1
Osnove elektrotehnike 2
Natuknice s predavanja
IZMJENIČNE STRUJE
• Izmjenične struje su vremenski promjenljive struje ko...
2
Elektrolitska srednja vrijednost
Kod elektrolize ne može se koristiti srednja vrijednost, nego
elektrolitska srednja vri...
3
POJEDINAČNA OPTEREĆENJA
IZVORA IZMJENIČNE STRUJE
• čisto djelatno opterećenje izmjeničnog strujnog
kruga;
• čisto indukt...
4
Djelatni (aktivni) otpor u
izmjeničnom strujnom krugu
tUtu m ωsin)( ⋅=
tIt
R
U
R
tu
ti m
m
ωω sinsin
)(
)( ⋅=⋅==
000 =−=...
5
Kapacitivni otpor u izmjeničnom
strujnom krugu
dt
tdu
Cti
)(
)( ⋅= tCUti m ωω cos)( ⋅⋅⋅=
)
2
sin(cos
π
ωω += tt
)
2
sin(...
6
Paralelni RC i RL krug PARALELNI RLC SPOJ
G
BB
arctg LC −
=ϕ
22
)( LC BBGYY −+==Trokut vodljivosti
Admitancija Susceptan...
7
TROKUT SNAGE
• Umnožak efektivnih vrijednosti napona i struje sa
cosϕ (faktorom snage) u nekom vremenu predstavlja
koris...
8
REZONANCIJA
Rezonancija je pojava koja se javlja u slučajevima kada se frekvencija
prinudnih oscilacija (vanjskog izvora...
9
NEPRIGUŠENE OSCILACIJE U
TITRAJNIM KRUGOVIMA
Kad se u krugu nalaze samo idealni L i C, nema disipacije
energije na otpor...
10
NAČELO RADA RADIO PRIJEMNIKA
Primjer primjene serijske rezonancije je kod ulaznog kruga
radio prijemnika. Naime, na ant...
11
RJEŠAVANJE MREŽA
IZMJENIČNIH STRUJA
Osim serijskog, paralelnog i mješovitog spoja, u izmjeničnim krugovima
javljaju se ...
12
JEDNADŽBE ČETVEROPOLA I
VRSTE PARAMETARA:
PRIJENOSNI “T” ILI “ABCD” PARAMETRI
A11
A21
A12
A22
U1 U2
I1 I2
2122111 IAUAU...
13
TROFAZNI SUSTAV
Potreba za izmjeničnim strujama proistječe iz distribucije
električne energije, jer s udaljenošću rastu...
14
Spajanje trofaznih i jednofazniih trošila
Snaga u trofaznim sustavima
• Trofazno simetrično trošilo ima u svakoj
grani ...
15
OKRETNO MAGNETSKO POLJE
Trofazna struja protječući kroz namote trofaznog motora stvara
magnetski tok koji rotira jednol...
16
ELEKTRIČNI KRUG BRODA
Izvori energije na brodu mogu biti: generatori, akumulatorske
baterije, solarne ćelije, električn...
17
GLAVNA RASKLOPNA PLOČA
Podjeljena je na polja generatora, važnih trošila i manje važnih
trošila.
Polja generatora sadrž...
18
NEKI POJMOVI O ELEKTRIČNIM
STROJEVIMA
Prazan hod – nema korisnog djelovanja, trošila nisu priključena, stroj
je spreman...
19
TROFAZNI SINKRONI GENERATOR
Trofazni sinkroni generator na statoru ima trofazni namot s p pari
magnetskih polova raspor...
