merenje neelektricnih velicina

5/21/2018 Merenje neelektricnih velicina

1/40

MERENJE

NEELEKTRINIH

VELIINA


2/40

2

SADRAJ

1 MERENJE NEELEKTRINIH VELIINA ................................................................. 4

1.1 Termika ispitivanja ................................................................................................... 4

1.1.1 Temperaturne klase izolacije............................................................................... 4

1.1.2 Merenje temperature ........................................................................................... 61.1.2.1 Primena termometara................................................................................... 6

1.1.2.2 Metoda promene otpora ............................................................................... 6

1.1.2.3 Metoda ugraenih pokazivaa ..................................................................... 7

1.1.2.4 Osnovno o propisima................................................................................... 9

1.2 Merenje brzine obrtanja............................................................................................ 10

1.2.1 Tahometri .......................................................................................................... 10

1.2.1.1 Centrifugalni .............................................................................................. 11

1.2.1.2 Integralni.................................................................................................... 11

1.2.1.3 Sa vihornim strujama ................................................................................. 11

1.2.1.4 Kvarcni....................................................................................................... 11

1.2.1.5 Stroboskopska metoda pomou stroboskopske lampe............................... 11

1.2.2 Merenje klizanja asinhronih maina.................................................................. 12

1.2.2.1 Odreivanje klizanja preko rotorskih veliina...........................................13

1.2.2.2 Stroboskopski postupak ............................................................................. 13

1.2.3 Tahometarski generatori....................................................................................141.2.3.1 Tahometarski generator jednosmerne struje (dinamo) ..............................14

1.2.3.2 Tahometarski generator sinhronog tipa (alternator) .................................. 15

1.2.3.3 Tahometarski generatori asinhronog tipa ..................................................15

1.2.4 Impulsno merenje brzine obrtanja..................................................................... 16

1.3 Merenje momenta i odgovarajue snage .................................................................. 17

1.3.1 Mehanike konice............................................................................................ 17

1.3.2 Hidrauline konice ..........................................................................................18

1.3.3 Magnetne konice ............................................................................................. 18


3/40

3

1.3.4 Elektrodinamometar ..........................................................................................18

1.3.5 Torziometri........................................................................................................ 20

1.4 Elektrine maine sa poznatim gubicima .................................................................20

1.4.1 Karakteristike momenta generatora jednosmerne struje...................................23

1.5 Mehanika naprezanja .............................................................................................. 25

1.5.1 Ispitivanje mehanikih naprezanja transformatora ........................................... 25

1.5.2 Ispitivanje mehanikih naprezanja obrtnih maina ........................................... 26

1.6 Odreivanje stepena iskorienja ............................................................................. 26

1.6.1 Direktna metoda ................................................................................................ 27

1.6.2 Indirektne metode.............................................................................................. 27

1.6.2.1 Metoda povratnog rada .............................................................................. 28

1.6.2.2 Metoda odvojenih gubitaka ....................................................................... 29

1.7 Buka transformatora i elektrinih maina................................................................. 29

1.7.1 Osnovni pojmovi o zvuku................................................................................. 29

1.7.2 Uzroci o naini umanjenja buke........................................................................ 30

1.7.3 Buka transformatora..........................................................................................31

1.7.4 Buka elektrinih maina.................................................................................... 32

1.7.5 Merenja buke..................................................................................................... 33

1.7.5.1 Merenje buke transformatora..................................................................... 35

1.7.5.2 Merenje buke obrtnih elektrinih maina .................................................. 39

1.8 Literatura .................................................................................................................. 40


4/40

4

1MERENJE NEELEKTRINIHVELIINA

Sa stanovita prouavanja rada, svojstava i ispitivanja elektrinih maina i transformatora

veoma su interesantne sledee neelektrine veliine: temperatura, brzina obrtanja, klizanje,

moment i korisna snaga motora, moment inercije i buka.

1.1 Termika ispitivanja

Poznavanje termikih prilika i ponaanja elektrinih maina i transformatora je od

velikog znaaja, kako za proizvoae, tako i za korisnike ovih ureaja. Za analizutermikih procesa, proizvoai elektrinih maina i transformatora koriste sloene

numerike postupke i raunare visokih performansi.

Zagrevanje, ivotni vek i naznaena (nominalna, nazivna) snaga su usko povezani

pojmovi. Izolacija maine stari sa vremenom, to najvie zavisi od temperature, a zatim od

dielektrinih i mehanikih naprezanja, agresivnih uticaja sredine i vlage. Pod uticajem

poviene (odnosno sniene) temperature ubrzavaju se (odnosno usporavaju) hemijski

procesi koji izazivaju promene fizikih osobina izolacije (mehanike i dielektrine

vrstine). Prema empirijskom pravilu, za svako povienje temperature od K8 , vek trajanja

izolacije smanjuje se na polovinu i obrnuto, u odnosu na vek izolacije kod propisom

dozvoljene maksimalne temperature. Dakle, vek trajanja izolacije, pa prema tome i maine,zavisi od radne temperature maine. Srednja vrednost veka trajanja dananjih elektrinim

maina i transformatora iznosi nekoliko decenija.

Naznaena snaga je ona snaga koja je navedena na natpisnoj ploici ureaja, dok je

stvarna snaga je ona pri kojoj su zagrevanja maine jednaka dozvoljenim. Ako se maina

optereena naznaenom snagom greje vie nego to je dozvoljeno, to znai da je njena

stvarna snaga manja od naznaene, i obrnuto. Sa stanovita korisnika prihvatljivo je da

stvarna snaga bude vea od naznaene snage, a u suprotnom, zavisno od veliine razlike

ovih snaga, moe doi do pregovora izmeu proizvoaa i kupca vezano za umanjenje

cene maine.

Termiko ispitivanje moe trajati i vie od desetak sati, zato su od velikog znaajametode koje trajanje ispitivanja skrauju.

1.1.1 Temperaturne klase izolacije

Pri procesu preobraaja energije u elektrinim mainama i transformatorima jedan

deo energije se pretvara u toplotu, to sa stanovita korisnika predstavlja gubitke. Toplota

proizvedena gubicima zagreva delove maine (magnetno kolo, namotaji, izolacija, sud) i

izaziva povienje njihove temperature u odnosu na okolnu sredinu (ambijent). Povienje

temperature, u optem sluaju, zavisi od veliine i vremenske funkcije optereenja (trajni

rad, ciklini rad i rad u vanrednim uslovima) i naina i efikasnosti hlaenja. Preoptereenjai poremeaji u hlaenju dovode do neeljenih povienih zagrevanja maine. Do poremeaja


5/40

5

u hlaenju moe doi usled smanjenja brzine ili koliine rashladnog sredstva, izostavljanja

ili naopako montiranih ventilatora i sl. Sa porastom snaga maina problem zagrevanja

postaje sve izraeniji, jer su gubici priblino srazmerni sa zapreminom, a odvoenje toplote

sa povrinom.

Oznake koje emo koristiti za pojedine pojmove su sledee:

temperatura u uobiajenom smislu: Co , apsolutna temperatura: [ ]KT , porast temperature u odnosu na okolinu (ambijent): [ ] a =K i razlika dvaju temperatura na bilo kom mestu: [ ] 21K = .

U odnosu na gubitke usled magneenja i mehanike gubitke, gubici u usled optereenja

(gubici u namotajima) su znaajniji po veliini i posledicama, budui da se oni direktno

prenose na izolaciju provodnika, koja termiki gledano, predstavlja najosetljiviji deo

maine. Izolacioni materijali su svrstani po klasama (grupama) s obzirom na njihove

termike karakteristike u tzv. Temperaturne klase izolacije, TKI. Propisima je definisano

najvie dozvoljeno povienje temperature pojedine klase u odnosu na okolinu (tabela..).Maina termiki zadovoljava u pogledu izolacije ako je dobijena vrednost maksimalnog

povienja temperature iz ogleda zagrevanja ( )m manja ili jednaka dozvoljenommaksimalnom povienju temperature, .dozv , odreenog na temelju TKI.

Tabela 1-1 Klasifikacija izolacionih materijala prema temperaturnim klasama izolacije

Klasaizolacije

Maksimalnadozvoljena

temperatura

Izolacioni materijal

(* nisu u toj klasi uopteno

prihvaeni)

Primena

Y 90oCpamuk, papir, prepan, svila,

drvo, najlon

neimpregnirano,

neuronjeno

A 105oCpamuk,papir,prepan, svila,

drvo, najlon, perlon

namoti impregnirani uljnim

lakovima ili uronjeni u ulje

E 120oC*lakirana ica sa sintetikim

lakom *pertinaks, poliesterne

smole

namoti impregnirani

vetakim smolnim

lakovima

B 130o

C

anorganski materijali:

staklena vlakna, azbest,

namoti impregnirani

sintetikim lakovima

F 155oC staklena vlakna, azbest, tinjac

namoti impregnirani

epoksidnim i

poliesternim smolama

klase F

H 180oCstaklena i azbestna vlakna,

tinjac

namoti impregnirani

silikonskim smolama

Cpreko

180

o

C

tinjac, porculan, keramiki

materijali, staklo, kvarc

maksimalna temperatura

ograniena samo fizik. i elektr.

svojstvima pri radnoj temperaturi


6/40

6

1.1.2 Merenje temperature

Cilj ogleda zagrevanja je proveravanje povienja temperature u odnosu na rashladni fluid.

Zato moramo poznavati temperature kako pojedinih delova maine, tako i temperaturu

rashladnog srerdstva, odnosno temperautru okoline. Kod odre

ivanja temperature namotajasluimo se metodom porasta otpora i ugraenim detektorima temperature.

1.1.2.1 Primena termometara

Termometrima merimo temperaturu pristupanih delova (magnetnog kola, leita,

komutatora, prstenova, eventualno namota) i okoline. Bolje je upotrebiti termometar sa

alkoholom nego sa ivom, naroito ako se merenja vre na mestima gde postoje

naizmenina ili obrtna magnetna polja usled kojih se u ivi indukuju ems i vihorne struje

koje ivu zagrevaju, to uzrokuju poveanje pokazane temperature u odnosu na stvarnu.Zatim, u sluaju loma, postoji i mogunosti upadanja kapljica ive u mainu, koje je vrlo

teko odstraniti i koje mogu da dovedu do kratkog spoja izmeu delova koji su pod

naponom. Danas su u primenjuju precizni digitalni termometri, koji imaju posebne

nastavke za merenje temperature vrstih delova, odnosno tenosti i fluida.

Prilikom merenja prislanjanjem na pristupane povrine mora se obezbediti dobar termiki

kontakt, a prilikom merenja temperature okoline potrebno je izbei uticaj zraenje same

maine ili strujanja vazduha. Dodatno, potrebno je voditi rauna i o eventualnim padovima

temperature kroz materijale od rezervoara termometra do povrine ije se temperatura meri

(izolacija namota, filc).

1.1.2.2 Metoda promene otpora

Ova metodom se zasniva na poveanju omskog otpora provodnika usled zagrevanja, a

pomou nje se odreuje srednja temperatura namota. Greka ove metode je C105o .

U prvoj aproksimaciji, otpor se moe da prikazati kao linearna funkcija temperature:

( ) ( ) ,1 00 += RRR

gde su 0R i 0 vrednost otpora i temperaturnog sainioca pri temperaturi od C0o , a sa

je oznaena temperatura u stepenima Celzijusa.

Imamo =0 1 / 235 za bakar, 1 / 225 za aluminijum, 1/ 260 za platinu.

