Maszyna prądu stałego:

1) Zasada działania

- Prawo Faraday’a

w zamkniętym obwodzie znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym, pojawia się siła elektromotoryczna indukcji równa szybkości zmian strumienia

indukcji pola magnetycznego przechodzącego przez powierzchnię rozpiętą na tym obwodzie.

,

Z fizyki ,l – długośc przewodu w polu B, v – prędkośd przewodu w polu B

w maszynach elektrycznych , Ce – stala maszyny, – strumieo, n – prędkośd *Obr/min+ lub

Siła elektrodynamiczna (magnetyczna) - siła, z jaką działa pole magnetyczne na przewód elektryczny, w którym płynie prąd elektryczny.

podstawiając to do wzoru na moment i po przekształceniach otrzymamy wzór stosowany przy maszynach prądu stałego M-

moment, Cm – współczynnik indukcyjności maszyny, It prąd w uzwojeniach twornika.

Regułę prawej dłoni można opisać w następujący sposób: Jeżeli pole magnetyczne

wchodzi w prawą dłoń, a kciuk pokazuje kierunek ruchu v przewodnika, wówczas

wyciągnięte 4 palce wskazują zwrot linii pola elektrycznego indukcji, powstającego w

przewodniku.

Regułę lewej dłoni można opisać tak: Jeżeli lewą dłoń ustawi się tak, aby linie pola

magnetycznego wnikały w wewnętrzną stronę dłoni, a wszystkie palce z wyjątkiem kciuka –

wskazywały kierunek i zwrot płynącego prądu to kciuk wskaże kierunek i zwrot siły

elektrodynamicznej Fe.

Rys. 1.3 Reguła Fleminga prawej dłoni dla prądnicy (a) i lewej dłoni dla silnika (b)

Indukcja elektromagnetyczna - zjawisko powstawania siły elektromotorycznej w

przewodniku na skutek zmian strumienia pola magnetycznego. Zmiana ta może być spowodowana zmianami pola magnetycznego lub

względnym ruchem przewodnika i źródła pola magnetycznego.

- Siła elektromotoryczna (SEM) czynnik powodujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym równy energii elektrycznej uzyskanej przez

jednostkowy ładunek przemieszczany w urządzeniu (źródle)prądu elektrycznego w przeciwnym kierunku do sił pola elektrycznego

oddziałującego na ten ładunek.

2) Jak działa silnik DC Miedzy biegunami głównymi powstaje strumieo główny . W polu magnetycznym strumienia znajdują się pręty uzwojenia wirnika w których po

przyłożeniu napięcia U popłynie prąd It. wystąpi zatem dynamiczne działanie pola magnetycznego na pręty twornika . Wartośd tej siły wyznaczamy z

zależności F=B∙I∙l (l – długośd pręta, B - indukcja), kierunek tej siły zgodny z regułą lewej ręki. W wyniku działao tej siły powstanie moment

elektromagnetyczny działający na wirnik . Gdy silnik się obraca, w uzwojeniu wirnika indukuje się SEM , po osiągnięciu

prędkości n , SEM równoważy napięcie zasilania obwodu twornika oraz spadek napięcia na rezystancji obwodu twornika. Obroty silnika możemy wyliczyd

ze wzoru n= E/CtΦ= (U-R∙It)/CtΦ .

3) Wyprowadzid wzór na charakterystykę mechaniczną, narysowad i oznaczyd najważniejsze punkty

Z drugiego prawa Kirchhoffa dla obwodu twornika:

(1)

Zatem :

(2)

Przekształcając wzór na SEM indukowaną w wirniku:

(3)

(4)

I podstawiając za E równanie (2) do równania (4) otrzymujemy:

Rysunek 1 Schemat zastępczy maszyny. U - napięcie zasilania obwodu twornika, I - prad twornika, Rr- rezystancja uzwojen twornika, E - SEM, if - prąd wzbudzenia, ϕ - strumieo

Rysunek 2. Charakterystyka mechaniczna. n0 - prędkośd podczas biegu jałowego, Itn - prad znamionowy, nn- predkosc znamionowa, Iz - prąd zwarciowy.

4) Sposoby regulacji prędkości obrotowej

Przez regulacje strumienia (prądu wzbudzenia)

Przez włączenie dodatkowej rezystancji w obwód twornika

Przez zmianę napięcia zasilania twornika

5) Sposoby hamowania silników

Hamowanie prądnicowe - zachodzi wówczas, gdy silnik jest napędzany z prędkością większą od prędkości idealnego stanu jałowego.

