1. Usytuowanie maszyn elektrycznych w procesach przemiany energii.

Energia przetwarzana jest z postaci mechanicznej w energie elektryczna .Służą do tego celu przetworniki zwane generatorami elektrycznymi. Do przesłania tej energii na duże odległości i rozdzielenia jej służą transformatory. Około 60% energii elektrycznej jest ponownie przetworzona w energie mechaniczna za pomocą silników. Wszystkie przetworniki energii wspólnie nazywamy maszynami elektrycznymi. Największe nich to generatory o mocach 500-1200 MW silniki zaś maja moce od 20-30 MW. Większość silników i generatorów wykonuje ruch dookoła własnej osi nieruchomej inne zaś ruch postępowy. Do wytworzenia sil mechanicznych i elektromotorycznych wykorzystuje się pole magnetyczne.

Maszyny prądu stałego( silniki i prądnice)

Maszyny prądu przemiennego(asynchroniczne i synchroniczne)

Silniki pierścieniowe i klatkowe

Prądnice tachometryczne i generatory.

Mech>elektr (prądnice i generatory)

Elektr>mech(silniki)

Elektr>elektryczna ze zmiana napięcia i częstotliwości (przetwornice elektromaszynowe)

Maszyny specjalne(wzmacniacze, maszyny pomiarowe, prądnice tachometryczne)

2.Zjawiska fizyczne wykorzystywane w podstawowych przetwornikach elektromechanicznych

-prawo przepływu θ=I*z całka po l H*dl=I

-zjawisko indukcji elektromagnetycznej (SEM)

-zjawisko oddziaływania pola magnetycznego na przewód z prądem

Prawo indukcji Faradaya

E=-dψ/dt

Siła Lorenza

F=q*VxB

Sila Ampera

dF=dl*ixB

Siła elektrodynamiczna

Fe=B *I* l* sinα

`

3.Rola stopów żelaza w maszynach elektrycznych

Stopy żelaza stosowane są przede wszystkim do budowy obwodów magnetycznych. Celem tych obwodów jest stworzenie wymaganej drogi w przestrzenie dla strumienia magnetycznego o małym natężeniu pola H. Dla ograniczenia prądów wirowych, a więc strat energii przy polach zmiennych używa się blach o grubościach 0,3-0,7 mm. Noszą one nazwę blach elektrotechnicznych.

4.Objętościowa gęstość energii magnetycznej w różnych środowiskach fizycznych.

W przestrzeni, w której występuje pole magnetyczne zawarta jest energia o gęstości

dW=(całkaH*dB)*Dv [J/m3]

Energia może być przetworzona na inna teoretycznie bez strat. W polu elektromagnetycznym energia przemieszcza się .

Gęstość powierzchniowa mocy wynosi

dP=ExH [W/m2]

Wielkość ta nazywana wektorem Poyntinga

Gęstość objętościowa energii magnetycznej

Przedstawia gęstość energii pola elektromagnetycznego.

Dla próżni:

,

a dla pewnego ośrodka materialnego

5.Wyrażenie na energię sumaryczną poszczególnych elementów skupionych.

Energia ma zawsze jakiś rozklad w przestrzeni i gęstość przestrzenanną.W polu magnetycznym i elektrycznym zawsze mozna ograniczyc obszar poza którym energia jest pomijalna. Energia związana z natężeniem pradu lub pradów które wzbudzily pole magnetyczne.

Zwojnica

Gdy zależność pomiędzy
a i jest liniowa:

=L*i

zwojnica z ferromagnetykiem:

6.Koenergia w elementach skupionych i jej związki z energią.

W warunkach technicznych znacznie łatwiej sie reguluje prad i niz strumien ψ dlatego prada chętniej wybiera sie za zmienna niezalezna.W konsekwencji uzywa sie alternatywnej do energii W wielkości zwanej koenergia.

Związek miedzy koenergia i energia

W+W'=ψ*i

Wraz ze zmienna x zmienia sie tez charakterystyka a wiec i wartości W oraz W'.

Przy obliczaniu pochodnej czastkowej wzgledem x inne zmienne nie ulegaja zmianie.

