Hobi Elektronika - Asihrone Mašine

  • Published on
    14-Oct-2015

  • View
    29

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

elektrotehnika

Transcript

<ul><li><p>ASINHRONE MAINE</p></li><li><p>2 </p><p>SADRAJ</p><p>1 ASINHRONE MAINE ............................................................................................... 4</p><p>1.1 Namotaji maina za naizmeninu struju.................................................................... 4</p><p>1.2 Elektromotorna sila ................................................................................................... 5</p><p>1.2.1 Elektromotorna sila jednog provodnika ............................................................. 6</p><p>1.2.2 Elektromotorna sila jednog navojka i jednog navojnog dela ............................. 8</p><p>1.2.3 Pojasni navojni sainilac .................................................................................... 8</p><p>1.2.4 Tetivni navojni sainilac .................................................................................. 10</p><p>1.2.5 Izraz elektromotorne sile namotaja jedne faze................................................. 11</p><p>1.2.6 Trofazni namotaj .............................................................................................. 11</p><p>1.3 Magnetopobudna sila............................................................................................... 12</p><p>1.3.1 Naizmenino polje ........................................................................................... 13</p><p>1.3.2 Obrtno polje ..................................................................................................... 13</p><p>1.3.3 Jednofazno polje............................................................................................... 15</p><p>1.3.4 Izraz magnetopobudne sile............................................................................... 16</p><p>1.4 Osnovni tipovi i karakteristike ................................................................................ 16</p><p>1.4.1 Trofazni motor sa namotanim rotorom ............................................................ 17</p><p>1.4.2 Trofazni motor sa kratkospojenim rotorom ..................................................... 17</p><p>1.5 Osnovni princip rada ............................................................................................... 17</p><p>1.6 Ekvivalentna ema asinhrone maine ...................................................................... 19</p><p>1.7 Bilans aktivne snage ................................................................................................ 20</p><p>1.8 Karakteristika momenta asinhronog motora ........................................................... 21</p><p>1.9 Karakteristika struje rotora ...................................................................................... 24</p><p>1.10 Stabilnost pogona................................................................................................. 25</p><p>1.11 Pokretanje asinhronih motora .............................................................................. 26</p><p>1.11.1 Pokretanje asinhronih maina sa namotanim rotorom.................................. 27</p><p>1.11.2 Pokretanje asinhronih maina sa kratkospojenim rotorom........................... 29</p><p>1.11.3 Simulacija pokretanja asinhronih maina ..................................................... 32</p><p>1.12 Regulisanje brzine obrtanja asinhronih motora ................................................... 34</p><p>1.12.1 Regulisanje brzine asinhronih maina sa namotanim rotorom..................... 35</p></li><li><p>31.12.2 Regulisanje brzine asinhronih maina sa kratkospojenim rotorom.............. 35</p><p>1.13 Vii harmonici...................................................................................................... 39</p><p>1.13.1 Vii prostorni harmonici (za osnovni vremenski) ........................................ 39</p><p>1.13.2 Vii vremenski harmonici (za osnovni prostorni) ........................................ 