Neka je hladno stanje karakterisano sa hhR , a toplo (zagrejano) stanje karakterisano sa

ttR , . Potrebno je obratiti panju da temperatura okoline (ambijenta), a , u optem

sluaju nije identina sa temparaturom namota u hladnom stanju. Prihvatljivo je

Coah 2+ .

Za namot nainjen od bakra vredi sledei odnos vrednosti otpora u toplom i hladnom

stanju:


7/40

7

.235

235

h

t

h

t

R

R

+

+=

Nepoznata temperatura u toplom stanju namota od bakra, t , se dobija iz:

( ) .235235 += hh

tt

RR

Ako pretpostavimo da je temperatura u hladnom stanju, h , tano poznata, apsolutna

greka pri odreivanju temperature u toplom stanju je:

( ) .235

+

+=

t

t

h

htt

R

R

R

R

Vidljivo je da je greka koju inimo pri odreivanju temperature jako zavisna o greci

uinjenoj merenjem otpora namota.

Ako pretpostavimo da su otpori tano hR i tR tano izmereni, a da je temperatura h

izmerena sa grekom h , za apsolutnu greku temperature u toplom stanju dobija se:

.h

tht

R

R=

Merenje otpora u toku rada mogue je kod svih namota napajanih jednosmernom strujom

(statorskih i rotorskih). Kod rotorskih namota (induktori sinhronih maina) prikljuenje

voltmetra vri se pomou metalnih etkica (ploastih, mreastih i sl.) privrenih na

izolovanim draima pomou kojih se one prisloe na kontaktne prstenove u toku merenja.

Merenje otpora statora maine za naizmeninu struju moe da se izvri samo na krajuispitivanja, pri iskljuenoj i zaustavljenoj maini. Merenje temperature obrtnih delova

pomou termometara ili promene otpora, ako je struja naizmenikna, zahteva zaustavljanje

maine. Budui da se zaustavljena maina hladi, nastoji se da se to pre po zaustavljanju

izmeri temperatura. Ako je vremenski perid od zaustavljanja do trenutka merenja dui od

15 do 20 sekundi, vri se ekstrapolacija krive hlaenja i tako odredi temperatura u trenutku

iskljuenja. Otpor namota se pritom meri najmanje tri puta, po mogunosti u istim

vremenskim intervalima, ije trajanje nije due od vremena potrebnog za obavljanje prvog

merenja, a ne sme da bude due od 2 minute

1.1.2.3 Metoda ugraenih pokazivaa

Ovom metodom moe se izmeriti temperaturu najtoplije take. Pokazivai (detektori) su

elementi malih dimenzija koji su povezani sa preciznim instrumentima radi merenja

lokalne temperature. Tokom proizvodnje ili popravke ugrauje se izvestan broj pokazivaa

na odreena mesta maine u kojima se oekuju najvea zagrevanja.

Razlikujemo dva osnovna tipa pokazivaa: otpornike termometre i termospregove.

Otporniki termometri mere temperaturu zagrejanog mesta, dok termospregovi mere

povienje temperature iznad okoline, koje propisi i definiu. Zbog vie tanosti merenja

(greka od 1 do %2 ) i manje strogih zahteva u pogledu mernog pribora, danas se gotovoiskljuivo koriste otporniki termometri. Dodatno, pri slabljenju kontakta otpornika


8/40

8

metoda pokazuje viu temperaturu , pa su maine na taj nain preventivno zatiene.

Zavisno od mesta na koje se ugrauju, primenjuju se pljosnati i cilindrini otporniki

termometri. Pljosnati su oblika uzane tanke trake od tvrdog izolacionong materijala na koju

je bifularno namotana tanska platinasta ili bakarna ica, a sve to je obloeno izolacionim

materijalom. Namenjeni su za ugradnju u lebovima izmeu slojeva ili na dno leba. Kod

cilindrinog je platinska ili bakarna ica namotana oko tapa i hermetiki zatvorena umetalnoj futroli). Ovi termometri su pogodni za merenje temperature rashladnog fluida,

gasa ili tenosti u cevima.

Standardizovana vrednost otpora na Co0 je 100 . Za platinski materijal, otporotpornikog termometra je:

( ) [ ] .,RRRR +=+=+= 38501001 00000

Provera otpornikih termometara spada u program ispitivanja elektrinih maina u kojima

su oni ugraeni. Vri se merenjem elektrinog otpora pomou jednosmerne struje, u

hladnom stanju, preciznom mostovima i merenjem temperature pomou termometara.

Struja, pri kojoj se vri merenje ne sme prelaziti nekoliko desetina mA , zbog greke usledzagrevanja otpornikih termometara. Pri ispitivanju se kontrolie i otpor izolacije

otpornikih termometara.

Kod visokonaponskih maina sa izolacionom aurom oko provodnika pokazivae je

mogue postaviti na mesta prikazana na slici 1-1.

P2

P3

P1

P3

Slika 1-1 Postavljanje detektora u lebu visokonaponskih maina

Prikazana mesta su karakteristina mesta koja su u praksi naj

ee zastupljena i u nastavkusu date njihove karakteristike.

P1 poloaj izvan izolacionog sloja u lebu, odnosno na bonim vezama. U ovom poloaju

pokazivane pokazuje temperaturu namota, pa je potrebno proceniti pad temperature kroz

izolaciju. Taj pad temperature je srazmeran debljini izolacije i gubicima u bakru

provodnika, a obrnuto srazmeran termikoj provodnosti izolacionog materijala. Greka

moe da iznosi 15 do C20o ako se meri termometrom-pokazivaem, odnosno 5 do C10o

ako se meri metodom promene otpora.

P2 - izmeu slojeva (kod dvoslojnog namota) u sredini visine leba. U ovom poloaju

pokaziva dosta verno meri temperaturu namota, jer nema toplotnog fluksa na mestu

postavljanja pokazivaa, pa se taj poloaj najee i koristi. Greka je do C5o .


9/40

9

P3 - unutar izolacionog sloja prema namotu, u lebu ili na bonim vezama. U ovom

poloaju merenje je korektno, ali ne moe da se uvek da se realizuje kod visokonaponskih

motora zbog mogunosti promene osobina pokazivaa kod visokonaponskih ispitivanja

namota, jer su oni osetljivi na snano elektrino polje. Greka je zanemariva.

Kod jednoslojnih namota pokaziva temperature se stavlja na dno leba izmeu postave

leba i izolacione aure sloja. Od ovoga se izuzima sluaj kada blizu dna leba prolazi

kanal za rashladni vazduh. Tada se pokaziva stavlja na bonu stranu leba. Kod

dvoslojnih namota pokazivai se stavljaju u izolacionu auru izmeu slojeva. Kod namota

sa vie od dva sloja po lebu pokazivai se stavljaju u izolacione aure izmeu slojeva i to

na mestima gde se predvia najvee zagrevanje.

Metoda je u principu onoliko tana, koliko je ugraeni dava blii najtoplijem mestu

unutar maine. Ukoliko davanije na najtoplijem mestu ili vrlo blizu njega mogu nastati

veliki problemi. Jo jedan nedostak ovoj metodi je to termodavai menjaju svoje

karakteristike tokom vremena.

1.1.2.4 Osnovno o propisima

Propisi definiu jedinstvene uslove o ispitivanju zagrevanja elektrinih maina kako bi se

omoguilo poreenje raznih mernih postupaka. Ovi propisi predviaju:

merenje srednje temperature namota metodom promene otpora; nain postavljanja i broj ugraenih detektora; sluajeve primena pojedinih metoda; sluajeve merenja temperature po zaustavljanju.Da bi se omoguila poreenja dobijenih rezultata merenja, propisuju se:

uslovi hlaenja posle prekida optereenja; najdue trajanje zaustavljanja; nain ekstrapolacije krive hlaenja.Ako imamo u vidu razliite konstrukcione osobine, principe rada, raznolikost gabarita i

snaga elektrinih maina, namee se i niz specifinosti vezanih za ogled zagrevanja

pojedinih vrsta elektrinih maina. U daljem tekstu bie obraene neke od specifinosti zapojedine maine.


10/40

10

Slika 1-2 Primer ektrapolacije krive otpora statora nakon zaustavljanja

1.2 Merenje brzine obrtanja

Poznavanje brzine obrtanja je veoma znaajno za ispitivanja i analizu mnogih stanja

obrtnih elektrinih maina. Razlikujemo potrebu za pojedinanim merenjima, za koje se

koriste tahometri, odnosno za trajnim merenjima, npr. u kolima sistema automatskeregulacije. Za trajna merenja u sporo-promenljivim stanjima koriste se tahometarski

generatori, dok se za merenja u brzo-promenljivim stanjima koriste instrumenti za

impulsno merenje brzine obrtanja (enkoderi i slino).

Merenja se mogu vriti sa ili bez mehanikog kontakt izmeu vratila maine i vratila

samog instrumenta, pa razlikujemo kontaktne i bezkontaktne metode. Bezkontaktne

metode su bazirane na optikim, magnetnim, kapacitivnim i drugim davaima, i posebno

su pogodne za ispitivanje mikromotora, kao i motora ije vratilo nije pristupano.

1.2.1 Tahometri

Tahometre po principu rada delimo na centrifugalne, integralne, sa vihornim strujama,

kvarcne, stroboskopske itd, dok ih po nainu prikazivanja reultata delimo na analogne i

digitalne. U praksi se danas najee sreu digitalni, optiki i kvarcni tahometri. Kod

primene optikih tahometara na vratilo ili vrsti obrtni deo maine stavi se odgovarajui

marker, koji se kod merenja obasjava svetlou instrumenta. Nakon nekoliko sekundi oita

se pokazivanje instrumenta.

Radi prisustva tahometara raznih tipova u naim laboratorijima, daemo kratak pregled

njihovih karakteristika.


11/40

11

1.2.1.1 Centrifugalni

Fiziki princip rada bazira se na zavisnosti brzine obrtanja i centrifugale sile koja deluje na

merni sistem sastavljen od dveju masa. Klase 0,5 i 1.

,rmr

vmF

c

22

=

=

1.2.1.2 Integralni

Sastoji se od brojila obrta i hronometra (satni mehanizam). Meri srednju vrednost brzine

pokazujui broj obrta u nekom fiksnom vremenu, na primer s3 . Moe se konstruisati i za

klasu 0,1. Poto nema merni opseg klasa se odnosi na izmerenu vrednost.

=T

sr dt)t(nT

n0

1

1.2.1.3 Sa vihornim strujama

Funkcionie na principu merenja polaznog momenta ukoenog asinhronog motora pomou

merenja sile opruge. Sastoji se iz jednog viepolnog stalnog magneta koji se obre

brzinom merene osovine. Tako stvoreno obrtno polje izaziva vihorne struje u induktu od

aluminijuma zvonastog oblika, pa i momenat srazmeran brzini obrtanja. Momenat se

uravnoteuje torzionim momentom opruge srazmernim uglu skretanja kazaljke

instrumenta.

=

=== kP

MMkP vv2

1.2.1.4 Kvarcni

Pokazivanje je digitalno, merni ciklus je s1 , tanost min/1ob . Princip rada je baziran naindukcionoj detekciji. Rotor je napravljen od viepolnog permanentnog magneta, koji u

namotu statora indukuje ems ija je vrednost i uestanost srazmerna brzini obrtanja. Preko

kristala kvarca se dobija vremenska baza.