20
ISTOSMJERNI STROJEVI
Istosmjerni stroj se izvodi s uzbudom na statoru i armaturom na rotoru. Uzbuda je smještena na
ist...
of 20

Naizmenicni strui

Published on: Mar 3, 2016
Source: www.slideshare.net


Transcripts - Naizmenicni strui

  • 1. 1 Osnove elektrotehnike 2 Natuknice s predavanja IZMJENIČNE STRUJE • Izmjenične struje su vremenski promjenljive struje kojima se pored jakosti mijenja i smjer strujanja. Od najvećeg su interesa periodički promjenljive izmjenične veličine. • Iznos izmjenične veličine u određenom trenutku vremena naziva se trenutnom vrijednošću izmjenične veličine. Promjenljive veličine označavaju se malim slovima. • Bitna značajka periodičkih promjenljivih veličina je njihov period T [s]: nakon vremenskog intervala T ponavlja se slika promjenljive veličine. • Frekvencija f izmjenične veličine je broj cijelih promjena te veličine u jedinici vremena:     == Hz sT f 11 IZMJENIČNE STRUJE Kružna frekvencija: )(sin)( 11 βω +⋅⋅= tIti m )(sin)( 22 βω −⋅⋅= tIti m     ⋅⋅= s rad fπω 2 Sinusoidalna struja je i kosinusna! Kosinus je fazno pomaknut sinus! Srednja vrijednost izmjenične struje Srednja vrijednost izmjenične struje u vremenskom intervalu T definirana je izrazom: Za sinusoidalnu izmjeničnu struju očigledno je da je srednja vrijednost jednaka nuli. ∫ ⋅= T sr dtti T I 0 )( 1
  • 2. 2 Elektrolitska srednja vrijednost Kod elektrolize ne može se koristiti srednja vrijednost, nego elektrolitska srednja vrijednost (može se dobiti punovalnim ispravljanjem). Definira se s: za sin struju. ∫ ⋅= T el dtti T I 0 )( 1 mmel III ⋅=⋅= 637,0 2 π Efektivna vrijednost RMS value (root-mean-square value): efektivna vrijednost, kvadratna srednja vrijednost. Efektivna vrijednost izmjenične struje odgovara onoj vrijednosti konstantne istosmjerne struje I koja na otporniku otpornosti R proizvede istu količinu topline kao ta izmjenična struja u istom vremenu na istom otporniku. m m T m T I I dttI T dtti T I ⋅===⋅=⋅= ∫∫ 707,0 2 .........sin 1 )( 1 0 22 0 2 ω ∫ ⋅⋅=⋅⋅= T dtRtiWiTRIW 0 22 )( ∫ ⋅=⋅⋅ T dttiRTRI 0 22 )( ∫ ⋅= T dtti T I 0 2 )( 1 Omjerni faktori Instrumenti nisu baždareni na istu srednju vrijednost, pa se moraju preračunati s pomoću omjernih faktora. Faktor oblika je omjer efektivne i elektrolitske srednje vrijednosti izmjenične veličine. Tjemeni faktor je omjer maksimalne i efektivne vrijednosti izmjenične veličine. Srednji faktor je omjer elektrolitske srednje i maksimalne vrijednosti izmjenične veličine. 11,1 222 2 = ⋅ = ⋅ = π π ξ m m I I 414,12 2 === m m I I σ 637,0 2 2 == ⋅ = π πζ m m I I Fazor Sinusne veličine mogu se osim kao funkcije vremena pokazati i vektorski (fazorski) – često puta zgodnije. Fazor rotira konstantnom brzinom ω u smjeru suprotno od kazaljke na satu. Projekcija fazora na okomitu os jednaka je sinusu kuta α=ωt. Dužina vektora jednaka je maksimalnoj vrijedmosti sinusne veličine Kut koji fazor zatvara sa horizontalnom osi u t=0 predstavlja fazni pomak.
