtnog dela (rotora). Fluks je stvoren jednosmernom strujom (konst. u vremenu), ali je promenljiv u prostoru. Namot kroz koji tee pobudna struja se naziva induktor. Namot u kome se indukuje ems rotacije se naziva indukt. Ems se u namotima moe indukovati mehanikim obrtanjem magnetnog polja pored

24

nepominih namota ili mehanikim obrtanjem namota u magnetnom polju. U oba sluaja ukupni fluks se menja periodino, pa je takva i ems.

Osnovni element svakog namota je navojak. Navojak se sastoji iz 2 provodnika. Vie navojaka ine navojni deo ili sekciju. Vie sekcija povezanih tako da se ems ili struje sabiraju ine namot.

b) Vrste magnetnih polja 1. Jednosmerno polje Posmatra se maina sa cilindrinim rotorom i statorom, tj. maina sa konstantnim zazorom. U lebovima statora se nalazi dvopolni namot kroz koji tee jednosmerna struja.

F

Fv

Raspodela MPS u zazoru je stepenasta. Ako je broj lebova vei pribliava se trapeznom obliku. Priblino se moe smatrati sinusoidalnim (razlaganje na vie harmonike). Mps ima najveu vrednost u osi namota a jednaka je nuli u neutralnoj osi. Ovako nepomino i konstantno polje se naziva jednosmernim poljem. Mps se menja po zakonu F=Fv cos 25

2. Naizmenino polje. Namot sa prethodne slike se prikljui na naizmenini, sinusni napon.Sada e se mps i indukcija menjati po sinusnom zakonu u vremenu Fv= Fm cos t Odnosno u vremenu i prostoru: Fv= Fm cos t cos Promenom mps u vremenu ne naruava se njena sinusoidalna raspodela po obimu. Ovo polje je naizmenino ili pulsaciono.

F

t

Fm

3. Teslino obrtno polje Obrtno polje se moe dobiti pomou trofaznog sistema kada se na stator postave 3 namota ije su ose pomerene jedna u odnosu na drugu za 120 stepeni, i kada se prikljue na simetrian trofazni sistem. F=3/2*Fm cos(-t) Ovaj talas se naziva putujui talas.

26

4. Jednofazno polje, Leblanova teorema

Naizmenino polje se moe rastaviti na dva polja koja se obru u suprotnim smerovima, a amplituda im je upola manja. F=1/2*Fm cos(-t) +1/2*Fm cos(+t)

27

3. Asinhrone maine a) OSNOVNI ELEMENTI KONSTRUKCIJE I VRSTE ASINHRONIH MOTORA Asinhroni motor je maina koja EE pretvara u mehaniki rad. Magnetno kolo AM se sastoji od statora i rotora koji su meusobno razdvojeni meugvoem. Stator je induktor ( prikljuuje se na mreu) a rotor je indukt. Stator se pravi o obliku upljeg valjka i sastavljen je od dinamo limova debljine 0,5 mm. Limovi su izolovani lakom ili hartijom da bi se smanjili gubici usled vihornih struja a time i gubici u gvou. Na svakom limu se sa unutranje strane izbijaju prorezi, pa kada se limovi sloe obrazuju se zubci i lebovi.

otvoreni i poluotvoreni lebovi U lebove se stavljaju namoti. Meugvoe treba da bude to manje. Njegova veliina je ograniena mehanikim razlozima- ugib vratila, i za motore od 1,5 do 350 KW iznosi 0.3-1,5 mm. to je meugvoe manje, el.mag. veza statora i rotora je bolja, manja je struja magneenja i time bolji sainilac snage. Magnetno kolo rotora je sastavljeno od limova 0,5mm, meusobno izolovanih i naglavljenih na vratilo. Po spoljnjem obimu rotora se nalaze lebovi u koji se stavljaju namoti. Prema vrstama rotora AM se dele na: AM sa namotanim rotorom AM sa kratkospojenim rotorom ( sa obinim, sa dvostrukim i sa dubokim lebovima)

28

b) PRINCIP RADA ASINHRONOG MOTORA

Na slici su prikazani stator i rotor AM. Namot rotora je u KS. Namoti rotora i statora su trofazni. Ako se stator prikljui na naizmenine trofazne napone, trofazne struje e stvoriti Teslino obrtno magnetno polje iji je smer obrtanja prikazan vektorom '. Ako je maina sa jednim parom polova p=1, polje u toku jedne periode obie 1 ceo krug. Poto u jednoj sekundi ima f perioda, a u 1 min 60 s, sinhrona brzina obrtanja obrtnog polja iznosi n'=60 x f. Ako maina ima vei broj polova sinhrona brzina e biti:

N

S

B

v e,i F

n = (60 x f ) / p (ob/min) Obrtno polje obrui se du meugvoa i zatvarajui se kroz stator i rotor indukuje u njihovim provodnicima ems. Indukovana ems statora je E' = 4,44 f N' ob. Ona je u odnosu na napon kontraelekrtomotorna, dri mu ravnoteu i od njega se razlikuje samo za padove napona, omski i induktivni. Posmatrajui jedan provodnok rotora za dati smer obrtanja obrtnog polja i njegov smer kroz meugvoe, odreen je smer indukovane ems E". Poto je kolo rotora zatvoreno kroz njegove provodnike e protei struja I". Poto se provodnik sa strujom nalazi u stranom magnetnom polju B na njega e delovati el mag sila F=I" l B, iji se smer odreuje po pravilu desne ruke. Prema smeru F vidi se da ona obre rotor u smeru obrtanja obrtnog polja. Ovo se deava sa svim provodnicima po obimu rotora, a zbir svih proizvoda sile i poluprenika predstavlja obrtni momenat motora. Prema tome:KADA SE STATOR PRIKLJUI NA MREU OBRTNI MOMENAT MOTORA OBRE ROTOR U SMERU OBRTANJA OBRTNOG POLJA. Poto su stator i rotor vezani samo pomou el mag indukcije ovi motori se nazivaju i indukcioni motori.