1.2.1.5 Stroboskopska metoda pomou stroboskopske lampe

Slui za bezkontaktno merenje brzine obrtanja i klizanja i posmatranje vibracionih,

translatornih i obrnih predmeta. Predmet koji se kree se osvetljava otrom imulsnom

svetlou ija se uestanost moe kontinualno menjati. Pri jednakost periode impulsa

osvetljavanja i kretanja predmeta ima se utisak da posmatrani predmet miruje. Regulatoruestanosti ima skalu u min/ob . Lampa je ispunjena gasom pod pritiskim (kseon, neon),

koji je bez inercije, tako da omoguava brzo i otro osvetljavanje. Brzina obrtanja se

praktino meri tako da se na osovinu privrsti takozvani stroboskopski krug, ili se na

samom vratilu obelei jedna crta. Kada, kod osvetljavanja i poveanja uestanosti

stroboskopske lampe, prvi put imamo prividni oseaj da obeleena crta miruje, oitamo

pokazivanje instrumenta. Naime, isti oseaj emo imati kod bilo kod pokazivanja

instrumenta, koje je viekratnik brzine obrtanja elektrine maine.


12/40

12

n / 4 n / 2n / 3 n

Slika 1-3 Merenje brzine obrtanja pomou stroboskopske lampe

1.2.2 Merenje klizanja asinhronih maina

Merenje klizanja, s , vri se radi preciznog, posrednog, odreivanja brzine asinhronihmaina, u podruju malih klizanja, kao i i zbog odreivanja gubitaka u namotu, odnosno

kavezu asinhronih maina.

Odreivanje klizanja preko brzine obrtanja u podruju malih klizanja nije preporuljivi, to

se lako moe pokazati.

Relativna vrednost klizanja je po definiciji:

ss

s

n

n

n

nns =

= 1 .

Apsolutna greka klizanja je:

ss n

n

ss

s

n

ns

=

=

1, .

Za mala klizanja vredi:

n

n

s

snns s

>>


13/40

13

1.2.2.1 Odreivanje klizanja preko rotorskih veliina

Ovi postupci se zasnivaju na merenju veliina koje imaju rotorsku uestanost (napon i

struja rotora, rasuti fluks rotora).

Za asinhrone maine sa namotanim rotorom registrujemo skretanja ampermetra i voltmetraprikljuenih na prstenove.

Za uestanost mree od Hz50 , za instrumente sa pokretnim kalemom

imamo: [ ]%2

t

Ms

= ,odnosno sa mekim gvoem [ ]%

t

Ms= .

Koristei instrument sa mekim gvoem moemo da izmerimo klizanja do %5 , a sa

mekim gvoem upola manje.

Budui da se rasuti rotorski fluks zatvara kroz vratilo, indukujui u njemu ems i vihorne

struje rotorske uestanosti, i okolni prostor, klizanje, kod maina sa kratkospojenim

rotorom, moemo odrediti i pomou milivoltmetra prikljuenog pomou etkica na dva

kraja vratila koji moraju da budu slobodni, ili pomou milivoltmetra i kalema, odnosno

magnetne igle (kompas) smetenog u okolni prostor maine.

1.2.2.2 Stroboskopski postupak

Od pribora je potrebno imati stroboskopsku lampu, koju emo prikljuiti na statorsku

mreu, a koja e davati impulsnu svetlost dvostruke statorske uestanosti. Dalje, potrebno

je na vratilo privrstiti stroboskopski krug (ili ga nacrtati), nainjen sa onoliko crnih i belih

iseaka, m , koliki je broj polova ( p2 ) asinhrone maine.

2;4 == pm marker

Slika 1-4 Stroboskopski krug

Za klizanje, pri uestanosti napajanja statora od Hz50 , imamo:

[ ]%2 11 t

Ms

tf

M

tf

M

m

ps =

=

=

Ovim postupkom se mogu meriti klizanja najvie do 2-3%, to je sluaj kod motora velikih

snaga. Kod motora malih snaga, ija su nominalna klizanja vea, opisani postupak ne

odgovara. U takvima sluajevima treba upotrebiti lampu koja ima jedan osvetljaj u periodi

i stroboskopski krug sa pm = (i belih) iseaka tako da e klizanje (u procentima) biti:


14/40

14

[ ] ,%t

Ms

=

2

ime se opseg merenja proiruje do 4-6%, s obzirom na mogunost brojanja 2-3 iseka u

sekundi.

1.2.3 Tahometarski generatori

Tahometrski generatori su male elektrine maine iji je napon na prikljucima srazmeran

brzini obrtanja. Rade praktino u praznom hodu, a upotrebljavaju se svuda gde je potrebno

registrovati brzinu obrtanja.

Osnovni nedostaci tahometarskih generatora su potreba za slobodnim krajem vratila,

posmatrane maine, za montau, nemogunost koritenja kod velikih brzina, razliite

konstante srazmernosti napona i brzine obrtanja, TGk , ak i za istu seriju, temperaturna

zavisnost, generisanje visokog nivoa uma i relativno velika inercija. Zbog navedenihnedostataka, danas se u kod registrovanja brzine u prelaznim stanjima i brzim procesima

tahogeneratori praktino ne upotrebljavaju.

Postoje tri osnovna tipa tahometarskih generatora: jednosmerne struje, asinhroni i sinhroni.

1.2.3.1 Tahometarski generator jednosmerne struje (dinamo)

Ovo je generator sa nezavisnom pobudom, stator ima dva dela prvi je stalni magnet

cilindrinog oblika, koji je smeten u unutranjosti rotora , dok je drugi deo jaram statora,

koji slui samo za sprovoenje fluksa. Rotor je uplji, ima oblik lonca i sastoji se od samood namota i komutatora. Opisanom konstrukcijom svedeni su na najmanju meru

mehanika i elektrina inercija rotora, valovitost izlaznog nampona i reakcija indukta.

Rotor moe da bude i u obliku diska sa tampanim namotom.

Najznaajniji problemi kod ovog tipa tahogeneratora su

prevojna taka za 0,0 == Un , zbog pada napona na izmeu etkica i komutatora.Greka se znatno umanjuje ako se upotrebe metalografitne ili metalne etkice a

komutator izradi od posrebrenih ili srebrnih kriaka

um (modulacija) koja se javlja na osciloskopu, tako da se dobijaju loi snimciprelaznih pojava u kojima se brzina menja. Postoje tri osnovna harmonika koji suuzrok ove valovitosti: zbog konanog broja kriaka komutatora, zbog lebova

indukta (ako postoje), zbog nesimetrije magnetnog kola. Ne preporuuje se

upotreba filtera radi suzbijanja ovih harmonika, jer se time poveava vremenska

konstanta maine.

temperaturna greka zbog promene otpora indukta i magnetskih osobina stalnogmagneta.


15/40

15

n

U

U

n

Slika 1-5 Karakteristika TG jednosmerne strujeOsim merenja brzine obrtanja registruje i promenu smera obrtanja (menja se polaritet

napona).

Ovi generatori daju za ob/min1000 napon V1001U = .

1.2.3.2 Tahometarski generator sinhronog tipa (alternator)

To su jednostavni alternatori sa stalnim magnetima na rotoru i promenljivom brzinom, iji

su napon na prikljucima i uestanost srazmerni brzini obrtanja. Brzina obrtanja se, dakle,moe meriti na dva naina, preko napona ili preko uestanosti. Bolje je meriti preko

uestanosti, jer na napon utie optereenje, kvalitet ispravljaa (ako se koriste), elementi

filtera za ispravljanje napona i temperatura.

Prvenstveno se koriste za merenje brzine obrtanja, a retko u regulaciji, budui da im se

uestanost menja sa brzinom, pa se menjaju i parametri u regulacionim kolima

(induktivnosti, kapaciteti).

U odnosu na tahogeneratore jednosmerne struje, ne registruju promenu smera obrtanja,

osim ako se ne vri poreenje u pogledu faznog stava. Imaju znatan momenat inerecije, ali

nemaju komutator i etkice.

1.2.3.3 Tahometarski generatori asinhronog tipa

Kao tahogenerator moe da se upotrebi i dvofazna asihrona maina. Na statoru su smetena

dva namota- pobudni (P) i generatorski (G), postavljeni pod elektrinim uglom odo90 .

Pobudni namot je prikljuen na naizmenini napon stalne uestanosti i amplutude, a u

generatorskom namotu se javlja naizmenini napon iste uestanosti, ija je amplituda

srazmerna brzini, a faza zavisna od smera obrtanja. Rotor je uplji, sa tankim bakarnim

cilindrom.


16/40

16

Princip rada je zanovan na osobinama naizmeninog fluksa koji prodire kroz viefazni

namot rotora u kratkom spoju. Ako rotor stoji, u generatorskom namotu se ne indukuje

nikakav napon. Ako se rotor obre, pojavi se, kao kod jednofaznog asinhronog motora,

eliptiko obrtno polje, usled kojeg se indukuje napon u generatorskom namotu. Linearnost

izlaznog napona je utoliko bolja ukoliko je sinhrona brzina vea od radne. Zato je

uobiajena izvedba ovih tahogeneratora dvopolna, uz frekvenciju pobudnog napona kodboljih tahogeneratora od Hz400 .

400 Hz

G

P

V

~

Slika 1-6 Princip rada tahometarskog generatora asinhronog tipa

Ovi tahogeneratori nemaju komutator kao generatori jednosmerne struje, ni promenljivu

uestanost kao sinhroni generatori. Pouzdani su, imaju malo trenje i mogu da budu veomaprecizni. Naizmenini napon se lako transformie za upotrebu u regulacionim kolima,

nema parazitskih harmonika. Njihov osnovni nedostaci su potreba za pobudnim naponom

industrijske ili poviene uestanosti, loe iskorienje matrijala, ne daju informaciju o

ubrzanju.

Ovi generatori daju za ob/min1000 napon V101U = , tj. oko 10 puta manje negogeneratori jednosmerne struje.

1.2.4 Impulsno merenje brzine obrtanja

Za merenje brzine obrtanja u prelaznim pojavama i brzo-promenljivim radnim procesima

elektromotornih pogona koriste se precizne digitalne metode i instrumenti za impulsno

merenje brzine obrtanja (enkoderi, ..). Za razliku od tahometara, oitavanje brzine

obrtanja je od sekundarnog znaaja, vese, primarno, informacije o brzini obrtanja, obino

u digitalnom obliku, prosleuju regulacionom kolu.

Na vratilu ili vrstom obrtnom delu maine se postave odgovarajui markeri, koji se

pomou optikih (najee), magnetnih ili kapacitivnih davaa pretvore u povorku (niz,

seriju) etvrtastih elektrinih impulsa, iste amplitude i vremena trajanja, a ija je uestanost

srazmerna brzini obrtanja. Dakle, brzina obrtanja se meri preko uestanosti, a za ta se

mogu koristiti tajmeri (za merenje vremena) i brojai (za brojanje impulsa). Postoje tri

osnovne metode: metoda brojanja impulsa unutar vremena odabiranja, metoda merenjavremena periode i kombinovana metoda brojanja impulsa i merenja periode.


17/40

17

1.3 Merenje momenta i odgovarajue snage

Poznavanje ponaanja elektrinih maine pod optereenjem (koliko maina sme da se

optereti, kako se ponaa sa promenom optereenja i slino) je od primarnog znaaja kako

za korisnike, tako i za proizvoae. Ako ponaanje optereene maine eli da se odrediogledom, okolnosti moraju biti to slinije onima u stvarnom pogonu. Za optereivanje

motora, kao i za eventualno odreivanje obrtnog momenta i mehanike snage koju motor

predaje na vratilu, koriste se elektrine, mehanike, hidrauline i druge konice.