Kierunek prądu zmienia się wówczas na przeciwny niż przy pracy silnikowej. Hamowanie prądnicowe może odbywad się na charakterystyce

naturalnej lub przy włączonej szeregowo dodatkowej rezystancji Rd, powodującej większe nachylenie charakterystyki, wskutek czego prędkośd

obrotowa przy hamowaniu określonym momentem jest większa.

Hamowanie przeciwprądem - dokonuje się przez przełączenie napięcia zasilania wirnika lub przez napędzanie silnika w kierunku

przeciwnym do tego, jaki występuje przy pracy silnikowej.

Hamowanie dynamiczne - polega na tym, że e obwód wirnika odłącza się od sieci i zwiera przez, odpowiednio dobraną rezystancje,

uzwojenie wzbudzenia zaś jest nadal włączone do sieci. Maszyna pracuje jako prądnica obcowzbudna na charakterystyce mechanicznej o

nachyleniu zależnym od wartości włączonej rezystancji i prądu wzbudzającego.

6) Regulacja prędkości poprzez zmiany napięcia (plusy, minusy)

7) Regulacja prędkości poprzez włączenie dodatkowej rezystancji w obwód twornika

Regulacja ta jest bardzo nieekonomiczna, przy zmniejszeniu

prędkości do polowy, w oporniku regulacyjnym jest tracone

dodatkowo 50% mocy pobieranej z sieci.

8) Regulacja prędkości poprzez zmianę strumienia wzbudzenia (zjawisko przewrotu - równanie)

Regulacje tą realizuje się za pomocą włączenia dodatkowego

rezystora w obwód wzbudzenia. Moc tracona na tym

rezystorze jest znikomo mała więc regulacja ta jest regulacją

ekonomiczną. Istnieje jednak ryzyko, że przy biegu jałowym

maszyny, jeżeli silnik nie zatrzyma się to przy szczątkowej

wartości strumienia prędkośd obrotowa wzrośnie

wielokrotnie. Przy pracy pod obciążeniem, zbytnie obniżenie

strumienia może spowodowad przewrót tzn, nagły spadek

prędkości obrotowej. W porównaniu do pozostałych metod,

jest to dośd wolna metoda regulacji.

Zjawisko przewrotu - jeżeli podczas pracy to z zależności wynika, że jeżeli osłabiamy strumieo to prąd

twornika rośnie , wzmagając negatywne oddziaływanie twornika. Po osłabieniu strumienia poniżej , prędkośd wirnika zaczyna gwałtownie spadad. Co

wynika ze wzoru na prędkośd obrotową silnika po wprowadzeniu jednostek względnych

⇒

9) Dowolne pytanie – co to jest komutacja?

K. opóźniona – najgorsza – mogą powstawad iskrzenia, niebezpieczeostwo spalenia silnika K. prostoliniowa – najlepsza, niemożliwa do osiągnięcia

K. przyśpieszona – stosowana

Silnik synchroniczny:

1) Jak działa Jeżeli uzwojenie wzbudzające jest zasilane prądem stałym, to wytworzy się strumieo φf. Przy napędzaniu wirnika ze stałą prędkością n, strumieo

magnetyczny skojarzony z daną fazą uzwojenia stojana zmienia się sinusoidalnie i indukuje w tej fazie napięcie, które również zmienia się sinusoidalnie.

Jeżeli w tworniku znajduje się uzwojenie trójfazowe, to indukuje się w nim układ napięd trójfazowych. Maszyna przetwarza doprowadzoną do niej energię

mechaniczną w elektryczną, jest więc prądnicą.

W sytuacji odwrotnej, gdy uzwojenie stojana zasilimy z sieci symetrycznym prądem trójfazowym o częstotliwości f, powstanie pole magnetyczne wirujące

z prędkością

(p – liczba par biegunow). Uzwojenie wirnika jest zasilane za pośrednictwem pierścieni ślizgowych, z oddzielnego źródła prądu

stałego, w wyniku czego w wirniku wytworzy się pole magnetyczne stałe. Wirnik powinien byd tak skonstruowany, aby wytworzona liczba biegunów

magnetycznych była taka sama, jak liczba biegunów magnetycznych wytworzonych przez uzwojenie stojana. Przy nieruchomym wirniku powstaje w tych

warunkach moment przemienny, którego wartośd średnia jest równa zeru (strumieo wirujący napotyka kolejno bieguny różnych znaków pociągając je raz

w jednym, raz w drugim kierunku). Gdyby jednak wirnik doprowadzid do prędkości wirowania pola stojana n, podążałby on za polem magnetycznym

stojana utrzymując się w stanie synchronizmu wskutek działao dynamicznych występujących między polem stojana i wirnika. Tylko w tych warunkach

może powstad moment elektromagnetyczny zwany momentem synchronicznym. Źródło: Maszyny elektryczne. Elżbieta Goźlioska.