Dla energii W jest nia ψ a dla koenergii W' jest nia i. Energia i koenergia całego układu zaleza od wartości wszystkich strumieni częściowych i pradów lecz nie od sposobu ich zmiany.

7.Podstawowe równania równowagi w układach elektromechanicznych

Równanie napięć i sił elektromotorycznych:

Równanie momentów lub sił:
Moment magnetyczny T_e można zapisać:

8.Rola obwodów elektrycznych, magnetycznych i izolacji w przetwornikach energii.

Celem obwodów elektrycznych jest stworzenie wymaganej, niskoprądowej drogi dla prądu elektrycznego. Celem obwodów magnetycznych jest stworzenie wymaganej drogi w przestrzeni dla strumienia magnetycznego o małym natężeniu pola H. Celem izolacji obwodów elektrycznych jest wyznaczenie pożądanych dróg przepływu prądu elektrycznego.

Aby ograniczyć drogę prądu używamy materiałów izolacyjnych. Są to materiały organiczne polimery oraz mineralne jak szklo i ceramika. Są gorszymi przewodnikami ciepla co utrudnia oddawanie strat przewodów. Uszkodzenie izolacji doprowadza do zwarcia Dla ograniczenia prądów wirowych stosuje sie blachy elektrotechniczne o grubości 0,3-0,7 mm. Maja powiększoną rezystywność i powierzchnie pokryte warstwa izolacji

9.Rola obudów, wałów i łożysk w maszynach elektrycznych

Łożyska maszyn o ruchu obrotowym to zwykle łożyska toczne. Bardzo duże maszyny i bardzo małe budowane są z łożyskami ślizgowymi. Zwykle łożyska umieszczone są w tarczach łożyskowych mocowanych do obudowy stojana. W ten sposób pozycjonowany jest wirnik względem stojana. Duże maszyny mają osobne kozły łożyskowe. Centralną częścią wirnika jest wał, wykonany za stali konstrukcyjnej. Musi on być odpowiednio sztywny, aby siła magnetyczna nie doprowadziła do kontaktu wirnika ze stojanem. Typowa odległość zwana szczeliną powietrzną wynosi ok 0,3 do 20mm. Kontakt z obwodami na wirniku realizowany jest poprzez pierścienie metalowe osadzone na wale. Po nich ślizgają się klocki metalowo-grafitowe zwane szczotkami.

10.Podstawowe składniki konstrukcji transformatora i ich wzajemne usytuowanie

Zasadniczymi częściami składowymi transformatora są rdzeń i uzwojenia. Rdzeń transformatora składa się ze słupków (kolumn), na których nawinięte są uzwojenia oraz części łączące te słupy, zwane jarzmami. Rdzeń i uzwojenia transformatorów olejowych są zanurzone w kadzi wypełnionej olejem, który ma dobre własności izolacyjne, a jednocześnie, ze względu na znacznie większą od powietrza przewodność cieplną, dobrze odprowadza ciepło z uzwojeń i rdzenia.

11.Obwodowy schemat zastępczy transformatora jednofazowego

12.Bieg jałowy i zwarcie-parametry decydujące o prądzie i mocy.

Bieg jalowy-brak obciążenia po stronie wtornej (zaciski rozwarte) wtedy parametrem jest reaktancja Xμ.

prąd strony wtórnej I₂ = 0

prąd strony pierwotnej I₀ = 2-5% I_1N (prądu znamionowego strony pierwotnej), a więc jest mały, co pozwala zaniedbać napięcia na elementach R₁ i X₁, tj.

Zmienny strumień magnetyczny Φ wywołuje w rdzeniu straty mocy

Prąd I_Fe jest w fazie z U₁₀, a prąd I_μ wytwarzający strumień Φ jest prądem indukcyjnym (I_μ i Φ są w fazie).

*Prąd stanu jałowego
, przy czym składowa czynna jest znacznie mniejsza od składowej biernej.

Stan zwarcia- podczas zasilania jednego z uzwojeń, drugie jest zwarte. długotrwałe próby w stanie zwarcia są możliwe tylko przy odpowiednio niskim napięciu; charakterystyczną jego wartością jest tzw. napięcie zwarcia, tj. takie napięcie po stronie zasilania, aby popłynęły prądy znamionowe. Jest ono równe

lub

Wynosi ono zwykle 3-15%.