Badarenjem konice izrauju se dijagrama ili tabele pomou kojih se lako moe odrediti

momenat, a uz poznatu brzinu obrtanja, i mehanika snaga u svim moguim uslovima rada.

Danas se za odreivanje momenta maine primenjuje veliki broj razliitih metoda. Za

ustaljena stanja i sporo promenljiva reime rada koriste se mehanike, hidrauline i

magnetne konice, elektrodinamometri, torziometri i elektrine maine sa poznatim

gubicima. Svaka od pomenutih metoda ima i svoje prednosti i nedostatke, od tanosti pa do

cene upotrebljene merne opreme. Ukoliko je materijalni faktor ograniavajui, to je est

sluaj u naim ispitnim laboratorijama, zgodno je merenje provesti sa ve postojeom

opremom i instrumentima. Generator jednosmerne struje spada u standardnu opremu

ispitnih laboratorija, a u odnosu na mehanike i hidraulike konice, primena ovog

generatora kao elektrine konice karakterisana je udobnijim rukovanjem, stalnosti rada pri

koenju, lakom i finom regulaciom optereenja, dok je nedostatak manja preglednost - ne

moe direktno da se meri momenat.

Za srednje brze promenljive reime rada koriste se fotoelektrini pretvarai ija je osnova

torzioni tap, dok se za brzo promenljive reime koriste specijalne metode, bazirane na

primeni opte teorije elektinih maina i mikroprocesora, sa ili bez senzora.

1.3.1 Mehanike konice

Mehanike konice imaju oigledan fiziki princip rada, relativno su jednostavne

konstrukcije i pregledne su za rad. Osnovni nedostaci su teko regulisanje, nemirna

ravnotea i optereenje jedne strane leita zbog svoje teine, ako se ne predvidi posebno

spoljanje leite. Kod ove vrste konica, sva dovedena energija na vratilu troi se u trenju.

Princip rada Pronijeve konice je slian automobilskoj konici- elini toak se koi jaim

ili slabijim pritezanjem aluminijumskih ili azbesnih obloga. Usled jakog zagrevanjapotrebno je predvideti vodeno hlaenje. Momenat se uravnoteuje masom m na poluzi

duine l, tako da je izraz za obrtni momenat, M:

lgmM= .

Kod motora manjih snaga primenjuju se konice sa trakom i tegovima ili dinamometri.

Jedna varijanta konice sa trakom i tegovima prikazana je na slici 1-7. Posebnim

graninicima postie se da traka ne spadne sa remenice. Da traka ne krene mora biti

ispunjeno 21 mm > . Momenat koji se postie u ravnotenom poloaju je:

)()(5,021

dDgmmM += ,

gde je ddebljina trake.


18/40

18

1m

D

2m

Slika 1-7 Mehanika konica sa trakom

1.3.2 Hidrauline konice

Hidraulina konica zasniva se na pretvaranju mehanike energije motora u toplotu

prilikom trenja obrtnog tela u tenosti (slika 1-8). Upotrebljava se za maine snage od

kW100 do MW5 . Na vratilo konice privrene su lopatice koje se vrte izmeu rebara

kuita u kome se nalazi voda. Tenost se mea i nastoji da povue kuite za sobom, to

se uravnoteuje protivtegom na kraju poluge kojim se meri momenat. Nije mogua fina

regulacija. Momenat optereenja hidrauline konice je srazmeran je drugom stepenu

brzine obrtanja.

1.3.3 Magnetne konice

Magnetne konice se koriste a ispitivanje maina malih snaga, normalnih i velikih brzina

obrtanja. Rade na principu gubitaka u gvou. U osnovi, predstavljaju generator

jednosmerne struje bez namota indukta. Izborom materijala rotora postiu se veliki gubici

usled histerezisa (rotor od tvrdog elika) ili vihornih struja (rotor od mekog gvoa velike

premeabilnosti). Slino kao i kod prethodnih konica, momenat se meri preko poluge i

tegova ili torzione opruge sa kazaljkom.

1.3.4 Elektrodinamometar

Jedan od najzaajnijih ureaja za sprovoenje ogleda optereenja je elektrodinamometar

(dinamo vaga, klatna maina). U odnosu na prethodno opisane konice,

elektrodinamometar predstavlja univerzalnije reenje, jer omoguuje merenje momenta na

vratilu motora (funkcionie kao pogonska maina) ili generatora (funkcionie kao konica -

radna maina) a da se pri tome energija ne gubia zahvaljujui svojoj konstrukciji

(pokretnom statoru). U elektrodinamometru su sjedinjene prednosti elektrinih maina za

optereenje i pogon i konica u pogledu jednostavnog regulisanja optereenja, mogunosti

rekuperacije energije i direktnog merenja momenta. Najpogodnije je upotrebiti mainu zajednosmernu struju zbog jednostavnog regulisanja optereenja i brzine obrtanja i


19/40

19

mogunosti dobijanja razliitih karakteristika. Grade se za snage do kW500 . Obino

imaju ugraen tahometar radi odreivanja mehanike snage. Nain merenja je jednostavan:

[ ]NmlgmM = ,

[ ]W602

nMMP ==

.

Klasina konstrukcija elektrodinamometra je sa dva spoljanja stojea nepokretna leita i

dva unutranja pokretna leita (slika 1-9). Unutranja leita omoguuju da se stator

maine moe da se zakrene za izvestan ugao (nije vrsto vezan za podnoje kao kod

normalnih maina). Obrtni moment se meri na statoru, pri emu koristimo injenicu da su

elektromagnetski obrtni momenti koji deluju na stator i rotor po svojoj veliini jednaki, a

po smeru suprotni. Kod elektrinih maina obrtni moment statora preuzimaju temelji, dok

je u ovom konkretnom sluaju stator moe da se zakrene. Tegovima ili oprugom stvara se

protivmomenat statorskom momentu kako ne bi dolo do zakretanja.

Pre samog merenja potrebno je izbadariti elektrodinamometar, jer postoje mehanikigubici u samom elektrodinamometru (spoljanja leita, ventilacija) iji momenat poluga

registruje i kada nema optereenja. Badarenjem eletrodinamometra u motorskom reimu

rada u praznom hodu dobija se korekciona masa ( )nfm =0 . Ako se eli preciznije merenjeprimenjuje se sledei izraz:

( ) lgmmM = 0 .

Predznak + vredi za elektrodinamometar koji radi kao generator, dok predznak - vredi

za elektrodinamometar koji radi kao motor.

m

ED

Slika 1-8 Elektrodinamometar

Budui da nije svejedno u kom se smeru obre rotor kod odreenog reima rada, kod

konstrukcija sa polugom je ponekad predviena mogunost da se poluga prebaci i na drugu

stranu statora ili jednostavno postoje dve poluge koje jedna drugu dre u ravnotei, a

merenje je uvek mogue, bez obzira na smer obrtanja (kao kod Pronijeve konice).


20/40

20

1.3.5 Torziometri

Torziometar (merna osovina) se koristi a stacionarne i sporopromenljive reime, jer zbog

sopstvenih oscilacija utie na prelazna stanja. Princip rada je baziran na primeni osetljivih

mernih traka,iji se otpor menja uvrtanjem torzionog tapa. Stavlja se izme

u dvemehaniki spregnute maine, a izlazna veliina je jednosmerni napon srazmeran torzionom

naprezanju vratila tj. momentu optereenja. Na rotoru torziometra zalepljene su, pod uglom

od o45 , osetljive otporne merne trake, 1t i 2t , koje pripadaju mernom mostu (slika 1-10).

U neoptereenom stanju most je u ravnotei, dok se u sluaju optereenja vratila otpori

traka 1t i 2t promene, pojavi se naponski (ili strujni) signal koji se posle pojaanja dovodi

na instrument za merenje momenta. Izlazni signal je linearan, a registruje se promena

smera momenta, jer se istovremeno menja i polaritet signala. Trake su osetljive na

mehanika naprezanja tako da treba odabrati torziometar prema maksimalnom momentu

koji se moe pojaviti pri manipulaciji, npr. pri putanju u rad asinhronog motora. Na

statoru torziometra postavljeni su drai etkica pomou kojih se obezbeuju veze preko

rotorskih prstenova sa mernim mostom na rotoru. Obino se ima pet etkica: dve za

naponsko napajanje, dve za izlaz i jedna za masu. Signal sa mosta, umesto preko etkica,

moe da se prenese na modulaciju preko antene.

Izrauju se od klase 0,5.

M GT

MUd ~

Slika 1-9 Torziometar

Za merenje momenta u srednje brzim prelaznim procesima koriste se fotoelektrini

pretvarai, ija je osnova kratak torzioni tap, koji na dva kraja ima kodiranu traku.

Osvetljavanjem kodiranih traka i oitavanjem pomou fotoelija, formira se niz impulsa za

svaku kodiranu traku. Momenat je srazmeran broju impulsa razlike signala pojedinih traka.Impulsi se broje u akvizicionom ureaju uporeujui signal sa poznatom vremenskom

bazom.

1.4 Elektrine maine sa poznatim gubicima

Elektrine maine sa poznatim gubicima su maine standardne konstrukcije koje slue za

optereenje i pogon ispitivanih maina. Radei u reimu generatora (konica) slue za

ispitivanje motora, a radei u reimu motora (pogonska maina) slue za ispitivanjegeneratora. Obino se ne moe direktno meriti moment optereenja, pa se isti odreuje na

temelju prethodno sprovedenih ogleda za odreivanje gubitaka.


21/40

21

Gubitke u elektrinim mainama i transformatorima moemo podeliti na tri osnovne grupe:

gubici koji ovise o naponu, uestanosti i brzini obrtanja, gubici pobude kod maina sa posebnim pobudnim namotom i gubici kojima je uzrok optereenje maine, u ta spadaju i razni dopunski gubici.Meu gubitke u praznom hodu spadaju gubici u aktivnom gvou (feromagnetskim

limovima), FeP , tj. gubici usled histereze, HP i vihornih struja, VP . Ovde spadaju i gubici

trenja i ventilacije (leaji, kolektorske etkice, klizni kolutovi), fP i dopunski (dodatni)

gubici, dP , kod pobuene maine. Gubici koji nastaju u namotima, CuP , pri ogledu

praznog hoda uglavnom se mogu zanemariti, jer su struje relativno male. Meutim, kod

transformatora manjih snaga i kod svih asinhronih maina, posebno sporohodnih, sa

strujom magneenja do 80% nominalne struje, treba voditi rauna i o gubicima u bakru.

Meu gubitke pobude uzimamo u obzir sve gubitke koji su posledica struje pobude (gubici

u bakru pobudnih namota, u dovodnimetkicama, u regulacionim otpormnicima itd.) .

Meu gubitke usled optereenja, tP, ubrajamo gubitke u namotima usled struje optereenja

(gubici u bakru), prelazne gubitke izmeu kolektora i kliznih kolutova i etkica, UP , te

dopunske gubitke. Kod transformatora gubici usled optereenja se mere u ogledu kratkog

spoja i raunski razdvajaju. Kod asinhronih maina gubici u bakru i dopunski gubici se

raunski odreuju pri otereenju maine, dok se kod sinhronih maina i maina

jednosmerne struje gubici usled optereenja mogu izmeriti ili raunski odrediti. Dopunski

gubici nastaju pri optereenju usled vihornih struja i kao i usled skin-efekta u namotima

maina naizmenine struje, a ovde ubrajamo i gubitke u neaktivnom gvou usled rasipnog

magnetskog polja nastalog usled struje optereenja.