  • 3. 3 POJEDINAČNA OPTEREĆENJA IZVORA IZMJENIČNE STRUJE • čisto djelatno opterećenje izmjeničnog strujnog kruga; • čisto induktivno opterećenje izmjeničnog strujnog kruga; • čisto kapacitivno opterećenje izmjeničnog strujnog kruga. Djelatni (aktivni) otpor u izmjeničnom strujnom krugu Omski otpor – otpor na protjecanje istosmjernje struje Djelatni otpor – otpor na protjecanje izmjenične struje Za frekvencije manje od 300 [Hz], omski otpor približno je jednak djelatnom. Gradska mreža je na 50 [Hz]. Povećanje aktivnog u odnosu na omski otpor objašnjava se s tim što izmjenično elektromagnetsko polje izaziva dodatne pojave vezane s gubicima: 1. Istosmjerna struja je ravnomjerno raspoređena po poprečnom presjeku vodiča, dok je izmjenična gušća prema površini, jer nastaju vrtložne struje koje “tjeraju” struju od središta vodiča. To se zove površinski ili skin učinak. Djelatni (aktivni) otpor u izmjeničnom strujnom krugu Istosmjerna struja Izmjeni strujačna S l R ρ= ' ' S l R ρ= RRSS >⇒< '' Skin učinak (efekt) Utjecaj skin učinka smanjuje se na 2 načina: - izbjegava se izrada masivnih vodiča, - za posebno visoke frekvencije izrađuju se vodiči u obliku šupljih cijevi. Djelatni (aktivni) otpor u izmjeničnom strujnom krugu 2. izmjenično magnetsko polje stvara vrtložne struje u vodljivim masama poput feromagnetskih jezgri transformatora ili elektromagneta, 3. predmagnetiziranja, 4. histereze. U općem slučaju smatra se da su aktivnim otporom uzeti u obzir svi nepovratni procesi pretvorbe energije. Pod aktivnim otporom podrazumjeva se otpor koji ne stvara ni magnetsko ni elektrostatsko polje. Idealni ne postoji, ali za niske frekvencije takvim otporom mogu se smatrati: žarulje, grijači i neki tipovi žičanih otpornika.
  • 4. 4 Djelatni (aktivni) otpor u izmjeničnom strujnom krugu tUtu m ωsin)( ⋅= tIt R U R tu ti m m ωω sinsin )( )( ⋅=⋅== 000 =−=ϕ Napon i struja su u fazi. Induktivni otpor u izmjeničnom strujnom krugu Svitci (zavojnice) mogu biti zračni i s magnetskom jezgrom (prigušnice). Služe za generiranje induciranih napona (bobina, transformator), generiranje magnetskih sila (elektromotor, relej), filtriranje signala, skladištenje magnetske energije i dr. Prolaskom električne struje kroz svitak dolazi do induciranja napona samoindukcije. Taj napon drži ravnotežu naponu izvora, a ta je ravnoteža dinamička - do induciranja napona dolazi samo kada krugom protječe električna struja. Ako je u(t)=Umsinωt, onda je: dt tdi Ltu )( )( ⋅=0)()( =+ tetu S ∫ ⋅= dttu L ti )( 1 )( ω ω 1 )cos()( ⋅−⋅= t L U ti m ) 2 sin(cos π ωω −=− tt ) 2 sin()( π ω −⋅= tIti m Induktivni otpor u izmjeničnom strujnom krugu 000 90)90(0 +=−−=−= iu ααϕ     Ω==⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅= A V A Vs s HHzLfLX L 1 2 πω Napon prethodi struji. Kapacitivni otpor u izmjeničnom strujnom krugu Kondenzatori služe za: odvajanje istosmjerne od izmjenične komponente struje, kratko spajanje izmjeničnih napona, filtre i rezonantne krugove, pohranu električne energije i vremensko kašnjenje. Struja fizički ne prolazi kroz dielektrik kondenzatora, nego se elektronski omotači i jezgre atoma deformiraju u eliptički oblik ovisan o vanjskom električnom polju. S obzirom da je riječ o izmjeničnoj struji, kondenzator se periodički puni i prazni. Izmjenična struja je struja punjenja i pražnjenja kondenzatora, a zatvara se preko polariziranih naboja u dielektriku.