Próba zwarcia ma na celu wyznaczenie napięcia zwarcia i strat w miedzi uzwojeń transformatora; z pomiarów zwarcia (pomiarowego) można obliczyć R_T, X_T, Z_T.

Gdyby napięcie zasilające było znamionowe, wówczas prądy w uzwojeniach osiągnęłyby wartość ok. 20-30 I_N i transformator z powodu przegrzania izolacji uległby zniszczeniu.

13.Zmiennosc napięcia przy obciążeniu transformatora. Wpływ charakteru odbiornika.

Stan obciążenia-strona wtórna transformatora obciążona odbiornikiem o impedancji Z

Przy zasilaniu transformatora napięciem pierwotnym o stałej wartości skutecznej U₁, w wyniku powstawania napięć na rezystancjach i reaktancjach uzwojeń, zmienia się napięcie wtórne U'₂ w zależności zarówno od wartości prądu obciążenia, jak i od charakteru tego obciążenia; dla obciążenia o charakterze indukcyjnym i czystym rezystancyjnym U'₂<E'₂, natomiast dla obciążenia pojemnościowego następuje wzrost napięcia wtórnego (U'₂>E'₂). Zmiany napięcia wtórnego w zależności od wartości i charakteru obciążenia -przedstawiają tzw. charakterystyki zewnętrzne

sprowadzenie strony wtórnej do strony pierwotnej; jeśli drugie równanie pomnożyć obustronnie przez przekładnię υ, wtedy

, czyli

stad wynikają zależności na E'₂, U'₂, R'₂, X'₂

*Prąd I₀ ma wartość praktycznie stałą, stąd każda zmiana prądu I'₂ pociąga za sobą odpowiednią zmianę I₁.

Zmienność napięcia występuje, ponieważ spadek napięcia na trafo zależy od charakteru odbiornika napięcia dodają się z uwzględnieniem fazy.

Największy spadek przy charakterze indukcyjnym, bo jest zgodność fazy gdyż trafo ma charakter indukcyjny (RL)

Gdy podłączymy kondensator to napięcie wzrośnie na odbiorniku.

14.Warunki współpracy równoległej transformatorów skutki ich nieidealnego doboru.

Praca równoległa transformatorów:

jest dopuszczalna tylko wtedy, gdy spełnione są następujące warunki:

• równość napięć wtórnych w stanie jałowym

• równość napięć zwarcia

• transformatory są równomiernie obciążone

• w stanie bez obciążenia, w uzwojeniach strony wtórnej nie płyną prądy

• odpowiednie prądy obciążenia poszczególnych transformatorów są ze sobą w fazie

• dla transformatorów wielofazowych - jednakowe grupy połączeń

Do pracy równoległej nie można załączać dowolnych transformatorów. Powinno się je tak dobierać, by zapewniona była jak najkorzystniejsza współpraca pod względem ekonomicznym i możliwość pełnego wykorzystania ich mocy znamionowych.

Właściwy rozdział prądów zapewnia równość procentowych napiec zwarcia. Normy zezwalają na współpracę transformatorów, których przekładnie nie różnią się więcej niż 0,5%.Pojawienie się prądów po stronie wtórnej nieobciążonych transformatorów, oznacza przepływ prądów wyrównawczych i powstanie zbędnych strat mocy w uzwojeniach. Przy obciążeniu takich transformatorów nie będzie można wykorzystać mocy znamionowych wszystkich współpracujących transformatorów. Istnieje możliwość pojawienia się prądów wyrównawczych.

\ Z15.Budowa i charakterystyczne cechy autotransformatora

Autotransformator jest szczególnym rozwiązaniem transformatora dwuuzwojeniowego; występuje w nim tylko jedno uzwojenie podzielone na dwie części. Jeśli pominąć prąd jałowy, straty mocy i strumienie rozproszenia, wówczas zarówno napięcia U₁ i U₂ jak i prądy I₁ i I₂ będą ze sobą w fazie.