Budowa:

Podobnie jak w silniku asynchronicznym, silnik ten zwykle posiada trójfazowe uzwojenie stojana, wytwarzające

magnetyczne pole wirujące. Różnice występują w wirnikach tych silników. Starsze rozwiązania budowy silników

synchronicznych zakładają, że wirnik wykonany jest w postaci uzwojenia nawiniętego na rdzeniu i zasilanego, za

pośrednictwem pierścieni ślizgowych i szczotek, ze źródła prądu stałego lub zmiennego. Wirniki te wykonuje się w dwojaki

sposób, jako: wirniki cylindryczne (z utajonymi biegunami) lub wirniki z biegunami jawnymi.

2) Zdefiniowad kąt mocy (3 def.) 1. Symetralna między biegunem stojana a biegunem wirnika (cos mi tu nie pasuje, chyba powinno byd kąt miedzy osiami pól magnetycznych stojana i

wirnika)

2. kąt zawarty między biegunem siłą wypadkową a składową normalną. 3. kąt zawarty między wektorami U(napięcie fazowe) a Ef (SEM indukowana na uzwojeniu stojana przez strumien magnetyczny wirnika)

Źródło: http://air.edu.pl/download/file.php?id=2003

3) Napisz wzór na moment całkowity (2 składowe)

Na moment całkowity składa się:

Moment elektromagnetyczny (synchroniczny)

Moment reluktancyjny (reakcyjny)

Info dodatkowe:

Moment synchroniczny zależy od prądu wzbudzenia, ponieważ Ef jest funkcją prądu wzbudzenia. Wartośd momentu synchronicznego przy

kącie nazywa się momentem maksymalnym. Wartośc maksymalna momentu synchronicznego zależy od prądu wzbudzenia.

Moment reluktancyjny zależy od różnicy reaktancji synchronicznej podłużnej i poprzecznej. Aby uzyskad dużą wartośd momentu

reluktancyjnego, reaktancja podłużna i poprzeczna powinny znacznie się różnid. W maszynie o równomiernej szczelinie powietrznej (z

wirnikiem cylindrycznym), w której Xd = Xq, moment reluktancyjny nie występuje. Moment reluktancyjny powstaje niezależnie od tego czy

maszyna ma uzwojenie wzbudzające czy nie (brak Ef)

!!! Pytanie dodatkowe: W maszynie oderwał się przewód zasilający wzbudzenie, co się stanie.

Jeżeli jest to maszyna z wirnikiem cylindrycznym to maszyna się zatrzyma, jeżeli jest to maszyna jawno biegunowa to maszyna

dalej będzie się kręcid ponieważ dalej działa moment reluktancyjny.

4) Narysuj charakterystykę momentu synchronicznego dla dwóch składowych.

5) Po co przeprowadzamy badanie eksperymentalne przy biegu jałowym i zwarciu Podczas badao eksperymentalnych przy biegu jałowym i zwarcia wyznacza się charakterystykę biegu jałowego oraz charakterystykę zwarciową.

Z charakterystyki stanu jałowego i charakterystyki zwarcia można wyznaczyd tzw. Stosunek (współczynnik) zwarcia, czyli stosunek prądu wzbudzenia w

stanie jałowym If0 (prąd potrzebny do uzyskania napięcia znamionowego przy biegu jałowym) do znamionowego prądu wzbudzenia przy zwarciu Ifz (prąd

wzbudzenia dla którego w stanie zwarcia płynie prąd znamionowy)

Również z obu charakterystyk można wyznaczyd reaktancje synchroniczną podłużną nasyconą która wynosi:

Reaktancja synchroniczna nienasycona wynosi:

6) Co to jest trójkąt Potier’a (<---wyznaczanie X rozproszenia)

Maszyny asynchroniczne:

1) Twórcy

Tesla

Ferraris

Dobrowolski

2) Zasada działania

- prędkośd wirowania pola wirującego (prędkośd synchroniczna)

-SEM indukowana w nieruchomym wirniku

- SEM indukowana w uzwojeniu stojana

– poślizg

- częstotliwośd napięcia indukowanego w wirniku

- SEM indukowana w wirniku przy dowolnej prędkości n

Indukcja elektromagnetyczna - zjawisko powstawania siły elektromotorycznej w przewodniku na skutek zmian strumienia pola

magnetycznego. Zmiana ta może być spowodowana zmianami pola magnetycznego lub względnym ruchem przewodnika i źródła pola

magnetycznego.