41</p><p>1.13.3 Asinhroni momenti ....................................................................................... 42</p><p>1.13.4 Sinhroni momenti ......................................................................................... 43</p><p>1.13.5 Sile vibracija ................................................................................................. 43</p><p>1.13.6 Mere za smanjenje uticaja viih harmonika ................................................. 43</p><p>1.14 Obrtni transformator ............................................................................................ 44</p><p>1.15 Jednofazni asinhroni motori................................................................................. 46</p><p>1.16 Asinhroni generator ............................................................................................. 48</p><p>1.17 Literatura.............................................................................................................. 51</p></li><li><p>41 ASINHRONE MAINEAsinhrona maina se u primeni najee susree kao motor, i to trofazni. Tipini jepredstavnik elektrine maine male snage koja se obino pravi u velikim serijama.Prednosti asinhronih maina, u odnosu na ostale vrste elektrinih maina, su prvenstvenomanja cena, jednostavnost konstrukcije, manji momenat inercije, robusnost, pouzdanost isigurnost u radu, lako odravanje, dok su nedostaci vezani uglavnom za uslove pokretanjai mogunost regulisanja brzine obrtanja u irokim granicama. Primena mikroprocesora ienergetske elektronike omoguila je ekonomino upravljanje motorima za naizmeninustruju i time konkurentnost i u podruju pogona sa promenljivom brzinom.</p><p>Slika 1-1 a) niskonaponski motor b) visokonaponski motor</p><p>Pre nego to se detaljnije upoznamo sa radom asinhrone maine, bie dat osnovni opisnamotaja maina za naizmeninu struju.</p><p>1.1 Namotaji maina za naizmeninu strujuElektrine maine za naizmeninu struju obino imaju dva namotaja, induktor i indukt(Tabela 1-1).</p><p>Induktor (pobuda, primar u analogiji sa transformatorom) namotaj kroz koji prolazielektrina struja i stvara magnetsko polje koje magneti itavo magnetsko kolo maine.</p><p>Indukt (sekundar u analogiji sa transformatorom) namotaj u kome se pod uticajempromena magnetskog fluksa induktora indukuju elektromotorne sile (ems), a ako jeelektrino kolo namotaja zatvoreno, i struje.</p><p>Namotaji mogu biti namotani na istaknute polove ili smeteni u lebove koji su aksijalnopostavljeni po obimu induktora ili indukta. Namotaji za naizmeninu struju su uvekrasporeeni u lebove.</p></li><li><p>5Tabela 1-1 Namotaji maina za naizmeninu struju</p><p>Maina /namotaj</p><p>Induktor(smetaj, oblik struje)</p><p>Indukt(smetaj, oblik struje)</p><p>asinhrona stator, naizmenini rotor, naizmenini</p><p>sinhrona rotor, jednosmerni stator, naizmenini</p><p>Za predstavljanje namotaja upotrebljavaju se razvijene i krune eme. Razvijena ema sedobija kada se cilindrina povrina statora i rotora, gledano sa strane lebova, presee pojednoj izvodnici i razvije u jednu ravan. Krune eme prikazuju ili izgled namotaja statoraili rotora sa bone strane, ili njihov radijalni presek.</p><p>Standardne oznake krajeva namotaja trofaznih naizmeninih maina su: </p><p>Tabela 1-2 Oznake krajeva namotaja trofaznih naizmeninih maina</p><p>namotaj nova oznaka stara oznaka</p><p>statora</p><p>U2U1,</p><p>V2V1,</p><p>W2W1,</p><p>XU,</p><p>YV,</p><p>ZW,</p><p>rotora</p><p>asinhrona maina</p><p>K2K1,</p><p>L2L1,</p><p>M2M1,</p><p>xu,</p><p>yv,</p><p>zw,</p><p>rotora (pobudni)</p><p>sinhrona maina P2P1, KI,</p><p>Namotaj pobude (induktora) asinhrone maine smeten je u otvorene ili poluzatvorenelebove statora. Namotaj indukta je smeten na rotoru. S obzirom na nain izvoenjanamotaja rotora (indukta), razlikujemo dva osnovna tipa asinhronih maina:</p><p> sa namotanim rotorom (klizno-kolutne) i kratkospojenim rotorom (kavezne).</p><p>1.2 Elektromotorna sila Naizmeninu elektromotornu silu (ems) karakteriu veliina, uestanost (frekvencija) ioblik. Veliinu i uestanost nije teko postii, dok je znatno tee postii eljeni oblik.Obino se eli postii harmonian oblik, to vodi na potiskivanje (suzbijanje) harmonikavieg reda.