U sluaju da vrimo ispitivanje maine (motora) koja ima tvrdu karakteristiku

mehaniku karakteristiku, ( )nfM= , kao konicu moemo da upotrebimo generatorjednosmerne struje sa paralelnom (otonom) ili kombinovanom pobudom. Prethodno je

potrebno za neku brzinu obrtanja, n , koja pripada intervalu posmatrane tvrde

karakteristike odrediti karakteristiku zavisnost stepena iskorienja konice od optereenja,

( )GGG P = , gde je GP korisna elektrina snaga koju generator (konica) predaje mrei.Prilikom vrenja ogleda mere se utroena elektrina snaga koju ispitivani motor uzima iz

mree, MP1 , snaga GP i brzina obrtanja (slika 1-10). Na osnovu ovih izmerenih veliina i

oitavanja sa karakteristike ( )GGG P = moe se odrediti mehanika snaga na vratilu, P,

razvijeni obrtni momenat, M , i stepen iskorienja ispitivanog motora,M :

M

M

G

G

P

P

n

PM

PP

1

,2

60, ===

.


22/40

22

MP1

GP

U

W

M GP

R

Slika 1-10 Odreivanje stepena iskorienja maina sa tvrdom karakteristikom

Za ispitivanje motora sa mekom karakteristikom, budui da se brzina od interesa nalazi u

irokom podruju, bilo bi potrebno da se kod upotrebe genaratora sa paralelnom pobudom

naini familija karakteristika ( )GGG P = od kojih se svaka odnosi na neku odreenubrzinu. Dobijanje niza ovakvih karakteristika, a naroito rad sa njima nije praktian, jer se

mogu napraviti vee greke. Za ovu svrhu se najee koriste maine za jednosmernu

struju sa nezavisnom pobudom. Izborom nezavisnog pobuivanja iskljuuju se pobudni

gubici a napon na krajevima rotora moe proizvoljno da se menja.

Badarenje se sprovodi na sledei nain:

odrede se gubici usled obrtanja (slika 1-11):

( ) ,,, pFefpobob InPnPInPP +==

gde je pI pobudna struja.

Fef PP +4pI

FeP

fP

n

3pI

0=pI

2pI

1pI

Slika 1-11 Gubici usled obrtanja


23/40

23

odrede se gubici usled optereenja (slika 1-12):

( ) ,PPPIPP dUCuatt ++==

gde je aI struja indukta.

dUCu PPP ++

dP

CuP

UP

aI

Slika 1-12 Gubici usled optereenja

Poeljno je osim ovih podataka poznavati i momenat inercije maine, mJ .

Ukupni gubici pri optereenju su:

.PPPPPP dUCuFefg ++++=

Ako maina radi kao motor, za mehaniku (korisnu) snagu imamo:

,PPP g= 1

gde je 1Pelektrina (utroena) snaga koju merimo pomou ampermetra i voltmetra.

Ako maina radi kao generator, za mehaninu (utroenu) snagu imamo:

,PPP g+=1

gde je Pelektrina (korisna) snaga koju merimo pomou ampermetra i voltmetra.

Iz mehanike snage se odreuje obrtni moment.

Pri upotrebi maine potrebno je pobudnu struju odravati na vrednostima za koje postoje

krive gubitaka.

1.4.1 Karakteristike momenta generatora jednosmerne struje

Sada emo izvesti opti izraz za karakteristike momenta (mehanike karakteristike)

generatora jednosmerne struje koji radi na mreu napona U:

,R

U

R

nk

R

UEI

aa

E

a

a

=

=

,R

UknRkkIkM

a

M

a

MEaMem ==

2


24/40

24

gde su:

aI - struja indukta generatora jednosmerne struje;

aR - ukupni otpor svih namota u rotorskom kolu generatora jednosmerne struje ukljuujui

i prelazni otpor na komutatoru. Ukupni otpor indukta,a

R je funkcija struje indukta

( )aaa IRR = ;

n - brzina obrtanja rotora generatora jednosmerne struje;

ME kk , - konstrukcione konstante, EM kk 55,9= ;

emM - razvijeni elektromagnetni moment elektrine konice (generatora jednosmerne

struje).

Slika 1-13 Karakteristike momenta uz rad generatora na mreu promenljivog napona U

Na slici 1-n Karakteristika nacrtana isprekidanom linija je uz .const= , dok se kodkarakteristike nacrtana punom linijom uzima u obzir reakciju indukta uz ( )aI=

Promene pri regulisanju naponom mree mogu se utvrditi posmatranjem parametara

karakteristike:

,uz,,tg 00 UUk

Un

k

Un

R

kk

EEa

ME .

Rad je utoliko stabilniji ukoliko je vea razlika izmeu ovih nagiba.


25/40

25

1.5 Mehanika naprezanja

Transformatori i elektrine maine su tokom rada izloeni dejstvu mehanikih sila,

odnosno mehanikom naprezanju. Kod transformatora se radi o elektro-dinamikim

silama, dok se kod elektrinih maina radi prvenstveno o silama mehanikog porekla.Mehanika naprezanja koja se javljaju prilikom pogonskih stanja koja su praena

poveanim strujama (npr. startovanje motora, ukljuenje transformatora, kratki spojevi) ili

poveanim brzinama obrtanja (npr. naglo rastereenje turbine a da pri tome zatita ne

proradi), mogu da ugroze rad ili da unite vitalne delove ovih ureaja. Radi toga se

transformatori i elektrine maine projektuju i konstruiu tako da su u stanju da izdre

mogua mehanika naprezanja, to se proverava pomou odgovarajuih ogleda. Prilikom

projektovanja, raunski dobijena naprezanja moraju da budu manja od dozvoljenih

naprezanja za pojedine materijale (izolaciju, provodnike i slino).

Na pojedinim delovima ili na potpuno zavrenoj maini vre se odreeni ogledi kojima se

proverava i potvruje kvalitet. Vrste i obim ovih ogleda odreeni su propisima, odnosno

preporukama, a sprovoenje pojedinih ogleda posebno se ugovora izmeu proizvoaa i

kupca.

Ovde e biti obraena mehanika naprezanja posebno za energetske transformatore, a

posebno za obrtne elektrine maine zbog sutinskih, konstrukcionih i namenskih razlika,

pa time i razliitih mehanikih naprezanja kojima su izloene.

1.5.1 Ispitivanje mehanikih naprezanja transformatora

U sluaju transformatora, proverava se zaptivenost suda uljnih transformatora. Pored ove

provere, eventualno se, ogledom udarnog kratkog spoja (vidi ispitivanje transformatora),

vri ispitivanje otpornost namotaja na sile kratkog spoja, Ovo ispitivanje nije obavezno vese definie posebnim izmeu proizvoaa i korisnika.

Tokom proizvodnje vre se razliite mehanike kontrole pojedinih delova, kao i gotovog

transformatora. Primeri ovih kontrola su: provera mehanike izrade jezgra i namota pre

nego to se transformator stavi u sud, provera uvrenja namota, provera dimenzija svih

sastavnih delova transformatora, kontrola montiranja jezgra i njegovog privrenja za sud,

itd.

Karakteristina mehanika provera uljnih transformatora jeste ispitivanje zaptivenostinjegovog suda. Ovo ispitivanje spada u komadna ispitivanja, i vri se, dakle, na svakom

proizvedenom transforu. Izvodi se tako da se sud transformatora napuni uljem i u

odreenom vremenskom intervalu ne sme se primetiti izlazak ulja iz kotla. Preporuke

koliki treba da je interval vremena unutar kog je kotao napunjen uljem su razliite, ali je

opte prihvaeno da minimum iznosi dvadeset etiri asa. Tokom ispitivanja naroitu

panju treba obratiti na mesto spoja dva ili vie vara, jer su se ovi spojevi pokazali kao

najkritiniji. esto se ulje u transformatoru nalazi pod povienim pritiskom. Neki strani

standardi definiu ove vrednosti pritiska, dok kod nas nije propisima regulisano ispitivanje

pod povienim pritiskom. Ispitivanjem zaptivenosti suda dobijamo potvrdu da e

transformator u toku rada biti ispunjen uljem, to je od velikog znaaja za termike i

izolacione sposobnosti i karakteristike.


26/40

26

Ogled udarnog kratkog spoja spada u grupu specijalnih ispitivanja. Ovim ispitivanjem

treba da se proveri mehanika otpornost namotaja transformatora pri velikim udarnim

strujama. Za mehanika naprezanja merodavna je kritina vrednost udarne struje kratkog

spoja (najvei, obino prvi maksimum struje). Ilustrujmo to primerom distributivnog

transfomatora relativnog napona kratkog spoja, %5=ku .

U odnosu na sile pri naznaenoj struji, nF , sile pri kritinoj vrednosti udarne struje kratkog

spoja, ksF , su:

nnn

k

ks FFFu

kF 25925

10028,1

1002

22

=

=

= ,

gde je ksainilac kritine struje kratkog spoja koji zavisi od odnosa XR . Ovde je uzeto

8,1=k .

Vrednosti radijalnih i aksijalnih sila koje se javljaju pri kratkom spoju mogu iznositi

desetine, pa ak i stotine kN. U sluaju da nije izvreno pravilno dimenzionisanje iispravno privrivanje namota moe doi do velikih oteenja namota i izolacije.

Pri ispitivanju treba voditi rauna i o moguem smanjenju ivotnog veka ispitane jedinice

usled neprimeenih oteenja.

1.5.2 Ispitivanje mehanikih naprezanja obrtnih maina

Kod obrtnih elektrinih maina javljaju se sledee mehanike sile, odnosno naprezanja:

radijalne sile usled neuravnoteenosti masa na rotoru, centrigugalne sile na provodnike u lebovima, sile trenja u leajevima.

Neuravnoteenost masa na rotoru se proverava i koriguje ogledima statikog i dinamikog

balansiranja. Nakon balansiranja proveravaju se vibracije. Izdrljivost maina velikih

snaga na mehanika naprezanja pri poveanim brzinama proverava se ogledom vitlanja.

1.6 Odreivanje stepena iskorienja

Korisnici elektrinih maina su veoma zainteresovani za tehniko-ekonomske

karakteristike transformatora i elektrinih maina. U razvijenim, trinim zemljama, u

skladu sa konceptom racionalnog gazdovanja energijom, unazad nekoliko decenija se

insistira na smanjenju gubitaka, odnosno poveanju stepena iskorienja elektrinih

maina.

Stepen iskorienja (snage), , predstavlja jednu od najbitnijih karakteristika maine i

definisan je kao odnos izmeu korisne (odvedene, izlazne) snage, Pi uloene (dovedene,

ulazne) snage, 1P:

1P

P= .


27/40

27

Korisna snaga jednaka je razlici uloene snage i ukupnih gubitaka:

gPPP = 1

Budui da se elektrina snaga, uz istu cenu merne opreme, obino jednostavnije i tanije

meri (odreuje) u odnosu na mehaniku, za izraunavanje stepena iskorienja koristimo

sledee izraze za motore, M , odnosno generatore, G , bazirane na poznavanju elektrine

snage i ukupnih gubitaka:

.PP

P,

P

P

P

PP

g

G

gg

M +==

=

11

11

Postoje brojne metode za odreivanje stepena iskorienja. S obzirom na nain

sprovoenja, osnovna podela ovih metoda je na neposredne (direktne, ulaz-izlaz) metode i

posredne (indirektne) metode.