29

Meutim rotor se ne moe obrtati sinhronom brzinom. Kada bi rotor postigao sinhronu brzinu ne bi bilo relativnog kretanja izmeu obrtnog polja i rotora, ne bi bilo ni presecanja provodnika , ni ems ni struje pa bi rotor poeo da zaostaje. Sada opet postoji presecanje......... Dakle: ROTOR NIKADA NE MOE DA STIGNE OBRTNO POLJE STATORA.

30

Kada rotor nije optereen on treba da savlada samo sopstveni koni moment (trenje u leitima, vazduh...), i tada je njegova brzina bliska sinhronoj. Kada rotor opteretimo (pokree neku mainu) on e vie da zaostaje, porae ems i struja u rotoru. Ova struja tei da smanji fluks statora, i da bi se ponovo uspostavila ravnotea poveae se struja statora Pri optereenju rotor se obre brzinom n koja je manja od sinhrone n'. Razlika izmeu ovih brzina se naziva apsolutno klizanje: n" = n' - n Odnos apsolutnog klizanja i sinhrone brzine se naziva relativno klizanje: s = ( n' - n ) / n', i obino se daje u procentima s% = (( n' - n ) x 100) / n' Vrednost klizanja u nominalnom reimu se obino kree kod manjih motora 3-8%, kod veih 1-3%. Poto se obrtno polje obre sinhronom brzinom n' a rotor u istom smeru brzinom n , onda delovanje obrtnog polja na provodnike rotora moemo predstaviti tako da je rotor nepokretan a da se obrtno polje obre razlikom ovih brzina n" = n' - n. To je u stvari brzina presecanja provodnika i od nje zavisi uestanost ems i struja u rotoru. f"= (p x n") / 60 = = s f' Vana posledica male uestanosti veliina u rotoru je da su gubici u FE rotora zanemarljivi. Kada motor radi od PH do punog optereenja klizanje se menja. Samo kada rotor stoji ( u trenutku putanja u rad) uestanost u rotoru je jednaka statorskoj . E" = 4.44 f" N" ob u normalnom radu E"k = 4.44 f' N" ob ukoen Iz prethodne dve jednaine sledi: E" = s E"k

c) GUBICI SNAGE Iz mree na koju je prikljuen stator uzima snagu P = q Uf' If' cos Od ove snage jedan deo se troi u samom statoru na dulove gubitke: Pcu'=q RfIf2

Drugi deo snage se gubi u Fe: Pfe= Ph+Pvs Ostatak snage se preko obrtnog polja prenosi na rotor, i zato se ova snaga naziva snagom obrtnog polja: Pob = P' - ( Pcu' + Pfe' ) Ova snaga predstavlja elektrinu snagu rotora. Deo ove snage se troi na gubitke u Cu rotora Pcu" Dalje postoje gubici u Fe rotora ali zbog male f" se mogu zanemariti. Dalje, postoje i dodatni gubici (trenje, ventilator ...) Dijagram snaga je prikazan na sledeoj slici.

P' Pob Pk

P' P"cu P"fe Pm

ZADACI: 8. Dat je etvoropolni AM koji se napaja f=50 Hz. Klizanje s= 3%. Izraunati apsolutno klizanje i brzinu obrtanja rotora. Kolika je uestanost indukovane ems u rotoru? n=45 n=1455 f=1.5Hz 9. Izraunati klizanje i uestanost indukovane ems i struje u rotoru za TAM iji su podaci: p=3, f=50 Hz, n=970 o/min, u sluaju da se njegov rotor obre u smeru: a) obrtnog polja s=0.03, f=1.5Hz b) suprotno od smera obrtanja obrtnog polja s=1.97, f=98.5Hz d) MEHANIKA KARAKTERISTIKA Mehanika karakteristika je kriva koja pokazuje zavisnost momenta AM od klizanja M = f (s)

31

Ms1 2-1

Mpr

Mpol

s pr

Maksimalna vrednost momenta se naziva prevalni momenat Mpr i on se javlja pri

prevalnom klizanju spr. Polazni moment se dobija pri klizanju s=1 ( u trenutku polaska) Prevalni moment ne zavisi od vrednosti R", meutim za razne vrednost R" dobie se razne vrednosti prevalnog klizanja. Time se postie da se pogodnim izborom R" prevalni moment moe dobiti pri raznim klizanjima. to je vee R" prevalni moment e se dobiti pri veim klizanjima. e) STABILNOST RADA ASINHRONOG MOTORA

Kada je AM spregnut sa nekom radnom mainom njegov moment mora da savlada otporni - koni moment Mrm maine koju pokree. Pri tome uvek vai osnovna dinamika jednaina: Mmot - Mrm = J d

dt = J

gde je J moment inercije sistema motor-maine, a ugaono ubrzanje. Kada je pogonski moment vei od konog ugaono ubrzanje je pozitivno i razlika momenata ide na ubrzavanje zamajnih masa motora i maine. U obrnutom sluaju nastaje koenje. Kada je pogonski moment jednak konom ugaono ubrzanje je jednako 0, brzina je konstantna i sistem je u ravnotei. f) PUTANJE U RAD ASINHRONIH MOTORA Osnovne veliine o kojima treba voditi rauna pri putanju u rad AM su veliina polaznog momenta i struja. Da bi rotor pri putanju u rad mogao prei u obrtno kretanje Mpol >Motp. Pri tome struja ne sme prei odreenu vrednost koja je odreena snagom mree. U pogledu struja razlikuju se dva granina sluaja:

1. PUTANJE U RAD MOTORA SA NAMOTANIM ROTOROM

32

Polazna struja se ovde ograniava pomou rotorskog otpornika. Krajevi U, V, W vezani su preko dirki i kliznih prstenova za krajeve pojedinih faza rotora, a ostala 3 kraja su vezana pomou kliznog prstena K u zvezdite. U trenutku putanja prsten se postavi u poloaj najveeg otpora. Zatim se skokovito smanjuje vrednost otpornika ,dok na kraju ne bude ceo iskljuen.