  • 5. 5 Kapacitivni otpor u izmjeničnom strujnom krugu dt tdu Cti )( )( ⋅= tCUti m ωω cos)( ⋅⋅⋅= ) 2 sin(cos π ωω += tt ) 2 sin()( π ω +⋅= tIti m             Ω== ⋅ ⋅⋅⋅ = ⋅ = A V V As s CfC X C 1 1 2 11 πω Neki serijski spojevi UR ULU I Vektorski dijagram Trokut otpora Neki serijski spojevi Krug se ponaša kao zavojnica. Krug se ponaša kao kondenzator. Krug se ponaša kao kratki spoj! Neki serijski spojevi CL XX 〉 R XX arctg CL − =ϕ 22 )( CL XXRZ −+= CL XX 〈 R XX arctg LC )( +− =ϕ 22 )( CL XXRZ −+= CL XX = RZ = 0 0=ϕ R
  • 6. 6 Paralelni RC i RL krug PARALELNI RLC SPOJ G BB arctg LC − =ϕ 22 )( LC BBGYY −+==Trokut vodljivosti Admitancija Susceptancija IZMJENIČNE STRUJE U KOMPLEKSNOM PODRUČJU U eksponencijalnom obliku: - iznos ispred eksponenta je efektivna vrijednost izmjenične veličine, - kut u eksponentu je fazni pomak. U analizi izmjeničnih mreža podrazumijeva se da je izvor s jednom frekvencijom. Ako nije, koristi se načelo superpozicije. [ ] [ ] ttItiAIAI ef ωω sin2sin)(11 max ==⇒=⇒= [ ] [ ] ( )120sin2220sin)( 220220 max 120 +== =⇒= ttUtu VUVeU ef j ωω SNAGA IZMJENIČNE STRUJE tUtu m ωsin)( ⋅= )sin()( ϕω −⋅= tIti m )sin(sin)()()( ϕωω −⋅⋅⋅=⋅= tItUtitutp mm )sin(sin2)( ϕωω −⋅⋅⋅⋅= ttIUtp [ ])2cos(cos)( ϕωϕ −−⋅⋅= tIUtp Proizlazi da je i snaga periodička i harmonička funkcija, ali dvostruke frekvencije (2 ω) u odnosu na frekvenciju napona i struje (ω). Funkcija snage oscilira oko osi paralelne s osi apscisa, a koja je za iznos UIcosϕ udaljena od apscise.
  • 7. 7 TROKUT SNAGE • Umnožak efektivnih vrijednosti napona i struje sa cosϕ (faktorom snage) u nekom vremenu predstavlja korisni rad kojeg može obaviti energija izmjenične struje. • Gornji izraz predstavlja radnu (djelatnu ili aktivnu) snagu. Jasno je da je cilj postići veći faktor snage, jer je tad i djelatna snaga veća. Maksimalni faktor snage je 1 i tada je ϕ = 0. Umnožak efektivnih vrijednosti napona i struje predstavlja prividnu snagu: Jalova ili reaktivna snaga određena je izrazom: Jalova snaga karakterizira osciliranje energije između izvora i trošila. Kompleksna snaga: [ ]WIUP ϕcos⋅⋅= [ ]VAIUS ⋅= [ ]varsinϕ⋅⋅= IUQ *IUSejQPS j ⋅==+= ϕ KOMPENZACIJA FAKTORA SNAGE Radna snaga je korisna snaga koja ostaje u krugu - na trošilu. Kako ovisi o faktoru snage cosϕ nastoji se povećati faktor snage. To se naziva kompenzacijom faktora snage. Kako su električni krugovi s električnim strojevima (generatori, motori, transformatori) uglavnom induktivnog karaktera zbog velikog broja svitaka, faktor snage se popravlja dodavanjem u strujni krug kondenzatora ili baterija kondenzatora. 