Przy takim założeniu

*tzw. moc przechodnia autotransformatora wynosi S = U₁ I₁ = U₂ I₂

*przekładnia

* prądy I = I₂ -I₁, I₂ = S/U₂ , I₁ = S/U₁, I₂ > I₁

W laboratoriach autotransformatory stosuje się do regulacji napięcia przez zmianę położenia punktu A₁

16.Budowa transformatorów trójfazowych i warunki sprowadzenia do jednofazowego

Transformator trójfazowy to jako zestaw trzech transformatorów złączonych wspólnym rdzeniem. Rdzeń takich transformatorów składa się z 3 kolumn oraz jarzma górnego i dolnego. Uzwojenie pierwotne i wtórne każdej fazy nawinięte jest na osobnym słupie rdzenia stalowego. Uzwojenia krążkowe są wykonane z wielu cewek niskiego i wysokiego napięcia umieszczonych na przemian jedna nad drugą.

Na każdej kolumnie umieszcza się uzwojenie pierwotne i wtórne. Uzwojenia górnego napięcia łączy się zwykle w gwiazdę (symbol Y) lub w trójkąt (D), natomiast uzwojenia łączy się w gwiazdę (y), trójkąt (d) lub zygzak (z). To ostatnie połączenie stosuje się przy niesymetrycznych obciążeniach; uzwojenie każdej fazy jest wtedy podzielone na dwie części.

26.Charakterystyka biegu jałowego i zwarcia generatora synchronicznego

Bieg jałowy maszyny synchronicznej to taki, w którym uzwojenie stojana (twornika) jest rozwarte a uzwojenie wirnika jest zasilane prądem wzbudzenia. Napięcie Uo na zaciskach prądnicy jest równe napięciu indukowanemu w uzwojeniu twornika Ef(Uo=Ef). Przy stałej prędkości obrotowej wartość tego napięcia zależy od prądu wzbudzenia. Charakterystyka biegu jałowego ma taki sam przebieg jak charakterystyka magnesowania maszyny

Zależność prądu twornika Iz od prądu wzbudzenia, If przy zwartym uzwojeniu twornika nazywa się charakterystyka zwarcia.

W przypadku maszyn synchronicznych zwarciem jest napędzanie maszyny, kręcenie się, zasilanie obwodu wzbudzenia,zwarcie zacisków stojana.

27.Charakterystyki zewnętrzne i regulacji generatora synchronicznego

Charakterystyka zewnętrzną nazywamy zależność U=f(I) dla If=const i cosφ=const oraz n=cost. Charakterystyka okresla zmiany napiecia na zaciskach uzwojenia twornika od pradu obciążenia.

Charakterystyka zewnętrzna pradnicy nienasyconej

Charakterystyka regulacyjna prądnicy nienasyconej

Pokazuje jak regulowac prad wzbudzenia aby przy zmianie obciążenia i stałych parametrach utrzymac stale napiecie na zaciskach pradnicy.

38.Budowa i efekt działania komutatora

Komutator w maszynie komutatorowej prądu przemiennego pełni role przetwornika częstotliwości .Zamknięte uzwojenie wirnika jest połączone z jednej strony z pierścieniami ślizgowymi a przez te pierścienie ze szczotkami a z drugiej strony ze szczotkami i komutatorem. Komutator jest zbudowany w postaci walca wykonanego z materiału dielektrycznego o wysokiej odporności temperaturowej nałożonego na oś wirnika, na którym umieszczone są wzdłużnie paski przewodnika - najczęściej miedziane, do których podłączone są kolejne uzwojenia wirnika. Energia elektryczna doprowadzana jest - w przypadku silnika, bądź odprowadzana w przypadku prądnicy przez ślizgające się po komutatorze szczotki.