1.6.1 Direktna metoda

Direktna (neposredna) metoda je ona kod koje se posebno mere samo uloena i korisna

snaga, iz ega se, pomou navedene definicione jednaine, rauna stepen iskorienja. Obe

snage treba da se mere sa jednakom tanou.

Relativna greka u ovom sluaju iznosi:

.P

P

P

P

1

1+

=

tj. jednaka je zbiru relativnih greaka uinjenih pri merenju korisne i utroene snage, to je,

u odnosu na druge metode, za priblino red veliine manje tano.

Daljnji nedostaci ove metode, u odnosu na posredne, su:

potrebno je obezbediti potrebnu snagu izvora, opremu za naznaeno optereenjemaine, kao i opremu za merenje (odreivanje) momenta (elektrodinamometar,

torziometar, mainu sa poznatim gubicima i sl.),

trokovi energije potrebne za ispitivanje mogu biti znaajni.Prednost ove metode je u obuhvatanju svih gubitaka do kojih dolazi u pogonu.

Podruje primene ove metode ogranieno je na maine manjih snaga, kod kojih ne

dostie %90 . Budui da je prilikom primene ove metode, maina optereena nominalnom

snagom, ujedno sa odreivanjem stepena iskorienja, moe se sprovesti i ispitivanje

zagrevanja i provere rada pod optereenjem.

1.6.2 Indirektne metode

Prema nainu optereenja i merenja gubitaka, kod indirektnih (posrednih) metoda

razlikujemo dve osnove metode: metodu povratnog rada (rekuperacije) kod koje se maina

tereti i meri se elektrina snaga i ukupni gubici, i metodu odvojenih gubitaka, kod koje se


28/40

28

iz vie razliitih ogleda mere pojedini gubici, ijim se zbirom raunaju ukupni gubici. O

nizu varijanti posrednih metoda bie vie rei u poglavlju o ispitivanju asinhronih maina.

1.6.2.1 Metoda povratnog rada

Metoda povratnog rada (rekuperacije) podrazumeva rad ispitivane i jedne ili vie naodgovarajui nain spregnutih pomonih maina, pri emu se iz pomonog izvora, mree

ili pogonske maine pokriva samo onaj deo energije koji odgovara gubicima svih maina

koje uestvuju u pogonu. Pored primena za odreivanje gubitaka u radu, ove metode se

koriste i za ispitivanje zagrevanja i provere funcionisanja maina u pogonu (npr.

komutacije). Posebnu varijantu metode povratnog rada predstavlja metoda jednake

(indentine) maine (tzv. opoziciona metoda) kod koje su dve jednake maine (obino iz

iste serije) spregnute mehaniki i elektrino, pri emu jedna maina radi kao generator, a

druga kao motor. Kod opozicione metode, ukupni gubici pojedine maine se odreuju kao

polovina ukupnih gubitaka obe maine, pri emu se nastoji da uslovi rada obe maine budu

to bliskiji.

Kod pojedinih vrsta elektrinih maina i transformatora metoda povratnog rada se sprovodi

na sledei nain:

kod maine jednosmerne struje elektriki i mehaniki se spregnu dve jednake maineod kojih jedna radi kao generator, a druga kao motor. Gubici se pokrivaju pomou

pogonske maine koja je spojena na motor, pomou dodatnog izvora jednosmene struje

ukljuenog u elektrino kolo generatora i motora i / ili pomou dodatnog izvora

prikljuenog na motor;

kod asinhronih maina ema je komplikovanija, uz ispitivani asinhroni motor u spreziuestvuju generator jednosmerne struje kao konica i invertor ili motor jednosmerne

struje sa sinhronim generatorom kojima se energija vraa u mreu (vidi metodeoptereenja asinhronih maina);

kod sinhronih maina se koristi za odreivanje reaktivnog optereenja dve jednakemaine (bez mehanike veze), gubici se pokrivaju pomou pogonskih maina

spregnutih na vratila ispitivanih sinhronih maina;

kod transformatora se koristi kod ogleda zagrevanja, elektriki se spreu dva jednakatransformatora.

Relativna greka u odreivanju stepena iskorienja je u ovom sluaju:

.P

P

P

P

P

P

P

P

g

g

g

ggg

=

=

= 111

11

Poto je stepen iskorienja elektrinih maina srednje i velike snage blizak jedinici,

imamo:

g

g

P

P


29/40

29

1.6.2.2 Metoda odvojenih gubitaka

Kod primene metode odvojenih gubitaka cilj je da se odrede gubici ispitivane maine na

to jednostavniji nain, po mogunosti bez optereenja, to je izvodljivo kod svih maina

izuzev asinhronih. Ova metoda je najjednostavnija, veoma je tana (tanost je ista kao u

prethodnoj metodi), trokovi energije potrebni za ispitivanje su mali, ujedno se odreuje i

struktura (raspodela) gubitaka u maini. Osnovni nedostaci su vezani za nemogunost

istovremenog vrenja ispitivanja u vezi sa dobijanjem radnih karakteristika, zagrevanja i

slino. U pravilu se primenjuje za transformatore i elektrine maine i srednjih i veih

snaga. Pojedini gubici se odreuju pomou ogleda praznog hoda, ogleda optereenja,

ogleda kratkog spoja i ogleda zaletanja.

1.7 Buka transformatora i elektrinih maina

Buka je neeljeni zvuk. Zvuk je oscilovanje ili promena pritiska, koja se iri u obliku talasa

u elastinoj sredini (medijumu). Sa razvojem ekoloke svesti, pogotovo u razvijenimzemljama, buci transformatora i elektrinih maina se posveuje velika panja. Radi

relativno slabe prisutnosti ove teme u domaoj literaturi, ovde e o buci biti vie rei, pa

e, osim o samom ispitivanju buke, biti rei i o osnovnim pojmovima vezanim a buku,

kao i o uzrocima i nainima smanjenja buke transformatora i elektrinih maina.

Transformatori i elektrine maine tokom svog rada prouzrokuju buku. Ona se

posredstvom rashladnog fluida, velikih elastinih povrina, kuita i kroz temelje prenosi u

okolni prostor. U sluaju rezonancije situacija se pogorava. U cilju zatite ovekove

sredine, elektrine maine se podvrgavaju akustinim proverama. U daljem tekstu bie

prikazani uzroci nastanka buke, metode za njihovo eliminisanje odnosno ublaavanje, kao i

odgovarajui ogledi kojima se meri buka transformatora i elektrinih maina.

1.7.1 Osnovni pojmovi o zvuku

Uzrok nastajanja zvuka jeste oscilovanje estica neke elastine sredine. Izvor zvuka

najjednostavnije je predstaviti u obliku sferne povrine koja pulsirajui, menja svoju

zapreminu. Pomeranje ove povrine prenosi se na oblinje molekule sredine, a preko njih

na sve udaljene molekule. Posmatrano s energetskog stanovita, prostiranje zvuka

predstavlja prostiranje energije koju izvor ulae u stvaranje i odravanje zvunog polja.

Za oveka zvuk je ujan ako se uestanost oscilovanja izvora nalazi u opsegu od Hz16 do

kHz20 . Iznad ovog podruja nalazi se oblast ultrazvuka, a ispod je oblast infrazvuka.

Ultrazvuk je znaajan sa aspekta tehnike primene, dok je oblast infrazvuka intresantna

zbog vibracija elektrinih maina koje se velikim delom javljaju u tom podruju.

Veliine koje karakteriu zvuk, odnosno zvuno polje, su: zvuni pritisak [ ]Pap , intenzitetzvuka 2/ mWI i zvuna snaga [ ]WP . Sve tri veliine menjaju svoje vrednosti u veomairokom dijapazonu, tako da je krajnje nepraktino iskazivati ove veliine u apsolutnim

jedinicama. Najreprezentativniji primer za to je da odnos pritiska na granici bola i pritiska

na pragu ujnosti iznosi oko610 . Zbog toga se koristi relativna jedinica, decibeli ( dB ),

koja se daje u odnosu na referentnu vrednost. Referentne vrednosti veliina koje

karakteriu zvuno polje su:


30/40

30

za pritisak [ ]Pa102 50 =p za intenzitet zvuka 2120 W/m10=I i za zvunu snagu [ ]W10 120 =P

Nivo neke veliine je po definiciji logaritam odnosa te veliine i referentne veliine koja je

dogovorena. Za nivoe pojedinih veliine zvuka vrede sledei izrazi:

nivo pritiska ( )0/log20 pPLp = , nivo intenziteta ( )0/log10 IILI= , nivo snage ( )0/log10 PPLw= .Za oveka u zvunom polju nije merodavan pritisak ili intenzitet mereni u objektivnim

jedinicama, ve je bitan subjektivni oseaj jaine zvuka. Naime, ovekovo uho nijejednako osetljivo u itavom ujnom frekventnom opsegu. Ono je najosetljivije na srednjim

uestanostima ujnog opsega od zkH1 do kHz5 . Subjektivna jaina zvuka se izraava u

fonima i usvojeno je da su na kHz1 broj dB i broj fona jednaki.

S obzirom da ovek razliito reaguje na zvukove istih nivoa, a razliitih uestanosti, teilo

se da se to ogleda i u rezultatima objektivnih merenja. U tu svrhu uvedeni su razliiti

korekcioni filteri: A , B , C itd. Karakteristike ovih filtera su takve da naglaavaju

odreeno frekventno podruje, a u delove iznad i ispod tog podruja unose odreeno

slabljenje. Tako naprimer, A filter blago naglaava podruje od 1 do kHz5 , a ostala

podruja slabi.

Prilikom analize buke prouzrokovane elektrinim mainama od znaaja su parametri buke.

Kao najznaajniji parametri buke navode se:

nivo, amplitudski sprektar i vremenska zavisnost.Pod nivoom buke podrazumeva se ukupan nivo pritiska, intenziteta ili snage, meren

linearno (bez filtera) u dB , ili meren korigovano sa filterom u dB. Ovaj podatak sam za

sebe ne opisuje jednoznano buku, jer razliiti spektralni sastavi amplituda buke mogu

imati isti nivo. Pored toga nivo buke u najveem broju sluajeva pokazuje znatne promeneu vremenu, tako da nivo izmeren u jednom trenutku ne mora da karakterie sredinu u

nekom duem periodu. U sluajevima kada je nivo buke promenljiv poeljno je koristiti

pojam svoenja (ekvivalencije) nivoa. To je zamiljeni konstantni nivo koji ima

podjednako nepovoljan uticaj na oveka kao i promenljivi nivoi buke u istom vremenskom

periodu.

1.7.2 Uzroci o naini umanjenja buke

Buka je neminovni pratilac rada transfomatorai elektrinih maina. Pod pojmom buka

podrezumevamo itav niz zvukova iji su tonovi razliitih frekvencija i amplituda. Ovasmea zvukova svoje poreklo ima u razliitim fizikim, odnosno funkcijskim delovima


31/40

31

maine. Nivo buke koja se javlja tokom eksploatacije transfomatora i elektrinih maina

zavisi od geometrije delova maine, magnetnih i strujnih optereenja, konstrukcije oklopa,

ventilacionih i leinih sklopova, kvaliteta montae same maine, itd.