3 slučaja: - Djelomična kompenzacija (potkompenziran slučaj) - Potpuna kompenzacija - Nadkompenziran slučaj Maksimalna korisna snaga u izmjeničnim strujnim krugovima Teorem o prijenosu maksimalne snage u izmjeničnim mrežama (o prilagođenju): Za zadani izmjenični izvor srednja snaga isporučena trošilu bit će maksimalna ako je impedancija trošila jednaka konjugiranjo kompleksnoj vrijednosti unutarnje impedancije izvora. Kod prilagođenja je iskoristivost svega 50%, pa se koristi samo u elektronici, telekomunikacijama i radiokomunikacijama, a ne i u elektroenergetskim mrežama. Za serijski spoj trošila i naponskog izvora vrijedi: Zt = Zi* Pmax=U2/4Rt PRIMJER PRIMJENE PRILAGOĐENJA Antena Radio Ra -jxa Rrad. jxrad Nadomjesni krug antene Nadomjesni krug radio-prijamnika Sprežni krug, po potrebi
  • 8. 8 REZONANCIJA Rezonancija je pojava koja se javlja u slučajevima kada se frekvencija prinudnih oscilacija (vanjskog izvora) poklapa s frekvencijom vlastitih oscilacija. Rezonancija je pojava kada se energija maksimalno prenosi s jednog titrajnog sustava (predajnik) na drugi titrajni sustav (prijemnik), ako su im frekvencije titranja bliske. Resonare (lat.) - razlijegati se. Porast intenziteta titraja kada se frekvencija (učestalost) vanjske sile, koja uzrokuje titraje, podudara s frekvencijom vlastitih titraja sustava. Posljedice razonancije u mehaničkim sustavima su vibracije (brod, avion, automobil, vlak – vibracije nestaju kad se brzina smanji/poveća u odnosu na tu; visoki C – pucanje čaše; rušenje drvenog mosta stupanjem). U elektroenergetskim sustavima zbog rezonancije nastaju neplanirani porasti napona koji oštećuju električne strojeve. U elektroničkim, radiokomunikacijskim, telekomunikacijskim i radarskim sustavima se koristi za npr. izdvajanje korisnog signala,selektivno pojačanje neke frekvencije itd. Električni krug u rezonanciji djeluje kao čisto djelatno trošilo, jer se reaktivne (jalove) komponente poništavaju, tj. rezonantni otpor Rezonancija može nastupiti i u serijskom (serijska ili naponska) i u paralelnom (paralelna ili strujna rezonanciji) oscilacijskom krugu. ( ) ( ) RZZZ ukukuk === Re0Im Serijska (naponska) rezonancija Na nekoj frekvenciji apsolutni iznosi induktivnog i kapacitivnog otpora su jednaki, a kako su suprotnog predznaka, međusobno se poništavaju. Ta se frekvencija naziva rezonantnom frekvencijom. Na rezonantnoj frekvenciji cijeli krug djeluje kao čisto omski otpor. Struja i napon su u fazi, tj. fazni kut je jednak nuli. Rezonanciju se može postići promjenom frekvencije, kapaciteta ili induktiviteta. U rezonanciji je struja maksimalna, jer je reznonanti otpor minimalan! )( CLCLCL XXjRjXjXRXXRZ −+=−+=++= 0=− CL XX C L r r ⋅ =⋅ ω ω 1 CL fr ⋅⋅ = π2 1 Dobrota i prigušenje • Dobrotom strujnog kruga Q naziva se omjer napona na induktivnom (ili kapacitivnom) otporu pri rezonantnoj frekvenciji i napona izvora: • Dobrotom strujnog kruga definiraju se rezonantna svojstva tog kruga. Prigušenjem strujnog kruga d naziva se recipročna vrijednost dobrote strujnog kruga. U krugu s većim prigušenjem brže prestaju slobodne oscilacije. C L RU U U U Q CL 1 === L C R Q d == 1 Paralelna (strujna) rezonancija Admitancija paralelnog RLC kruga određena je izrazom: )( LCLCLC BBjGjBjBGBBGY −+=−+=++= CfCBC ⋅⋅⋅=⋅= πω 2 LfL BL ⋅⋅⋅ = ⋅ = πω 2 11 0=− LC BB CL fr ⋅⋅ = π2 1 I I I I Q CL ==