36.Wpływ parametrów zasilania i elementów dodatkowych na charakterystyki maszyny indukcyjnej

-dołącza się do wirnika rezystancje, przez co uzyskujemy przesuniecie wierzchołka, bez zmiany wysokości

-zmieniając napięcie uzyskujemy zmianę wysokości wierzchołka

-zmiana częstotliwości zasilania, która przesuwa prędkość synchroniczna, dzięki czemu mamy regulacje prędkości (tak aby strumień w maszynie był na tym samym poziomie)

41.Charakterystyki ruchowe silników komutatorowych obcowzbudnych

Charakterystyka biegu jałowego prądnicy jest linia prosta ale w wyniku nasycenia i wystapienia sily elektromotorycznej remanentu Ear oraz zjawiska histerezy magnetycznej zakrzywi sie nieznacznie.

Charakterystyka zewnetrzna pradnicy

Charakterystyka mechaniczna silnika obcowzbudnego

43.Budowa i własności silników komutatorowych uniwersalnych

Są to silniki prądu zmiennego. Rdzeń wykonany w formie pakietów z cienkich blaszek .Taki silnik moze byc zasilany pradem zmiennym i stalym .Tego typu silniki są stosowane w sprzecie gospodarstwa domowego oraz w elektornarzedziach. W silniku takim, zasilanym napięciem przemiennym, prąd zmienia się periodycznie, równocześnie w uzwojeniu twornika i uzwojeniu wzbudzenia, zatem kierunek działania momentu pozostaje nie zmieniony. Różnica konstrukcyjna między zwykłym silnikiem szeregowym prądu stałego a silnikiem uniwersalnym polega na tym, że zarówno wirnik, jak i obwód magnetyczny stojana są wykonane w całości z blach magnetycznych.

18. Podstawowe schematy budowy maszyny synchronicznej 3-fazowej.

Maszyny synchroniczne buduje się jako 3-fazowe. Uzwojenie twornika jest w stojanie, a elektromagnesy w wirniku. Magnesy wytwarzają strumień magnetyczny przechodzący przez wirnik i stojan. Dzięki ukształtowaniu nabiegunników i ułożeniu uzwojenia magnesującego otrzymuje się sinusoidalny rozkład indukcji magnetycznej wzdłuż obwodu maszyny.

Jeżeli do uzwojenia twornika jest dołączona impedancja odbiornika to przez uzwojenie płynie prąd trójfazowy. Maszyna synchroniczna pracuje jako prądnica synchroniczna. Płynący przez uzwojenie 3-fazowy prąd wytwarza pole wirujące z prędkością n=60f/p, a więc taka sama prędkość z jaka wiruje strumień magnesów względem nieruchomych uzwojeń. Ze względu na budowę dzielą się na maszyny z biegunami:

-utajonymi: prędkość obrotowa n=3000, liczba par biegunów p=1, najczęściej są to generatory napędzane przez turbiny parowe. Wirnik wykonany jest w kształcie walca, średnica wirnika ok. 1200mm, a długość żelaza wirnika ok. 6m.

-wydatnymi: prędkość obrotowa n<1500, liczba par biegunów p>2, przy małej prędkości obrotowej dopuszczalne są duże średnice (bez obawy narażenia na rozerwanie), są to maszyny o dużych średnicach i małych długościach.

Konstrukcja stojanów musi zapewnić odpowiednią wytrzymałość i sztywność. Nie ma różnic budowy (od asynchronicznych) (przy U=6kV i P=MW), natomiast w turbogeneratorach (U=kV i P=1500MW) wyraźne różnice w uzwojeniach; są zawsze 2-warstwowe, a cewki jednozwojne co jest wymuszone dużym strumieniem magnetycznym, pręty z jakich wykonane są cewki są dzielone na kilka składowych. Mają duży przekrój poprzeczny i są odizolowane od siebie i przeplatane.

19.Zastosowanie maszyn synchronicznych w przetwarzaniu energii.

Są to głównie generatory napędzane turbinami parowymi zwane turbogeneratorami. Prędkość 50 obrotów/s. Napędzane turbinami wodnym hydrogeneratorami prędkości małe.

Budowane są tez silniki zwykle średniej lub dużej mocy o roznej prędkości.

20. Sposób transformacji zmiennych dla jawnobiegunowej maszyny synchronicznej.

Moment: (transformacja Parka)

T=|1/√2, 1/√2, 1/√2 ; cosφ, cos(φ-120), cos(φ-240) ; -sinφ, -sin(φ-120), -sin(φ-240)| *√2/3

Zachodzi związek T T^t=1.