Uzroci buke mogu imati razliito poreklo. Radi lake analize, buku emo zavisno o

uzrocima, uslovno podeliti na tri osnovne grupe:

magnetnu, aerodinamiku i mehaniku.Magnetnu buka izazivaju naizmenine sile koje potiu od elektromagnetskog polja.

Osnovna uestanost ovih sila je Hz100 , a kod elektrinih maina mogu da postoje i vii

harmonici usled zubaca.

Postoje sledee naizmenine sile:

Maksvelove sile (Maksvelov tenzor napona) koje deluju u vazdunom procepu napovrinu gvoa rotora i statora elektrinih maina i upravne su na povrinu (nestaju sa

prestankom magnetne pobude maine);

Bio-Savarove sile, )( BlIF rrr = , koje deluju na provodnike sa strujom u magnetskompolju;

Magnetostrikcione sile pri magnetisanju magnetnog kola usled naizmeninog fluksadolazi do skupljanje i irenja magnetnih limova. Ove sile su znaajne kod

transformatora, a beznaajne kod obrtnih elektrinih maina.

Aerodinamika buka nastaje usled vrtloenja gasa (vazduha) prouzrokovanog kretanjem

vrstog tela kroz gas. Vrtloenje izaziva promene pritiska na isturenim obrtnim delovima,periodike promene pritiska zbog prolaza isturenih obrtnih delova u blizini nepokretnih

delova konstrukcije, neravnomernost strujanja gasa, naroito na usisu i izduva. Ovaj oblik

buke je obino dominantan kod elektrinih maina, a javlja se i kod transformatora sa

prisilnim hlaenjem.

Mehanika buka predstavlja buku vrstih tela, a u nju ubrajamo buku u leajeva, buku

etkica (kod maina sa komutatorima ili kliznim prstenovima), kao i ostalu buku izazvanu

mehanikim nedostacima.

Zbog najvee brzine obrtanja i najvee indukcije, buka se meri prilikom ogleda praznog

hoda elektrine maine.

Za ograniavanje buke transformatora i obrtnih elektrinih maina primenjuju se primarnemere, kojima se deluje na same izvore buke i sekundarne mere, kojima se deluje na

postojeu buku. Primarne mere su npr. smanjenje brzine rashladnog fluida, i

aerodinamiko oblikovanje povrina, dok su sekundarne npr. korienje razliitih

priguivaa, unoenje apsorpcionih materijala u unutranjost maine itd. Pored ovih mera

koje se odnose na samu mainu, primenjuju se i opte mere kao to su akustino priguenje

prostorije, ispravno temeljenje i pravilno lociranje maine.

1.7.3 Buka transformatora

Buka transformatora je danas prilino razraena, kako po pitanju porekla, tako i pri

pronalaenju reenja za znaajno smanjenje. Ovakvo stanje je posledica izraenog


32/40

32

ekolokog interesovanja a buku transformatora, jer se oni nalaze i u stambenim zonama,

dok sa druge, tehnike, strane razmatranje buke kod transformatora je jednostavnije nego

kod obrtnih elektrinih maina. Naime, u buci transformatora nema buke mehanikog

porekla, a esto se uticaj aerodinamike buke, koja potie od rashladnih ureaja, moe na

odreeni nain odvojeno razmatrati.

Magnetna bukapotie u najveoj meri od magnetostrikcije jezgra, tj. od sila koje tee daskupljaju, odnosno stiskaju materijal koji se magnetie. Pulzacije jezgra se preko ulja i

vrstih veza transformatora za kuite, prenose na samo kuite koje zrai zvunu energiju

u okolni prostor. Ako je transformator zatvoren uzima se u obzir priguno dejstvo kuita,

kao i ulja kod uljnih transformatora.

Aerodinamika buka kod transformatora potie iskljuivo od sistema za hlaenje. U

odnosu na aerodinamiku buku obrtnih elektrinih maina, nivo zvune snage je obino

mnogo manji. Kod malih i distributivnih transformatora koji se hlade prirodnim strujanjem

fluida ova vrsta buke ne postoji.

Kod transformatora panja se prvenstveno usmerava na smanjenje magnetne buke.

Smanjenje efekta magnetostrikcije postie odgovarajuim stezanjem magnetnog kola i

poveanjem sadraja silicijuma u feromagnetnim limovima, a aerodinamika buka

smanjuje upotrebom beumnih ventilatora i priguivaa na vazdunim vodovima.

1.7.4 Buka elektrinih maina

Kod elektrinih maina obino je dominantna aerodinamika buka, koja se sastoji od

osnovnog uma na koji se superponiraju diskretni tonovi. Uestanost ovih diskretnih

tonova odreena je razmakom izmeu delova rotora i statora, rupama u rotoru, brojem

krilaca ventilatora i drugim isturenim delovima. Kod maina sa cilindrinim rotorommaksimum spektra aeordinamike buke javlja se u opsegu od 800 do Hz4000 , a kod

maina sa isturenim polovima u opsegu od 100 do Hz800 .

Snaga akustine buke moe se pouzdano proceniti pomou sledee relacije:

Sc

vP

5,5

= ,

gde je:

v - obimna brzina,

S- povrina plata rotirajueg dela,

- specifina snaga koja zavisi od povrinske obrade rotora i od svojstva gasa

(za veinu konstrukcija vai da je23 mW103 = ).

Praksa je pokazala da kod obrtniih maina, pri obimnoj brzini rotora ili sopstvenog

ventilatora preko sm50 , dominantnu buku predstavlja aerodinamika buka.

Magnetna buka obrtnih elektrinih maina obino ima poreklo u Maksvelovoj, odnosno

Bio-Savarovoj sili. Ove sile prouzrokuju u statoru i rotoru telesni zvuk, koji se zraenjem

tih delova, kao i onih koji su povezani (mehaniki) sa njima, pretvara u vazduni zvuk i u

okolnom prostoru stvaraju buku. Kako je spektar pomenutih sila diskretan, to je i ova vrsta

buke sloen zvuk, sastavljen od diskretnih komponenata ije su uestanosti npr. kod

asinhronih kaveznih motora izmeu 400 i Hz4000 . Magnetnostrikcione sile koje su kod


33/40

33

obrtnih maina obino zanemarljivi uzronici buke, koja dolazi od izraaja samo kod

viepolnih asinhronih motora zbog relativno tankog jarma.

Za proveru magnetne buke potrebno je odrediti indukciju u vazdunom procepu i sile koje

tu nastaju, zatim prinudne vibracije delova maine koji su pod uticajem tih sila i na kraju

zraenje ovih vibracija u obliku vazdunog zvuka u okolni prostor.

Mehanika buka je posledica mehanikih vibracija koje se proizvode usled obrtanja,

odnosno mehanikog pomeranja delova maine i neuravnoteenosti obrtnih. U najveoj

meri zavisi od kvaliteta leaja, preciznosti izrade i montae delova leaja, uravnoteenja

obrtnih delova, a takoe i od akustinih osobina bonih poklopaca, mehanikih osobina

stopala i svih onih delova maine koji mogu da stupe u rezonanciju pod uticajem vibracija

mehanikog porekla.

Prilikom analize buke mehanikog porekla panja se najvie usmerava na buku etkica i

buku leajeva. Buka etkica potie usled njihovog klizanja po povrini kliznih kolutova,

odnosno komutatora; zatim usled naglih promena sile trenja koja je prouzrokovana

segmentiranou komutatora; usled pomeranja (vibracija) etkica u drau istih. Jo jedan

od razloga za postojanje buke etkica jeste njihovo odskakivanje usled neokruglosti,

odnosno necentrinosti kliznog koluta ili komutatora, zbog neuravnoteenosti rotora i zbog

spoljnih udara. Buka etkica znaajni je deo ukupne buke samo kod maina sa malom

aerodinamikom bukom. Obino je ova maskirana dominantnom, aerodinamikom,

bukom.

Buka leajeva je esto dominantna buka mehanikog porekla. Prouzrokovana je obrtnim

silama koje nastaju kao posledica neizbalansiranosti obrtnih delova i samih konstrukcionih

osobina leajeva. Kod elektrinih maina preovlauje upotreba dva tipa leaja klizni i

kotrljajni. Mnogo vea buka javlja se prilikom upotrebe kotrljajnih leajeva. Prilikom

njihovog korienja kod maina srednjih veliina (snaga) i velikih brzina obrtanja ova buka

je najizraeniji deo ukupne mehanike buke. Uzrok nastajanja buke leaja jeste sam proceskotrljanja/klizanja pokretnih delova samog leaja i rotirajuih (naizmeninih) sila koje

mehaniki napreu pomenuti leaj. Nivo buke zavisi prvenstveno od zazora (tolerancije),

zatim od preciznosti izrade, kvaliteta montae i naravno od klase uravnoteenosti rotora.

Kako kod obrtnih maina dominantna buka ima aerodinamiko poreklo, mere koje se

preduzimaju odnose se pre svega na umanjenje buke aerodinamikog porekla. Tei se ka

to je mogue manjim brzinama strujanja fluida, aerodinamikim oblikovanjem delova, to

manjim brzinama vrstih delova (naroito onih isturenih) u odnosu na rashladni fluid itd.

Radi smanjenja mehanike buke vodi se rauna o tipovima leajeva koji se koriste

(preporuke su da to budu klizni leaji), kvalitetu njihove izrade i konstrukcije. Takoe se

mora voditi rauna o preciznosti izrade i montae svih konstrukcionih delova spojenih saleitem kao i o uslovima rada leita.

Preduzimaju se i sledee sekundarne za smanjenje buke: oklapanje (kapsuliranje) maine

(zbog ega se esto odustaje od primarnih mera), unoenje apsorpcionih materijala u

unutranjost maine i korienje priguivaa, naroito na usisu i izduvu rashladnog

sredstva.

1.7.5 Merenja buke

Merenja buke (akustina merenja) su sloena i veoma osetljiva s obzirom na upotrebljenumetodu, uzronike buke i na uticaj okoline na same rezultate merenja. Naime, nivo

zvunog pritiska u mnogome zavisi od frekvencije, tako da je potrebno mernim


34/40

34

instrumentima pokriti itav ujni opseg prilikom merenja. Veliku greku tokom merenja

buke mogu uneti same prostorije u kojima se ispitivanje vri, kao i predmeti koji se nalaze

u blizini elektrine maine. Metode koje se koriste su regulisane propisima ili

preporukama, s ciljem da se dobijeni rezultati mogu meusobno uporeivati. Svi izloeni

problemi ine merenja akustikih naprezanja veoma kompleksinim.

U praksi razlikujemo dva tipa akustikih merenja. Prvi je merenje buke na nekom mestu

radi ocene delovanja te buke na oveka, a drugi je merenje buke nekog izvora radi

poreenja sa propisanim vrednostima ili nekom drugom bukom, kao i radi istraivanja.

Veliine koje karakteriu mainu kao izvor buke su akustika snaga, spektar buke i indeks

direktivnosti. Na osnovu ovih podataka mogue je meusobno uporediti maine sa aspekta

stvaranja buke i proceniti nivo buke koji e neka maina izazvati u ambijentu sa odreenim

akustikim karakteristikama.