2. PUTANJE U RAD MOTORA SA KRATKOSPOJENIM ROTOROM

Oni se moraju putati direktnim prikljuivajem statora na mreu. Za svaku mreu propisana je snaga motora koji se na nju moe direktno prikljuiti.

a)DIREKTNO n (OB/MIN) Ip/In Mp/Mn Mpr/Mn 1500 6,5-6 1,4-1,1 1,8 1000 6 1,3-1,1 1,8 750 5,5 1,1 1,6 b)POMOU PRIGUNICE U KOLU STATORA

Prigunice se vezuju na red sa statorom i sniavaju primarni napon na 60-70% nominalnog. Prvo se ukljuuje prekida P1 a posle zaletanja P2. Snienjem primarnog napona smanjuje se polazna struja, ali i polazni momenat to je veliki nedostatak. Ova metoda se koristi samo u sluajevima gde se ne zahteva veliki polazni momenat. Polazna struja je oko 2,5 puta vea od nominalne.

c)POMOU AUTOTRANSFORMATORA Primarni napon se se sniava na 55-75 % nominalne vrednosti. d)POMOU PREBACAA ZVEZDA - TROUGAO Koristi se samo za lake radne uslove.

33

g) REGULACIJA BRZINE AM

1) AM SA PRSTENOVIMA

Posmatra se motor koji radi pri const. U,f, i M. Rotorski otpornik je iskljuen. Ako se sad ukljui jedan deo rotorskog otpornika, poto je napon stalan ostaje stalna E i fluks, a promenie se struja rotora I" = E"/Z. Ona se oigledno smanjuje a time se smanjuje i obrtni moment. Kako je optereenje stalno, brzina e se smanjivati. Kad se smanji brzina povea se klizanje, poveanjem klizanja poveae se E" a time i I" do prethodne vrednosti. Poveanjem I" povea se i moment dok se ne izjednai sa otpornim momentom. Opet je uspostavljena ravnotea, ali sada pri manjoj brzini.

2) REGULACIJA BRZINE KS AM

Moe se vriti na vie naina: a) Promenom broja polova Moe se ostvariti na dva naina. Prvo stavljanjem dva posebna namota sa razliitim brojem polova (n' = 60 f /p), p1 ---n1, p2 ---n2. Ili stavljanjem jednog namota sa veim brojem izvoda,koji vode do prebacaa pomou koga se namot spree prema potrebi.

34

b) Promenom napona statora obino se primenjuje u intermitentnim pogonima, nedostatak je smanjenej prevalnog momenta

c) Promenom uestanosti mree Kako je napon proporcionalan frekvenciji i fluksu (priblino), promenom f mora se menjati i napon da bi zasienje maine ostalo isto, tj U/f = const.

h) KOENJE ASINHRONIH MOTORA

TAM se zaustavljaju na 4 osnovna naina:

a) ISKLJUIVANJEM SA NAPONA MREE kinetika energija obrtnih masa se utroi na savladavanje sile trenja. Primenjuje se kada nije potrebno da se pogon iskljui na tano odreenom mestu ili za tano odraeno vreme (ventilator) b) UVOENJEM JEDNOSMERNE STRUJE U NAMOT STATORA Prvo se motor iskljui sa mree pa se zatim stator napaja jednosmernom strujom. Jednosmerna struja stvara stalno magnetno polje u kome se rotor po inerciji obre. Sada se u provodnicima rotora indukuje ems,a kako je rotor ks proteie i struja. Sada se javlja elektromagnetna sila koja koi. Ovakvo koenje se koristi kada je potrebno ukoiti veliku obrtnu masu, ne naroito precizno. c) KOENJE KONTRAVEZOM primenjuje se kada je potrebno da se motor brzo ukoi. Motor se iskljui sa mree, i ponovo ukljui ali sa obrnutim redosledom faza. U trenutku

35

zaustavljanja motor treba iskljuiti sa mree da ne bi poeo ponovo da se obre , ali u suprotnom smeru. AM sada radi kao asinhrona konica, uzima veliku struju iz mree i o tome treba voditi rauna. d) GENERATORSKO KOENJE obino se koristi pri spuanju tereta. Motor radi tako da se teret kree u smeru dole. Sila tee (teina tereta takoe vue na dole pa se rotor okree brzinom malo veom od sinhrone- tj radi dao generator.Sada se struja vraa u mreu (promena smera struje), ali se time menja smer momenta koji sada postaje koni (teret ne propada). i) JEDNOFAZNI ASINHRONI MOTOR Rad JAM se moe razmetrati na dva naina. Prvi nain je preko teorije poprelnih polja. Prema ovom nainu obrtno polje se razlae na dva nepokretna naizmenina pulsirajua polja . Prvo je na istom mestu kao i polje statora pa oni zajedno ine jedno rezultantno uzduno polje. Drugo polje rotora je pomereno za polovinu polnog koraka i

naziva se popreno polje. Drugi nain je pomou teorije obrtnih polja. Kada kroz namote statora prolazi jednofazna struja ona stvara nepokretno naizmenino polje. Ovo pulsirajue polje se moe razloiti na dva obrtna polja upola manjih amplituda i koja se okreu u suprotnim smerovima. (Le Blanova teorema). Jedno polje je direktno a drugo je inverzno. Ako rotor stojij onda svako polje indukuje u provodnicima rotora ems i struje , pa su momenti jednaki i suprotni i rotor ostaje u stanju

mirovanja. Polazni moment JAM-a je jednak nuli. Ako se rotoru pomogne da krene u jednom smeru onda je Md > Mi i motor nastavlja dalje da radi.Kada rotor dostigne brzinu blisku sinhronoj, tada je klizanje direktnog polja s ainverznog 2-s. Prema tome se JAM ponaa kao

2 trofazne. Jedna radi kao TAM, a druga kao konica.