Nowe zmienne i wymuszenia:

T |U₁;U₂;U₃|=|U₀;U_d;U_q| , T |i₁;i₂;i₃|=|i₀;i_d;i_q|=i_sp (prądy rzeczywiste T -> prądy transformowane)

21. Układ obwodów zastępczych maszyny synchronicznej sprowadzonych do wirnika.

Równanie napięciowe: d/dtΨ + Ri = U

d/dt M_ssi_s + d/dt M_swi_w + R_si_s=U_s , d/dt M_wi_w + d/dt M_swi_s + R_wi_w=U_w

Moment: T_e=1/2 |i_s^t, i_w^t| d/dφ |M_ss M_sw ; M_ws M_ww| |i_s ; i_w|

Dla wsp d: L_d d/dt i_d + M_m`d/dt i_w -φ(L_qi_q) + R_si_d = U_d

Dla wsp q: L_q d/dt i_q + φ(L_di_d) + R_si_q = U_q

Dla wirnika: L_w d/dt i_w + M_m`d/dt i_d + R_wi_w = U_w

Taki układ można zinterpretować w formie sprzężonych obwodów: (rys str 5.10)

Ψ_d=L_di_d+M_m`i<sub>w</sub> ; Ψ<sub>q</sub>=L<sub>q</sub>i<sub>q</sub> ; Ψ<sub>w</sub>=L<sub>w</sub>i<sub>w</sub>+M<sub>m</sub>`i_d

22. Równania napięciowe dla maszyny synchronicznej i wyrażenie momentowe.

d/dtΨ_d = -R_si_d + φΨ_q + U_d

d/dtΨ_q = -R_si_q + φΨ_d + U_q

d/dtΨ_w = -R_wi_w + U_w

wyrażenie na moment: T_e = ½ i^t d/dφ M_f i; w nowych współrzędnych: T_e = M_m`i_wi_q + 3∆Mi_di_q

ponieważ 3∆M=L_d-L_q -> T_e = p (Ψ_di_q - Ψ_qi_d)

dla liczb par biegunów p>1: - w równaniach napięciowych wystąpi φ_e=pφ; - w wyrażeniu na moment pomnożone przez p; - jako prędkość obrotową trzeba brać prędkość elektryczna obrotową czyli mechaniczna pomnożoną przez p.

23. Równanie napięciowe i momentowe w stanie ustalonym.

Symetryczne i sinusoidalne zasilanie: U_k=U_mcos(ωt), U_w=U_mcos(ωt-120), U_v=U_mcos(ωt-240)

Prędkość synchroniczna Ω=ω, φ_e=Ωt+φ

Transformacja napięć: |U₀;U_ds;U_qs| = √(3/2) U_m |0; cosφ; -sinφ|

Napięcie U_f jest normalnie stałe w czasie, pozwala to na przewidzenie, że prądy i_ds,i_qs,i_f są stałe w czasie. Równania silnika zredukują się do:

U_ds = R_s i_ds - ωL_q i_qs ; U_qs = R_s i_qs + ωL_dsi_ds + ω L_mi_f gdzie: ωL_ds=X_d, ωL_q=X_q, ω L_mi_f=E

Ostatecznie układ dwóch równań algebraicznych ze zmienną rzeczywistą:

U_ds = R_s i_ds - X_q i_qs ; U_qs = R_s i_qs + X_di_ds +E

Wyrażenie na moment: T_e = (Ψ_di_q - Ψ_qi_d)p = p/ω (U_qi_q-U_di_d) = -p/ω (3/2 U_mE_m sinυ/X_d + ¾ U_m² (1/X_d - 1/X_q) sin2υ); gdy υ<0 T_e>0 silnik, υ>0 T_e<0 prądnica

24. Wzajemny układ wirnika i uzwojeń dla silnika i generatora.

25. Wykres wskazowy dla generatora cylindrycznego i silnika jawnobiegunowego.

28. Parametry stosunkowe X maszyny synchronicznej i zakres zmienności.

Zmienne stosunkowe odnosi się do napięcia nominalnego, a prądy do prądu nominalnego.