</p><p>U daljem izlaganju uglavnom emo se ograniiti na osnovni harmonik.</p></li><li><p>61.2.1 Elektromotorna sila jednog provodnikaNa slici 1-2 prikazan je stator sa dva leba sa po jednim provodnikom po lebu i rotor kojiima dva istaknuta magnetska pola ( N i S ) od permanetnih magneta.</p><p> N S</p><p>N S</p><p> v</p><p> Enav Epr</p><p> Epr</p><p> y = </p><p>ROTOR</p><p> STATOR</p><p> meugvoe</p><p> Bm</p><p>Slika 1-2 Stator sa dva leba</p><p>Uzmimo da se magnetsko polje u meugvou (zazoru) menja po harmoninom zakonu.Harmonina raspodela magnetskog polja postie se podesnim oblikom polnih nastavaka.Fluks u osi pola, gde je meugvoe najmanje, je maksimalan. Trenutna vrednostindukcije bie: ( ) sinmBtb = , gde je ugao raunat od ose koja deli dva pola. Ovdetreba obratiti panju na injenicu da je tzv. elektrini ugao, jer se elektrina slika</p></li><li><p>7ponavlja za svaki par polova. Ako sa p oznaimo broj pari polova, odnos izmeuelektrinog ugla i mehanikog ugla je sledei: p= .Odnos izmeu maksimalne mB , efektivne B i srednje vrednosti indukcije srB zasinusni oblik je sledei:</p><p>11,122</p><p>222,</p><p>2==&gt;=== f</p><p>srmsr</p><p>m kBBBBBBB</p><p>gde je fk sainilac oblika (odnos izmeu efektivne i srednje vrednosti).</p><p>Na prethodnoj slici sa y je oznaen navojni korak, tj. rastojanje izmeu dva provodnikakoji se povezuju u jedan navojak, dok je sa oznaen polni korak, tj. rastojanje izmeuosa susednih polova.</p><p>Kada se rotor obre on nosi sa sobom magnetsko polje, koje see provodnike nepokretnogstatora i u njima indukuje ems.Trenutna vrednost ems jednog provodnika je:</p><p>( ) ( )tbvlte spr =gde je ls svedena duina provodnika (onaj deo duine provodnika koji preseca magnetskopolje).</p><p>Efektivna vrednost ems se obino izraava preko srednje vrednosti fluksa po polu :</p><p>fssrp k</p><p>BlBS == .</p><p>Izrazimo sada iz prethodnog izraza efektivnu vrednost indukcije:</p><p> sf lkB =</p><p>Za polni korak imamo:</p><p>pd2 =</p><p>Za brzinu imamo:</p><p>fp</p><p>fdp</p><p>fdp</p><p>ddv em 22222 =====</p><p>gde se indeks m odnosi na mehanike, a indeks e na elektrine veliine.Kada je raspodela fluksa harmonina efektivna vrednost elektomotorne sile po provodnikuje:</p><p>=== ffkl</p><p>fklBvlE fs</p><p>fsspr 22,222 </p></li><li><p>81.2.2 Elektromotorna sila jednog navojka i jednog navojnog delaNavojak obrazuju dva redno vezana provodnika, koji se nalaze u istim poloajima pod dvasusedna (razliita) pola. Ako je navojni korak jednak polnom koraku, tj. y = , navojaknazivamo dijametralnim (prenikim), zato to kod dvopolne maine (p=1) navojak leina preniku statora.</p><p>Poto su dva provodnika redno vezana u navojak njihove ems se sabiraju, pa je ems ponavojku jednaka:</p><p>prnav EE 2=Obino se u leb stavlja vie provodnika. </p><p>Navojni deo obrazuje vie redno povezanih navojaka iji se provodnici nalaze u dva lebapod suprotnim polovima. Ems po navojnom delu 1E , iznosi:</p><p>prz ENE 21 =</p><p>gde je sa zN oznaen broj provodnika u lebu</p><p>1.2.3 Pojasni navojni sainilacAko maina ima p pari polova, onda moemo u lebove pod svaki par polova postaviti pojedan ili vie navojnih delova, koji se veu na red. </p><p>Uvedimo sada sledee oznake: Z za ukupni broj lebova, z za broj lebova po polu( pZz 2= ), q za broj faza, a m za broj lebova po polu i fazi ( pqZm 2= ). Ako je 1=monda se radi o koncentrisanom namotaju, dok ako je m &gt; 1 ima se raspodeljen namotaj. Usluaju koncentrisanog namotaja, svi navojni delovi nalaze se u relativno istom poloaju uodnosu na polove, pa e ems takvog namotaja sa p navojnih delova biti:</p><p>prz ENpEpE 21 ==Obino se namotaj pravi kao raspodeljen (m&gt;1), kako bi se povrina statora ili rotora tobolje iskoristila i da bi se dobila to vea ems. U ovom sluaju se uzima vie navojnihdelova pod jednim parom polova, tako da taj deo namotaja zauzima itav pojas po obimustatora. U daljnjoj analizi pretpostaviemo da je navojni korak jednak polnom koraku.Kada se m navojnih delova vee na red, moemo efektivnu vrednost ems svakog navojnogdela predstaviti vektorima 1E , koji su meusobno pomereni za ugao izmeu dva leba,</p><p>Zpp</p><p>o360== . Ukupna ems svih m navojnih delova nee biti jednaka aritmetikom zbiru ems pojedinihnavojnih delova, ve njihovom vektorskom zbiru. Dakle, pojavie se izvesni gubitak uems usled razliitog poloaja pojednih navojnih delova (lebova) u odnosu na pol.