36

Uestanost EMS i struja koje potiu od direktnog polja se male, sd = sf', a od inverznog fi = (2-s)f' i skoro je dva puta vea od primarne uestanosti. Oigledno je da rotor ne moe sam da krene. Zbog toga se za stvaranje polaznog momenta koriste razliiti ureaji kao to su: pomona

faza, omski, induktivni i kapacitivni otpori, prekidai i sl.

Poto glavni namot statora zauzima 2/3 lebova u preostalu treinu se stavlja pomoni namot koji je od glavnog pomeren za 90 elektrinih stepeni. To je pomona faza. Sada jo treba postii da su i struje pri putanju u rad pomerene vremenski. To se postie povezivanjem na red sa R, L, ili C otporom. Sada pri putanju u rad motora nastaje magnetno polje koje vie nije simetrino (kruno) ve je eliptino. Motor radi kao dvofazni, a kada rotor postigne odgovarajuu brzinu pomona faza se iskljui i dalje radi kao jedniofazni.

ZADACI IZ ASINHRONIH MAINA

1. Trofazni asinhroni estopolni asinhroni motor se napaja frekvencijom f' = 50 Hz. Brzina obrtanja rotora iznosi n=950ob/min. Otpor izmeren izmeu dva klizna prstena rotora iznosi 2R"= 1.8 Struja rotora iznosi I" = 42 A. Izraunati snagu obrtnog polja Pob. Kolika je uestanost f" veliina u rotoru? P' Pob Pk

P' P"cu P"fe Pmeh

2p = 6 q=3 n=950 ob/min 2 R" = 1.8 I" = 42 A --------------------- Pob = ? f" = ? P"cu = s Pob P"cu = q R" I"2

s = (n' - n) / n' P"cu = 3 0.9 422 n' = 60 f / p = 1000 ob/min P"cu = 4762.8 W s = ( 1000 - 950 ) / 1000 = 0.05 Pob = P"cu / s = 95256 W f" = s f' = 0.05 50 = 2.5 Hz 2. Kolika je korisna snaga asinhronog motora koji ima gubitke u bakru rotora P"cu = 350 W, klizanje 3% . Gubici u gvou rotora se mogu zanemariti a smatrati da mehaniki gubici iznose 2% korisne snage. (vai slika iz prethodnog zadatka) Pob = P" cu + P"fe + Pmeh Pob = P"cu + 0.01 Pk + Pk P"cu / s = P"cu + ( 0.02 + 1 ) Pk 37

P"cu ( 1/s - 1 ) = 1.02 Pk P"cu (1 - s ) /s = 1.02 Pk Pk = P cu s

sW"

. ..

.1 021 350

1 021 0 03

0 0311094 = =

3. Izraunati za asinhroni motor iz drugog zadatka stepen korisnog dejstva ako zbir gubitaka u bakru i gvou statora iznosi 3% snage obrtnog polja. P' Pob

P'cu P'fe

P' = P'cu + P'fe + Pob P' = 0.03 Pob + Pob P' = 1.03 Pob Pob = P"cu / s = 350 / 0.03 = 11666 W P' = 1.03 Pob = 1.03 11666 = 11899 W Pk / P' = 11094 / 11899 = 0.932 4. Izraunati frekvenciju veliina u rotoru kod asinhrone maine sa ukoenim rotorom. f" = s f' = n n

nf n

nf f'

'' '

'' ' f = = =0 1 '

5. Posmatra se asinhrona maina u nominalnom reimu rada. Stator ima N' a rotor N" navojaka. Na osnovu poznatog izraza za indukovanu ems u jednom navojku: E= 4.44 k f ob. Napisati izraze za indukovanu ems statora E' i rotora E". Kolike e biti E' i E" ako se ukoi rotor? Kako se ponaa asinhrona maina sa ukoenim rotorom? E' = 4.44 k' f' N' ob E" = 4.44 k" f" N" ob Kada se rotor ukoi klizanje ima vrednost s = 1, a frekvencija veliina u rotoru jednaka je frekvenciji veliina u statoru (zadatak br. 4). Prema tome tada je E' =E' = 4.44 k' f' N' ob E"= 4.44 k" f' N" ob

38

Kada se faze statora i rotora poklope obrtno polje preseca jednovremeno provodnike rotora i statora i u njima indukuje ems kao u gornjim izrazima. Fazna razlika izmeu ovih

ems je 0. Ako se rotor zaokrene u smeru suprotnom od smera obrtanja obrtnog polja ,onda e ono prvo presecati provodnike rotora pa tek onda provodnike statora pa e ems rotora vremenski prednjaiti ems statora za ugao Ako se rotor zaokrene u suprotnom smeru ( znai u smeru obrtanja obrtnog

polja) polje e prvo presecati provodnike statora , pa tek onda provodnike rotora pa e ems statora prednjaiti ems rotora za ugao .

U V W

u

v

w

U oba sluaja vrednosti ems se nee promeniti ,samo e njihov fazni stav biti razliit. Odnos ems je: m E

Ek Nk N1 2,

'"

' '" "

= = Prema tome asinhroni motor sa ukoenim rotorom se moe upotrebiti kao transformator sa obrtnim poljem ili INDUKCIONI REGULATOR. KORISTI SE ZA LABORATORIJSKE POTREBE. MANA MU JE VELIKA STRUJA PRAZNOG HODA.(50-60%) NOMINALNE STRUJE.

39

4. Sinhrone maine a) ELEMENTI KONSTRUKCIJE Sinhrona maina, kao i svaka druga maina moe da radi kao motor i generator. Meutim, pored ove dve uloge sinhrona maina moe da radi i kao generator reaktivne energije - sinhroni kompenzator. Najiru primenu ona ima ba kao generator. Magnetno kolo SM se sastoji od statora, rotora i meugvoa. Induktor je rotor, a indukt je stator. STATOR se pravi u obliku upljeg cilindra i sastavljen je od dinamolimova, debljine 0.5 mm. Limovi su meusobno izolovani tankom hartijom ili slojem laka da bi se smanjili gubici usled vihornih struja. Poto su ove maine velikih snaga, u zavisnosti od broja obrtaja stator i rotor su velikih dimenzija. Za brzinu obrtanja oko 3000 ob/min prenik je neto iznad 1m. Kod SM malih brzina (velikog broja polova), unutranji prenik statora kree se i do 15 m..