U_d/U_n=-X_q/U_n I_n ; U_q/U_n= E/U_n + X_d/U_n I_n

U_dr = -X_qrI_qr ; U_qr = E_r+X_drI_dr ; napięcie względne: U_r=U/U_n ; prąd względny: I_r=i/I_n ; względna reaktancja stosunkowa: X_r=X/X_n

Jawnobiegunowa z klatką: X_dr 0,8:1,7 / X_qr 0,5:1,0

Turbogenerator: X_dr 1,5:2,3 / X_qr ~0,9X_dr

Zaletą jest to że przy różnej budowie parametry stosunkowe zmieniają się nieznacznie

29. Podstawowy schemat maszyny i indukcyjnej 3-fazowej.

Zasilanie jednej ze strony i wykorzystanie efektu indukowania się prądów w zamkniętym obwodzie drugiej strony, gdy porusza się względem pola.

Nieruchomy elektromagnes (zasilany prądem stałym) wytwarza siłę hamującą przewodzącą tarczę, gdy się ona obraca. Prądy w litym materiale tarczy zwane są prądami wirowymi.

Gdy elektromagnes będzie się obracał dookoła osi tarczy, wytwarzany moment przyciągnie tarczę. Jest to sprzęgło indukcyjne.

Maszyna indukcyjna to ruchowe pole magnetyczne wytworzone przez nieruchowe uzwojenie (stojan), które jest sprzężone ze zwartymi obwodami wirnika, ruchome pole można wytworzyć uzwojeniem rozmieszczonym co 120^o (dla p=1). Wirnik także jest 3-fazowo uzwajany (m.pierścieniowa) Lu b ze zwartą klatką (m.klatkowa)

34. Zależność mocy, prądu, sprawności od prędkości maszyny indukcyjnej.

I₀= 30-50% I_sn - prąd biegu jałowego

I_s=1 = 5-6% I_n - prąd przy poślizgu

Silnik pierścieniowy o zwartym wirniku ma złe warunki rozruchowe. Duży prąd mały moment.

Rozdział mocy: moc na zaciskach P_s -> moc zasilania stojana (do stojana:∆P_s=3I_s²R_s) (∆P_FeS) (do wirnika: ∆P_w=3I_w²R_w) P_Ψ -> moc mechaniczna (straty mechaniczne:∆P_m) P_m -> moc użyteczna P_u

P_u/P_s = η = 85-97%

Sprawność rośnie z mocą nominalną maszyn: ∆P_w/P_m = s/1-s ; P_m/P_Ψ = 1/1-s

Moc ,prad, oraz sprawność zalezy od prędkości maszyny indukcyjnej(czesciej od poślizgu)

Dla ω_o=pobierana moc biegu jalowego w miare obciążenia rosnie prawie liniowo jeżeli moment rosnie od zera to prędkość maleje.

Prad nie jest zerowy dla biegu jalowego

Sprawność dla biegu jalowego =zero po stronie wtornej nie pobierana żadna moc sprawność rosnie wraz z obciążeniem potem maleje.

35. Możliwość wyliczenia parametrów maszyny indukcyjnej z danych.

Podstawowe zależności

Prędkość pola stojana n_s=60f_s/p

Prędkość obrotowa wirnika n_r=n_s(1-s)

Poślizg= n_s- n_r/ n_s

M_kr=m*U²_/2ws(x_sr+x_r) moment krytyczny

Obciążalność=M_kr/M_n

Mobr=Φ*I*cos ψ

30. Transformacja zmiennych S doprowadzająca do uroszczenia równań.

Równania ruchu: -trzy niezależne uzwojenia stojana i wirnika, -przepływ niezerowy dla q=1, -liniowość obwodu magnetycznego (stosować można zasadę superpozycji).