</p></li><li><p>9 0</p><p> b</p><p>1E</p><p> mE</p><p>a</p><p> c</p><p>1E</p><p> m</p><p>Slika 1-3 Ems pojedinih navojnih delova i njihov vektorski zbir za4,12,152436013,22,24 ====&gt;=== mzqpZ oo </p><p>Centralni ugao izmeu prenika je , a ukupni centralni ugao je m .Odnos izmeu vektorskog, Em i aritmetikog zbira ems navojnih delova naziva se pojasninavojni sainilac, pk :</p><p>2sin</p><p>2sin</p><p>2sin0a</p><p>2sin0a</p><p>abac</p><p>2</p><p>211 </p><p>m</p><p>m</p><p>m</p><p>m</p><p>mEm</p><p>E</p><p>EmEk</p><p>m</p><p>mp =====</p><p>Da bi ovaj obrazac bio podesniji za praktinu primenu, izraziemo ugao pomou brojalebova po polu, z.</p><p>zpzp</p><p>Zpp ====</p><p>222</p><p>Unosei ovu vrednost u izraz za pk dobijamo:</p><p>21sin</p><p>2sin</p><p>=z</p><p>m</p><p>zm</p><p>k p</p><p>Za trofazni namotaj imamo da je 31=zm , pa u tom sluaju vredi:</p><p>61sin</p><p>5,0</p><p>mm</p><p>k p = .</p></li><li><p>10</p><p>1.2.4 Tetivni navojni sainilacPri stvaranju magnetskog polja uvek teimo da ono bude harmonino, meutim onopraktino uvek manje ili vie odstupa od harmoninog oblika. Npr. ako povrina polnihnastavaka lei na krugu koncentrinom sa unutarnjim krugom statora, onda se oni u delukrune eme mogu predstaviti ravni (slika 1-4). U ovom sluaju, meugvoe je stalneduine, pa je isti magnetski otpor pod itavim polnim nastavkom, pa se fluks podpolovima moe predstaviti pravougaonom funkcijom.</p><p>Poto je periodina funkcija simetrina u odnosu na koordinatni poetak i u odnosu naapsisnu osu, harmoniki red e sadravati samo sinusne neparne lanove.</p><p>Ako elimo da se oslobodimo nekog harmonika, na primer petog, onda navojni koraktreba da bude manji od polnog, tj. provodnik koji se nalazi pod junim polom treba dadoe na ono mesto gde peti harmonik ima ima isti smer kao pod severnim. Kadapostavimo navojak na to mesto, tako da je navojni korak manji od polnog, onda su emsusled petog harmonika ( 5prE ) u provodnicima pod raznim polovima istog smera, pa se uzajednikom kolu navojka ponitavaju. Poto kod dvopolne maine ( 1=p ) navojak saskraenim korakom lei na tetivi kruga, onda se ova vrsta namotaja naziva tetivni namotajili namotaj sa skraenim navojnim korakom. Dobitak na smanjenju sadraja viihharmonikih lanova i kraim bonim vezama se plaa izvesnim gubitkom na veliiniems, jer je u levom provodniku ems usled osnovnog harmonika maksimalna, dok je udesnom je manja.</p><p> N S</p><p>prE</p><p>prE</p><p>tnavE ,</p><p> a) b)</p><p>+ _</p><p>Slika 1-4 Ems navojka tetivnog namotaja</p><p>Prema slici 1-4 b) za ems navojka tetivnog namotaja imamo:</p><p>2sin2</p><p>2sin2, == </p><p> yEEE prprtnav</p></li><li><p>11</p><p>Odnos izmeu vektorskog i algebarskog zbira ems po provodniku predstavlja tetivninavojni sainilac:</p><p>2sin</p><p>2, == </p><p>yE</p><p>Ek</p><p>pr</p><p>tnavt .</p><p>To znai da se ems tetivnog navojka dobije kada se ems prenikog navojka ( prnav EE 2= )pomnoi sa tetivnim navojnim sainiocem:</p><p>prttnav EkE 2, = .</p><p>1.2.5 Izraz elektromotorne sile namotaja jedne fazeU optem sluaju ems namotaja jedne faze je</p><p>= NfkE 22,2gde je k rezultantni navojni sainilac, koji je jednak proizvodu pojasnog i tetivnognavojnog sainioca:</p><p>tp kkk = (za koncentrisani namotaj 1=pk , a za preniki namotaj 1=tk ) , a N predstavlja ukupan broj provodnika namotaja, tj. proizvod broja polova, 2p, brojalebova po polu i fazi, m, i broja provodnika po lebu, zN :</p><p>zNmpN 2= .Ako hoemo da dobijemo to veu ems prelazimo sa koncentrisanog na raspodeljeninamotaj, ali ipak ems ne moe biti m puta vea. Pojasni navojni sainilac srazmeran je naneki nain vremenu koje je potrebno da maksimum polja doe iz ose jednog u osusledeeg leba. Tetivni navojni sainilac utie tako da je ems jo neto manja. Dakle, ako se umesto koncentrisanih dijametralnih namotaja upotrebljavaju ras...</p></li></ul>