Zvuna snaga predstavlja integral intenziteta zvuka po zatvorenoj povrini S. Ona se

odreuje posredstvom intenziteta, a na osnovu merenja pritiska. Veza ove tri veliine data

je sledeim relacijama:

cIp = 2 , =S

dSIP , gde je:

- gustina sredine u kojoj se zvuk prostire,

c - brzina prostiranja zvuka kroz tu sredinu,

P - zvuna snaga,

p - zvuni pritisak,

I intenzitet zvuka

Dakle, merenje zvune snage vri se indirektno, merenjem zvunog pritiska. Zaodreivanje zvune snage standardizovan je niz postupaka u zavisnosti od traene tanosti

i uslova pod kojima se merenje obavlja. Ovi standardi definiu pojmove, dimenzije i

akustike osobine mernog mesta, zatim karakteristike korienih instrumenata, raspored i

broj mernih taaka, a takoe sadre i relacije pomou kojih se dolazi do nivoa zvune

snage merenjem nivoa pritiska.

Spektar buke predstavlja diskretne vrednosti nivoa buke u zavisnosti od frekventnog

opsega u kome se buka, odnosno njeni uzronici analiziraju. Odreivanje spektra buke je

potrebno radi utvrivanja neposrednog uzronika buke ili jednog njenog dela. Uestanosti

na kojima se dobiju visoke amplitude uporeuju se sa uestanostima moguih

prouzrokovaa. Kada se uestanosti poklope mogue je odreenim postupcima delovati nauzronik na taj nain da se nivo buke smanji. Za dobijanje spektra buke koriste se filteri, tj.

propusnici eljenog pojasa uestanosti, u merni lanac, pa se meri samo nivo tog proputnog

opsega. Kada se vri detaljno ispitivanje spektra koriste se izrazito uskopojasni filteri.

Indeks direktivnosti karakterie izvor u pogledu usmerenosti zraenja akustine energije.

Ovim indeksom istie se injenica da izvor zvuka neravnomerno zrai zvunu energiju u

okolni prostor. Indeks direktivnosti definie se kao razlika nivoa pritiska merenog na

rastojanju l [m]od izvora u tom pravcu i nivoa pritiska koji bi na istom rastojanju proizveoizvor sa neusmerenim zraenjem, a pri tome iste zvune snage.

Tokom merenja buke elektrinih maina neizostavni pratilac je tzv. pozadinska buka.

Pozadinskom bukom smatramo celokupnu buku okoline, tj. svu onu neeljenu buku kojanije predmet naeg istraivanja. Jedna od komponenti pozadinske buke je i reflektovani


35/40

35

zvuk same maine unutar prostorije u kojoj se vri merenje. Negativni uticaj na merenje

pozadinske buke moe se u znatnoj meri smanjiti ako se ispitivanje vri u tkz. gluvim

sobama, prostorijama koje su akustiki izolovane od okoline i imaju sposobnost

apsorbovanja zvuka koji potie od same maine. Pozadinska buka (buka okoline) je ona

buka koja ne predstavlja predmet ispitivanja. Po mogunosti, merenje buke se vri u

zatvorenim prostorijama koje oponaaju akustiki potpuno slobodan prostor, u tzv. gluvimkomorama (sobama). Naroitom akustinom obradom zidova gluvih komora postie se

akustino izolovanje komore od pozadinske buke (okoline) i postizavanjem praktino

potpunog upijanja (apsorpcije) zvuka. U prostoru gluve komore je praktino potpuna tiina

i nema eha ( jeke).

U takvim se prostorijama smatra da izmerena vrednost buke ne sadri pozadinsku buku.

est je sluaj da nismo u mogunosti da merenja vrimo u ovakvim, akustiki izolovanim

prostorijama. Tada je potrebno izvriti merenje nivoa same pozadinske buke (sa

iskljuenom mainom iju buku ispitujemo), a zatim ukupne buke. Razlika ova dva nivoa

daje nivo buke same maine. Treba napomenuti da sami standardi kojima se definie merni

postupak propisuju dozvoljene vrednosti pozadinske buke do kojih se rezultati merenjaprihvataju kao tani ili se, pak, definiu potrebne korekcije mernih vrednosti.

1.7.5.1 Merenje buke transformatora

Odgovarajuim standardom propisani su postupci za merenje nivoa buke transformatora.

Da bi se izbegli uticaji okoline, merenja je poeljno sprovoditi u gluvim komorama. Pri

samom merenju mora se pridravati tehnikog uputstva proizvoaa ureaja za merenje

nivoa zvuka, a naroito na uputstva o najmanjoj udaljenosti izmeu ispitivaa i mikrofona,

koja je neophodna da se izbegnu greke zbog refleksije. Neposredno pre i posle izvrenih

merenja mora se kontrolisati ureaj za merenje zvuka badarenim izvorom zvuka.

U tabelama 1-2 i 1-3 dati su dozvoljeni nivoi buke za suve i za uljne transformatore u

zavisnosti od njihovih snaga.

Tabela 1-2 Dozvoljeni nivoi buke u dB na udaljenosti 1m, za uljne i suve transformatoreprema DIN standardu

Naznaena

snaga ]kVA[30 i

50

75 i

100

125 i

160

200 i

250

315 i

400

500 i

630

800 i

1000

1250 i

1600

Za uljne [dB] 45 46 47 48 50 52 54 56

Za suve [dB] 54 56 58 60 62 64 - -

Tabela 1-3 Dozvoljeni nivoi buke u dB na udaljenosti od 3m za energetske transformatoreprema DIN standardu

Naznae

na snaga

MVA

2 2,5 3,15 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20 25 31,5 40


36/40

36

dB 52 53 55 56 57 59 60 62 63 65 66 67 69 70

Radi boljeg razumevanja oblasti, ovde e biti dane definicije osnovnih pojmova:

nivo buke - nivo zvunog pritiska meren pomou A-filtra, nivo zvune snage

W

L - desetostruki dekadni logaritam odnosa zvune snage i

referentne zvune snage koja iznosi1210 W,

glavna povrina zraenja - zamiljena povrina koja okruuje transformator ilirashladni ureaj i smatra se povrinom koja zrai zvuk,

merna linija - vodoravna linija , udaljena od glavne povrine zraenja za utvrenirazmak , du koje su razmetena merna mesta,

ekvivalentna povrina - zamiljena povrina na kojoj su izvrena merenja i koja slui zaraunanje zvune snage koju zrai oprema,

osnovna buka okoline - buka izmerena na mernim takama , izuzimajui buku kojustvara ispitivani objakat.Ona sadri buku svih drugih aparata koji su potrebni zamerenje.

Ispitni prostor bi trebao da bude idealan, tj. bez ikakvih objekata koji prouzrokuju

refleksiju, osim samog tla, tako da ispitivana oprema zrai u slobodno polje iznad ravni

refleksije.

Tokom merenja ispitivani transformator mora da bude u reimu praznog hoda, pri

naznaenom naponu i frekvenciji. Ako transformator ima regulacionu sklopku sa

prigunicom , koja za neke izvode ostaje trajno optereena (regulaciju napona konstantnim

fluksom u jezgru), merenja se moraju izvesti na izvodu koji je to blie glavnom izvodu.

Nivo buke transformatora i okoline mora se odrediti kao nivo "A" zvuka, izraen u dB.Nivo buke okoline se mora meriti neposredno pre i posle merenja buke transformatora.

Ako je nivo buke okoline znatno nii od kombinovanog nivoa transformatora i okoline , sa

razlikom jednakom ili veom od 9 dB , nivo buke okoline se meri samo u jednoj taki i

izmereni nivoi buke transformatora se ne moraju korigovati. Ako je nivo buke okoline

takav da je razlika u dB izmeu kombinovanog nivoa buke transformatora i buke okoline i

srednjeg nivoa buke okoline manji od 9 dB , ali ne manja od 3 dB , primenuju se

korekcioni faktori.U takvim uslovima nivo buke okoline se mora odrediti za svaku mernu

taku kada je ukupni broj mernih taaka manji ili jednak 10, odnosno za najmanje 10

mernih mesta podjednako rasporeenih oko transformatora kada je ukupni broj mernih

taaka vei od 10.

Kada je razlika manja od 3 dB , rezultati ispitivanja se ne prihvataju ako kombinovani nivo

buke okoline i transformatora nije manji od utvrene vrednosti.

Visina mikrofona za vreme merenja buke okoline mora da bude jednaka kao i pri merenju

buke objekta , a merenja buke okoline moraju se izvriti u takama na mernim linijama.

Kao srednji nivo uzima se srednja aritmetika vrednost svih dobijenih oitavanja na

objektu ako najvea razlika izmeu izmerenih vrednosti nije vea od 5 dB. U protivnom se

uzima srednja kvadratna vrednost.

Postupci merenja odnose se na transformatore sa razliitim nainima hlaenja , zavisi od

toga da li su hladnjaci udaljeni za manje ili vie od m3 od glavne povrine zraenja. S

obzirom na naine hlaenja i smetaj hladnjaka u odnosu na sud transformatora, imamo

sledee sluajeve:


37/40

37

1) Transformatori bez rashladnog ureaja sa prisilnim strujanjem vazduha ili sa takvim

ureajem montiranim na postolju i udaljenim najmanje m3 od glavne povrine zraenja

glavnog suda.

Merna linija, du koje su razmetena merna mesta , mora biti udaljena od glavne povrine

zraenja za m3,0 . Ako je visina suda transformatora manja od m5,2 , merna linija mora

biti u vodoravnoj ravni na polovini visine suda , a ako je m5,2 ili vea , onda su potrebne

dve merne linije , i to jedna u vodoravnoj ravni na 1/3, a druga na 2/3 visine suda.

Merne take moraju biti priblino jednako razmaknute , ne vie od m1 , a njihov ukupan

broj mora biti najmanje 6.

Merna linija

Regulaciona sklopka

Pojaanja i kuke za dizanje

Stezaljke namota

nieg napona

Izolatori vieg napona B

A

Slika 1-14 Poloaji mikrofona za merenje nivoa buke transformatora bez hladnjaka

2) Baterija hladnjaka sa prisilnim strujanjem vazduha, montirana odvojenom postolju,udaljena najmanje 3 m od glavne povrine zraenja transformatora.

Ova merenja se smatraju kao dodatni zahtevi , jer nije uobiajeno da se baterije hladnjaka

montiraju odvojeno, osim prilikom ispitivanja povienja temperature za glavnu opremu.

Transformator mora da bude nepobuen, dok svi hladnjaci sa prisilnim strujanjem vazduha

kao i uljne pumpe moraju biti u pogonu.

Merna linija mora biti udaljena od definisane glavne povrine zraenja m2 .

Ako je visina baterije manja od m4 , merna linija mora biti u vodoravnoj ravni na polovini

visine, a ako je jednaka ili vea od m4 , onda su potrebne dve merne linije , i to jedna u

vodoravnoj ravni na 1/3 , a druga na 2/3 visine baterije hladnjaka.

Merne take moraju biti priblino jednako razmaknute na vie od m1 , a njihov ukupni broj

mora biti najmanje 10.


38/40

38

Pogled A

Glavnapovrina

zraen a

Pogled B

Glavna

povrina

zraenja

Slika 1-15 Poloaji mikrofona za merenje buke tranformatora sa hladnjacima sa prisilnimstrujanjem vazduha montiranim bilo na sudu ili na odvojenom postolju udaljenom najmanje

3 m od glavne povrine zraenja.

3) Transformatori sa rashladnim ureajem sa prisilnim strujanjem vazduha montiranim bilo

neposredno na sudu ili na odvojenom postolju , udaljenom manje od 3 m od glavnepovrine zraenja glavno

merenje neelektricnih velicina

Documents