Macierzowy układ równań:

stojan: d/dt M_ssi_s + d/dt M_swi_w + R_si_s=U_s

wirnik: d/dt M_wi_w + d/dt M_wwi_w + R_wi_w=U_w

równanie ruchu obrotowego: Jd/dtω = T_e+T_z ; T_e=d/dφE_m = d/dφ(1/2∑∑M_kji_ki_j)

stojan: M_ss= |L_σs00 ; 0L_σs0 ; 00L_σs| + M_s |1 -1/2 -1/2; -1/2 1 -1/2; -1/2 -1/2 1|

wirnik: M_ww= |L_σw00 ; 0L_σw0 ; 00L_σw| + M_w |1 -1/2 -1/2; -1/2 1 -1/2; -1/2 -1/2 1|

wirnik i stojan: M_sw=M_m |cosφ cos(φ+120) cos(φ+240); cos(φ+240) cosφ cos(φ+120) ; cos(φ+120) cos(φ+240) cosφ|

Ze względu na zależność M(φ) układ równań jest nieliniowy. Uproszczenie postaci równań otrzymuje się poprzez transformacje zmiennych z zastosowaniem transformacji S.

|i_s⁰; i_s^I; i_s^II;| = S i_s; |i_w⁰; i_w^I; i_w^II;| = S i_w ; S = 1/√3 |1 1 1 ; 1 a a² ; 1 a² a|

Mnożąc równania dla staojan I wirnika przez S:

d/dt (S M_ss 1/S) (S i_s) + d/dt (S M_sw 1/S) (S i_w) + R_s i_s S = S U_s

d/dt (S M_ws 1/S) (S i_s) + d/dt (S M_ww 1/S) (S i_w) + R_w i_w S = S U_w

równania przyjmują postać:

d/dt |L_σs00 ; 0Lσs+3/2M_s0 ; 00Lσs+3/2M_s||i_s⁰; i_s^I; i_s^II;| + d/dt |000; 0 3/2M_me^jφ0; 00 3/2M_me^jφ||i_w⁰; i_w^I; i_w^II;| + R_s |i_s⁰; i_s^I; i_s^II;| = |U_s⁰;U_s^I;U_s^II| (to samo dla wirnika tylko zmiana kolejności)

wyrażenie na moment: T_e= 3/2M_mI_m(i_s^I i_w^I e^jφ)

32. Schemat zastępczy obwodu maszyny indukcyjnej w stanie ustalonym.

Zasilanie stojana napięciem 3-fazowym , symetrycznym (wirnik zwarty) U_s^I=√(3/2)U_s^Ie^jφt

Przyjmując stałą prędkość obrotową otrzymujemy linowy układ równań: i_s^I=√(3/2)I_s^Ie^jφt (prąd stojana); i_φ^I=√(3/2)I_w^Ie^jφt ( prąd wirnika)

Po ustawieniu równań i podzieleniu przez √(3/2)e^jφt -> jω[(L_σs+L_μ)I_s^I + L_μI_w^I] + R_sI_s¹=Us¹

jω[(L_σw+L_μ)I_w^I + L_μI_s^I] + R_wI_w¹=0

temu układowi odpowiada schemat zastępczy: (oznaczamy X=ωL podobny schemat dla transformatora lecz ze zmienną R`<sub>w</sub>/s) Ponieważ R<sub>w</sub>`/s=R_w`+[R<sub>w</sub>`+1-s/s] nawias ma interpretacje jako moc mechaniczną

33. Wyrażenie określające moment elektromagnetyczny maszyny indukcyjnej.

T_el=3p/ω I_w² R`_w/s, po przekształceniu I_w=U_s¹ c_s / (R_w/s + c_sR_s + jX_zw) ->

T_el= 3p/ω [U_s¹ c_s]² R_w/s / [(R_w/s)² + (c_sR_s + jX_zw)²]
dla R_s=0 : T_e=2T_k [1 / (s/s_k+ s_k/s)] - wzór Klossa

37. podstawowe schematy budowy maszyny komutatorowej.

39.Układy podstawowych obwodów zastępczych w maszynie komutatorowej.

42.równania napięciowe i własności silnikow komutatorowych szeregowych.

na moment:

-duza zmienność obrotów z obciążeniem

-dla małych obciążeń groźba „rozbiegnięcia się”

-zmiana kierunku obrotów tylko zmianą wzajemnego połączenia twornika i wzbudzenia

5

---