Jedan sloj u paketu limova se sastoji od veeg broja delova krunog prstena. Na svakom limu sa unutranje snage su upljine koje kada se limovi sloe obrazuju zubce i lebove. U lebove se stavljaju namoti. ROTOR. U zavisnosti od konstrukcije rotora SG se dele u dve vrste: sa valjkastim rotorom (turbogeneratore) i sa istaknutim polovima (hidrogeneratore). Pri f=50HZ, i broju parova polova p=1 i p=2, brzine rotora su 3000 ob/min i 1500 ob/min. Za ovako velike brzine su velike i obimne brzine, pa dolazi do velikih mehanikih naprezanja.To zahteva da se ne ide na velike prenike rotora i da namot bude to ravnomernije rasporeen po obimu rotora. Kao pogonski motori za ove generatore slue parne turbine. Kada je broj polova vei, manje su brzine obrtanja to dozvoljava i vei prenik rotora. Naprezanja vie nisu toliko velika pa nije potrebna ravnomerna raspodela namota. Zbog toga se prelazi na rotore sa istaknutim polovima. Pogonski motori su hidrauline turbine.

VALJKASTI ROTORI. Snage maina sa valjkastim rotorom se kreu u granicama od 1MVA do 1000MVA. Rotori se postavljaju uvek horizontalno. Za maine velike snage koristi se hromniklmolibdenski elik specijalno termiki i mehaniki obraen. Obino se rotor lije u vakuumu u obliku jednog masivnog bloka, a zatim se obrauje kovanjem. Posle mehanike obrade vre se mehanika pa magnetna ispitivanja. Po itavoj osnoj duini rotora urezuju se lebovi. Priblino 1/3 polnog koraka nije olebljena i ini zonu velikog zubca. Kroz njega prolazi glavni deo magnetnog fluksa.

ROTOR SA ISTAKNUTIM POLOVIMA. Snage ovih mainase kreu od 20 KVA do 200MVA. Postavljaju se vertikalno (za manje brzine) i horizontalno.

40

b) PRINCIP RADA Kroz provodnike rotora prolazi jednosmerna struja usled koje nastaje stalno magnetno polje. Smer struje je takav da je jedan pol severni, drugi juni itd. Kada se rotor obre on nosi sa sobom svoje polje, tj nastaje obrtno magnetno polje dobijeno mehanikim obrtanjem rotora. Obrtno polje preseca provodnike statora i i u njima indukuje ems, ija trenutna vrednost iznosi e=blv. Prema tome pri stalnoj brzini obrtanja, kakav oblik ima polje takav oblik ima i ems. Namoti statora su trofazni. Indukovane ems svake faze pomerene su za jednu treinu periode ili za 120 stepeni. Ako rotor ima jedan par polova, onda e se pri jednom obrtaju imati i jedna potpuna promena ems. Ako je brzina obrtanja u minuti n, onda je broj obrtaja u sekundi n/60=f. Ako je broj pari polova p onda se za svaki obrtaj ima p puta vei broj promena, pa je tada uestanost f=n p /60. Za frekvenciju f=50 HZ, brzine obrtanja rotora su: p 1 2 3 4 5 6 n 3000 1500 1000 750 600 500 Ako se stator optereti nekim trofaznim simetrinim optereenjem, onda se kroz namote statora uspostavljaju struje Ia,Ib, Ic, koje su u zavisnosti od karaktera optereenja pomerene od napona za neki ugao. Tako su i struje pomerene meusobno vremenski za 1/3 periode, ili 120 stepeni. Ove trofazne struje koje teku kroz trofazne namote daju ekvivalentnu mps, a ona obrtno magnetno polje. Ovo polje je teslino obrtno polje. Polje se obre brzinom n = 60 f/p, znai istom brzinom kao rotor pa otuda potie i naziv sinhrone maine. Relativna brzina obrtanja obrtnog polja statora u odnosu na obrtno polje rotora jednaka je nuli., tj ona su meusobno nepokretna., ili se kae da su se polja zakaila. Rotor Sm dobija mehaniku snagu od pogonskog motora i pretvara je u elektrinu snagu koja se dobija na izlazu statora. Povratno delovanje mps statora na polje polova rotora se naziva magnetna reakcija indukta.

41

c) IZRAZ ZA INDUKOVANU EMS PO PROVODNIKU, NAVOJKU.......... u navojku: E = 4.44 f Bm Sfe u provodniku: Epr = 2.22 f Bm Sfe d) MAGNETNA REAKCIJA INDUKTA Kod SM postoje dve magnetopobudne sile, rotora i statora. MPS rotora potie od jednosmerne struje, koja se naziva pobudna struja i protie kroz navojke rotora. Struja koja protie kroz navojke statora daje mps statora. Ove dve mps daju zajedniku mps koj stvara zajedniki fluks maine. Mps indukta deluje povratno na mps induktora, pa se zato naziva reakcija indukta.. Kod SM poloaj mps indukta u odnosu na poloaj mps induktora

nije stalan, ve zavisi od optereenja

42

e) KARAKTERISTIKE SINHRONOG GENERATORA Karakteristika praznog hoda je kriva koja pokazuje kako se menja ems neoptereenog

generatora u funkciji pobudne struje, pri stalnoj brzini obrtanja, E = f (J). Ova karakteristika je dvoznana kriva. Povrina oiviena uzlaznom i silaznom granom predstavlja gubitke usled histerezisa.. Kao karakteristika se upotrebljava donja grana. U poetku je kriva prava linija, jer je magnetno kolo nezasieno, kasnije maina prelazi u zasienje.