Siła elektromotoryczna (SEM) – czynnik powodujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym[1]

równy energii elektrycznej uzyskanej

przez jednostkowy ładunek przemieszczany w urządzeniu (źródle)prądu elektrycznego w przeciwnym kierunku do sił pola elektrycznego

oddziałującego na ten ładunek.

3) Jak działa

- napiecie do silnika

- powstaje strumien wirujacy

-indukuje się SEM w wirniku

-plynie prad wirnika

-powstaje pole magnetyczne od pradu wirnika

-w szczelinie powietrznej są dwa strumienie, od stojana i od wirnika,które dodaja się geometrycznie

- pod wpływem wypadkowego strumienia i pradu płynącego w wirniku powstają siły F=Bil które tworzą moment.

4) Etapy budowy (wzory) schematów zastępczych

5) Charakterystyka mechaniczna silnika asynchronicznego i oznaczenia charakterystycznych punktów

(Sk=0,5015)

6) Wzór Klossa !!!

7) Sposoby regulacji prędkości obrotowej • Zmieniając częstotliwośd f1 zasilania maszyny asynchronicznej regulujemy prędkością obrotową wirującego pola magnetycznego czyli prędkośd

synchroniczną. Zmiana płynna

• Zmieniając liczbę par biegunów uzwojenia stojana – tylko w silnikach klatkowych.

• Zmieniając rezystancję w obwodzie wirnika, zapewnia stały moment krytyczny silnika, zmienia się charakterystyka mechaniczna, wzrostowi

oporności odpowiada wzrost wartości poślizgu krytycznego. Wzrost poślizgu powoduje liniowy wzrost strat na wirniku i zmniejszenie mocy mechanicznej

(sprawności). Metoda nie jest polecana gdy silnik długo ma pracowad ze zmniejszoną prędkością.

• Zmieniając wartośd napięcia zasilającego stojan – przy tym sposobie prędkośd może byd zmieniana w zakresie prędkości odpowiadającej

zakresowi poślizgów 0<s<skr . Sprawnośd silnika jest tu mała więc metoda nie polecana

8) Rodzaje hamowania

Transformatory:

1) Twórcy I – fazowy – specjaliści Węgierscy

III – fazowy Michał Doliwo - Dobrowolski

2) Do czego służą

Transformator (z łac. transformare – przekształcad) – urządzenie elektryczne służące do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, z zachowaniem pierwotnej częstotliwości. Zwykle zmieniane jest równocześnie napięcie elektryczne (wyjątek stanowi transformator separacyjny, w którym napięcie nie ulega zmianie).

Transformator umożliwia w ten sposób na przykład zmianę napięcia panującego w sieci wysokiego napięcia, które jest odpowiednie do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości, na niskie napięcie, do którego dostosowane są poszczególne odbiorniki. W sieci elektroenergetycznej zmiana napięcia zachodzi kilkustopniowo w stacjach transformatorowych.

3) Rodzaje transformatorów

1. Transformatory energetyczne dwu i trójuzwojeniowe.

2. Autotransformatory

3. Regulatory indukcyjne

4. Przekładniki

5. Transformatory specjalne – spawalnicze, piecowe.

4) Schemat zastępczy

5) Zasada działania

Indukcja elektromagnetyczna - zjawisko powstawania siły elektromotorycznej w przewodniku na skutek zmian

strumienia pola magnetycznego (przepływa on do uzwojeo wtórnych). Zmiana ta może byd spowodowana

zmianami pola magnetycznego lub względnym ruchem przewodnika i źródła pola magnetycznego.

6) Warunki pracy równoległej

7) Kiedy można dołączyd kolejne transformatory (wzór)

8) Transformatory 3-fazowe (najważniejsze bo Doliwo !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!)

Duża litera – pierwotne, mała litera – wtórne, liczba – godzina!!!

Michał Doliwo-Dobrowolski (ur. 2 stycznia 1862 w Gatczynie, zm. 15 listopada 1919 w Heidelbergu) –

elektrotechnik, elektryk i wynalazca pochodzenia polskiego; pionier techniki prądu trójfazowego.

Medal im. Michała Doliwo-Dobrowolskiego

W dniu 2 stycznia 2007 roku Zarząd Główny SEP, na wniosek Oddziału Szczecińskiego oraz Centralnej

Komisji Młodzieży i Studentów SEP, ustanowił Medal im. Michała Doliwo-Dobrowolskiego i powołał

Ogólnopolski Komitet ds. medalu z siedzibą w Szczecinie.