43

Karakteristika kratkog spoja pokazuje kako se menja struja statora u funkciji pobudne struje, kada su krajevi generatora kratko spojeni i pri nominalnoj brzini obrtanja, Ik = f (J)

Karakterisitike generatora su prave linije, zato to je pri kratkom spoju mala vrednost ems pa mag kolo nije zasieno.

Karakteristika reaktivnog optereenja pokazuje kako se menja napon na krajevima generatora u funkciji pobudne struje pri stalnoj struji indukta. Spoljnja karakteristika prikazuje zavisnost napona od struje generatora pri stalnom cos fi i n Karakteristika regulacije pokazuje kako se menja pobudna struja u zavisnosti od struje statora J = f (I), pri konstantnom naponu, cos fi i n f. GUBICI SNAGE Po prirodi gubici se mogu podeliti na mehanike, elektrine i magnetne. Mehanike gubitke ine gubici na trenje i ventilacioni gubici. Ne zavise od optereenja (struje), ve samo od brzine obrtanja.Magnetni gubici su gubici u gvou statora, i ine ih gubici usled histerezisa i vihornih struja.Gubici snage u bakru su: pobudni gubici ili gubici snage u bakru rotora, gubici snage u bakru statora. Ovi gubici zavise od optereenja. Tok snage izgleda ovako:

P

Pmeh Pcur

Pr=P's

Pfes

Pob

Pcus

Pk

Stepen iskorienja je odnos korisne i utroene snage:

= = + = +PkP

PkP P'

1

Karakteristika stepena iskorienja je kriva koja pokazuje kako se menja stepen iskorienja u zavisnosti od korisne snage, pri stalnom sainiocu snage.. Maksimalni stepen iskorienja se dobija za ono optereenje pri kome su promenljivi gubici jednaki stalnim. g) PARALELAN RAD SINHRONIH GENERATORA U jednoj elektrani postoji vei broj SG, i svi oni rade paralelno. Time se omoguuje stabilnost rada sistema, optimalna raspodela optereenja izmeu generatora. Koliko ih trenutno radi paralelno zavisi od optereenja. Kada se povea optereenje, prikljuie se paralelno jo SG. Kada se optereenje smanji, iskljuie se SG. Da bi radili paralelno moraju biti ispunjeni odreeni uslovi: 1.isti redosled faza generatora i mree 2.ems generatora mora biti jednaka naponu mree E = U 3. E i U moraju biti u fazi. 4. uestanost generatora mora biti jednaka estanosti mree h) SINHRONI MOTORI Sinhroni motori se grade uglavnom za vee snage. Upotrebljavaju se u pogonima gde je potrebna konstantna brzina obrtanja. Prednost im je to mogu da rade, za razliku od svih ostalih motora naizmenine struje pri cos fi = 1, pa ak i da daju reaktivnu energiju u mreu. Uglavnom se grade sa istaknutim polovima. PRINCIP RADA.Posmatra se maina koja radi kao generator. Rotor se obre konstantnom brzinom i nosi sa sobom svoje obrtno polje. Obrtno polje statora je Teslino i takoe se obre sinhronom brzinom. Meutim ose polja statora i rotora su malo pomerene, odnosno osa polja statora zaostaje za osom polja rotora za neki ugao delta. Kada se

opterreenje smanjuje smanjuje se i ugao delta. Ako se pogonski motor odvoji od rotora maine, rotor maine e i dalje nastaviti da se obre, pri emu sada maina radi kao motor u praznom hodu pri delta=0. Ako se rotor optereti maina nastavlja dalje da radi kao motor pri optereenju, pri

emu rotor zaostaje za delta. Najvea tekoa kod sinhronih motora je putanje u rad, naime on ne moe sam da krene i sinhronizuje se sa mreom.

44

i) SNAGE SINHRONOG MOTORA Utroena snaga sinhronog motora je elektrina P' = q U' I' cos fi Od ove snage se najpre jedan deo troi u namotu statora na gubitke u bakru Pcu = q R I'2 Sledei deo snage se troi na gubitke u gvou statora, usled histerezisa i vihornih struja. Ostatak snage se prenosi putem obrtnog polja na rotor Pob = P' - ( Pcu + Pfe) Jedan deo snage koja dolazi na rotor se troi na pokrivanje mehanikih gubitaka. Sledei deo ine gubici na pobudu. j) MORDEJEVE KRIVE Pokazuju kako se menja struja statora u funkciji pobudne struje pri stalnom optereenju. I = f (J), pri P=const.

k) PUTANJE U RAD SINHRONIH MOTORA SM se primenjuju za pokretanje pogona u kojima se zahteva stalnost brzine obrtanja (ventilatori, kompresori, pumpe). Danas obino svi SM imaju priguni namot, pa se stoga putaju kao asinhroni motori sa rotorom u kratkom spoju. SM manjih snaga se putaju direktno prikljuenjem statora na mreu. Motor kree kao asinhroni. Kad moment bude toliki da postigne klizanje u praznom hodu 5%, ukljuuje se pobudna struja. Motori vee snage se putaju pomou prigunica ili autotransformatora. 45

5. Maine jednosmerne struje

a) PRINCIP RADA

Na sledeoj slici je predstavljena elmag. ema dvopolne maine jednosmerne struje. Stator maine je cilindrian i na njemu se nalaze dva istaknuta pola. Oko svakog polnog jezgra je namotan neprekidan izolovan provodnik i formira pobudni navoj sa N' navojaka. Struja I' koja prolazi kroz pobudni namot stvara magnetni napon N'I' a on dalje fluks. Oigledno stator je induktor.

46

Ovaj fluks prolazi kroz meugvoe i indukt, a njegov put je prikazan na gornjoj slici. Magnetna indukcija po obimu indukta nije svuda ista i uglavnom zavisi od oblika polnih nastavaka. Po obimu indukta se nalaze lebovi u koje se smetaju izolovani provodnici i koji obrazuju namot indukta. Nezavisno od reima rada maine pri obrtanju indukta u

svakom od njegovih provodnika indukovae se ems po poznatoj zavisnosti:

e = b l v, iji se smer odreuje prema pravilu tri prsta leve ruke. Posmatra se navojak koji se sastoji od dijametralno smetenih provodnika 1 i 2. Kraj i poetak navojka spojeni su sa dva klizna prostena koji se obru zajedna sa induktom. Po prstenovima klize nepomine dirke. Smerovi napona su prikazani na slici. Poto su provodnici

redno vezani ukupni indukovani napon e biti:

47

e = 2 e1 = 2 b l v Poto su duina i brzina konstantni oblik ems zavisi samo od oblika el mag indukcije b. Odavde se vidi da ako se sada na dirke prikljui prijemnik na njegovim krajevima e delovati naizmenini napon. Pogodnim

izborom oblika polova, moe se postii da se ovaj napon menja po sinusnom zakonu.

Ako se klizni prstenovi zamene jednim preseenim prstenom desie se sledee. U toku pozitivnog dela napona provodnik 1 je spojen sa + dirkom. U trenutku kada bi se usled obrtanja izmenio smer napona , provodnik 2 e se spojiti sa prstenom + pa e napon ostati i dalje pozitivan.

Ako se doda jo jedan navojak elektrino pomeren u odnosu na prethodni za 90, indukovane ems su jednake ali fazno pomerene za 90. Svakim sledeim udvajanjem broja navojaka odravajui fazni pomeraj, dobie se naponi kao na slici. Napon nije stalan , ali su njegove promene utoliko manje ukoliko je vei broj navojaka. Indukovani napon u induktu iznosi: E = N K

b) IZRAZ ELEKTROMAGNETNOG MOMENTA

Indukt maine jednosmerna struje se okree u smeru kazaljke na satu brzinom n. U provodniku 1 pod polom N indukuje se napon u smeru +. Ako je na dirke prikljuen provodnik kroz njega e u istom smeru tei struja I. Poto se provodnik sa strujom nalazi u stranom magnetnom polju na njega deluje el. mag sila F = B I l. Smer ove sile je odreen po pravilu 3 prsta desne ruke. Na svaki provodnik deluje ova sila, pri emu se intenziteti sila razlikuju jer se menja B. Sve ove sile obrazuju el. mag. moment naine. NJegova veliina iznosi: M = C I MJSS je reverzibilna, moe da radi i kao generator i kao motor.

Da bi radila kao generator, njen indukt mora da se obre pomou nekog pogonskog motora. Tada struje u provodnicima imaju iste smerove kao i naponi indukovani u njima. Elektromagnetni moment je otporni i protivi se obrtanju indukta. Da bi radila kao motor ,treba je prikljuiti na izvor JSS. Struja u provodnicima indukta e imati suprotan smer od napona. Elektromagnmetna sila ima sada suprotan smer. Uzajamnim delovanjem struja i flukseva javie se kretni moment pod ijim delovanjem indukt poinje da se kree. El energija koja se povlai iz mree se pretvara u mehaniku koju motor daje na vratilu. c) MAGNETNA REAKCIJA INDUKTA

Pri praznom hodu, kada kroz indukt ne tee struja, na magnetno kolo maine deluje

samo magnetni napon pobudnih namota F'. Pod njegovim uticajem javlja se osnovni magnetni fluks ija je raspodela prikazana na slici. Ovaj spektar je simetrian na ravan simetrije polova.

Kada se maina optereti, kroz namot indukta tee struja, koja stvara magnetni napon indukta po paru polova F".Delovanje magnetnog napona indukta na osnovno magnetno polje naine naziva se magnetna reakcija indukta. Kada bi induktor bio nepobuen, a kroz namot indukta tekla struja u maini bi se javio fluks, iji spoektar bi izgledao kao na sllici. Rezultantno magnetno polje bi kod optereene maine izgledalo ovako:

48

49

Neutralna ravan se pomera iz geometrijske neutralne ravni z-z u poloaj z' - z' koji se naziva fizika neutralna ravan. d) GUBICI SNAGE I STEPEN ISKORIENJA Gubici se mogu podeliti na magnetne, mehanike i elektrine. Magnetni gubici su gubici u Fe i oni mogu biti usled histerezisa i usled vihornih struja. Mehaniki gubici nastaju zbog trenja. Magnetni i mehaniki gubici ne zavise od optereenja maine i mogu se pri n=const smatrati konstantnim. Zbir ovih gubitaka se moe smatrati gubicima u praznom hodu i mogu se odrediti eksperimentalno. Elektrini gubici su gubici u bakru, i zavise od kvadrata struje. Ovi gubici su promenljivi, rastu sa poveanjem struje. Pored ovih postoje i razni dodatni gubici, koji ine oko 1% korisne snage meine. Pgub = Pfe + Pcu + Pmeh + Pdod e) GENERATORI JEDNOSMERNE STRUJE Osobine generatora jednosmerne struje odreene su nainom pobuivanja. Naini pobuivanja su: nezavisna pobuda, redna, otona, sloena ( aditivna i diferencijalna pobuda) Osnovne karakteristike generatora su: 1) KARAKTERISTIKA PRAZNOG HODA pokazuje kako se pri praznom hodu I=0, i pri stalnoj brzini n=const. menja indukovani napon generatora Eo, kada se menja pobudna struja. 2) SPOLJNJA KARAKTERISTIKA, predstavlja zavisnost napona na krajevima generatora U od struje optereenja I pri stalnoj brzini obrtanja. 3) KARAKTERISTIKA POBUDE predstavlja zavisnost pobudne struje J od struje optereenja I pri stalnom naponu U i n.

f) MOTORI JEDNOSMERNE STRUJE

Svojstva motora jednosmerne struje odreena su nainom napajanja pobudnog namota. Prema pobudi razlikuju se motori sa nezavisnom, otonom, rednom i sloenom pobudom. Osnovne karakteristike motora jednosmerne struje su:

50

a) karakteristika brzine koja predstavlja zavisnost brzine obrtanja indukta motora n od struje indukta I , pri konstantnom naponu i pobudi. n = f ( I ) b) karakteristika momenta koja pokazuje zavisnost momenta motora od struje indukta, pri konstantnom naponu i pobudi. c) mehanika karakteristika koja predstavlja zavisnost brzine obrtanja indukta motora od momenta pri konstantnom naponu i pobudi

g) PUTANJE U RAD MOTORA JEDNOSMERNE STRUJE Postoje dva naina za putanje u rad.

a) U kolu rotora postoji otpornik. Ovaj otpornik smanjuje jainu struje pri polasku jer tada u kolu motora deluje samo omov zakon. Poveanjem brzine javlja se EMS koja je po smeru suprotna naponu mree, i time ograniava struju. Zato se sa postepenim poveavajem brzine iskljuuje deo po deo otpornika.

b) Ako u pogonu postoje 2 motora tada se oni prvo vezuju na red. Kada se dostigne polovina nominalnog broja obrtaja preveu se da rade parelalno. Naime, kada su vezani na red, tada je svaki od njih prikljuen na polovinu napona mree. Kad je manji napon manje su i polazne struje. h) ZAUSTAVLJANJE MOTORA JEDNOSMERNE STRUJE Zaustavljanje moe biti na 4 naina a) Iskljuivanjem sa mree motor se zaustavlja zbog sile trenja b) Generatorskim koenjem Prvo se povea pobudna struja. Time se povea E. Kada E postane vee od U struja kroz namotaje rotora menja smer - motor postaje generator, a moment je koni. c) Koenje kontravezom Vri se promenom smera pobudne struje (E=nkMoment takoe menja smer) d) Elektrodinamiko koenje Motor se iskljui sa mree, u kolo rotora se doda otpornik a pobuda ne menja smer. Sada u kolu postoji samo ems (suprotnog smera od napona)i otpornici i kroz kolo tee struja u suprotnom smeru, i moment menja smer postaje koni.

51

52

i) REGULACIJA BRZINE MJSS Moe se izvesti na vie naina: paralelna i sloena pobuda Otporom u kolu rotora Kada se povea vrednost otpora u kolu rotora, smanjie se struja rotora J. a time i moment maine. Kako je otporni moment ostao isti smanjie se brzina.. Kada se smanji brzina smanji se i E, a zbog toga se sada povea J i sanjom i moment.Sada motor opet radi u ustaljenom reimu samo pri manjoj brzini. otona pobuda Promenom pobudne struje Poveanjem pobudne struje, poveava se i fluks. Zato se povea i E. Kada E postane vee od napona, struja e promeniti smer, pa se menja i smer momenta. Rotor sada usporava i nalazi se u reimu generatorskog koenja.Poto motor usporava E poinje da opada i maina se polako vraa u radno stanje motora. Samo sada sa manjom brzinom redna pobuda Promenom pobudne struje Obino se vee jedan regulacioni otpornik paralelno sa namotajem. Struja optereenja se deli na dva dela. Jedan deo prolazi kroz pobudni namotaj a drugi deo kroz otpornik. Smanjena pobudna struja smanjuje B, a time se poveava brzina

ZADACI IZ MAINA JEDNOSMERNE STRUJE 1. Dijagram magnetne indukcije jedne dvopolne maine prikazan je na slici. Fluks po polu iznosi 0.01 Wb. Brzina obrtanja jednog provodnika kroz koji protie struja od 12 A iznosi 1500 ob/min.

b

x

+B

-Ba b

l

r

Zanemarujui sve gubitke izraunati: 1. indukovanu ems u provodniku koji se kree od a do b 2. elektromagnetnu snagu za vreme tog kretanja 3. moment

1.) e = B l v = 0.5 V 2.) p = e i = o.5 12 = 6 W 3.) M = F r = B I l r 2. Izraunati vrednost indukovane ems generatora sa otonom pobudom ako su poznati sledei podaci:

Ra = 0.5

53

Rpob = 22 Rpot = 2.2 U = 220 V Ia = Ipot + Ipob Ipot = U / Rpot = 220 / 2.2 = 100 A Ipob = U / Rpob = 220 / 22 = 10 A Ia = 100 + 10 = 110 A E = Ra Ia + U = 0.5 110 + 220 = 55 + 110 = 165 V 3. Pri kom optereenju nastaje maksimalni

stepen korisnog dejstva za GJSS sa nezavisnom pobudom. Zbir gubitaka usled trenja, u gvou, i pobudnom namotaju iznosi 256 W. Nominalni napon na krajevima generatora iznosi 220 V. Otpor indukta je 0.5 , a pad napona na dirkama je U = 0.1 V. Kolika je vrednost maksimalne korisne snage?

E+

Ipot

Ia

Ipob

Rpot

Ra

Ipob

U+

Najvei stepen korisnog dejstva nastaje kada se izjednae stalni i promenljivi gubici: Pconst = Pprom Pconst = U I + Ra Ia2 256 = 0.1 I + 0.5 I2 I = ...... = 9.63 A Pk = 220 9.63 = 2118.9 W

b) Izraunati isto za redni motor ako je zbir gubitaka u Fe i na trenje 500 W, napon na krajevima 220 V Zbir otpora induktora i indukta iznosi Re=Ra + Rpob = 0.5 Pconst = Pprom Pconst = Re I2 500 = 0.5 I2

I = 5000 5

1000 31 62.

.= = A Utroena snaga motora iznosi P = U I = 220 31.62 =6957 W 4. Dat je generator sa otonom pobudom iji su podaci: Ra = 0.5 , Ia = 20 A, pad napona na dirkama iznosi 2 V a napon nanjegovim krajevima je 220 V. Ako indukovana ems u praznom hodu iznosi 257 V izraunati pad napona usled reakcije indukta. E = RaIa + U + U E = 0.5 20 + 220 + 2 E = 232 V U = Eo - E = 257 - 232 = 25 V

54