  • 9. 9 NEPRIGUŠENE OSCILACIJE U TITRAJNIM KRUGOVIMA Kad se u krugu nalaze samo idealni L i C, nema disipacije energije na otporniku R, vrijedi ista formula za računanje rezonantne frekvencije. No, tada je impedancija kruga = 0, pa je, iz Ohmovog zakona, struja neizmjerno velika. Takav krug pretstavlja kratki spoj. Ako se takav krug zatvori bez izvora nakon punjenja kondenzatora, nastaju neprigušene oscilacije energije iz električne u magnetsku koje traju neizmjerno dugo. TITRAJNI PRIGUŠENI KRUG Uslijed omskog otpora u krugu će postojati gubici te će se kondenzator nabiti na nešto niži napon (nešto manji naboj). Ovakav proces pražnjenja (izbijanja) i nabijanja kondenzatora se ponavlja, svaki put se mijenja polaritet i svaki put se smanjuje napon (naboj) na koji se nabija kondenzator. S obzirom na omski otpor u opisanom titrajnom krugu isti se naziva titrajnim krugom s gušenjem. Za vrijeme pražnjenja kondenzator se ponaša kao generator, a zavojnica kao trošilo, kasnije je obratno. Ovakav krug gubi energiju uslijed omskog otpora i zračenja energije. Ako krug brzo oscilira onda je neizbježno odlaženje jednog dijela energije u obliku elektromagnetskog zračenja pa takav krug predstavlja izvor elektromagnetskih valova. Aperiodičko izbijanje ELEKTROMAGNETSKO ZRAČENJE < 10-12> 3x1020kozmičke zrake 10-10 - 10-163x1018 - 3x1024gama zrake 10-8 - 10-143x1016 - 3x1022rendgenske zrake 4x10-7 - 10-107,5x1014 - 3x1018ultraljubičaste zrake 7,6x10-7 - 4x10-74x1014 - 7,5x1014vidljive zrake 0,3x10-2 - 7,6x10-71011 - 4x1014infracrvene zrake 3x104 - 0,3x10-2104 - 1011Radiovalovi 0 - 3x1040 - 104električni valovi Valna duljina λ [m] Frekvencija zračenja ν [Hz] Vrst zračenja DUGI VAL, SREDNJI VAL, KRATKI VAL, ULTRA KRATKI VAL RADIO VALOVI
  • 10. 10 NAČELO RADA RADIO PRIJEMNIKA Primjer primjene serijske rezonancije je kod ulaznog kruga radio prijemnika. Naime, na anteni se induciraju elektromagnetski valovi svih radio postaja te nastaju elektromotorni naponi svih frekvencija koje su u eteru. EMN tjeraju odgovarajuće struje u ulaznog krugu prijemnika preko induktivne sprege. U krug se serijski spaja promjenjivi kondenzator, koji omogućuje podešavanje rezonantne frekvencije iz izraza za fr. Signalu radio postaje čija frekvencija odgovara rezonantnoj povećat će se amplitudu napona Q puta, pa je ovakav krug bolji što mu je dobrota veća. Ovo se zove selektivno pojačanje. Sada će signali ostalih postaja biti samo slaba smetnja koja se može ukloniti filterima, jer oni nisu pojačani zbog toga što za njih nije udovoljen uvjet rezonancije (Im(Z)=0). Napomena: Odlukom Vrhovong suda SAD-a Tesla je izumitelj radija, a ne Marconi kao što je uvriježeno mišljenje. • Antene mogu biti pasivne i aktivne. Kod radara se zahtjeva vrlo uzak dijagram zračenja, kod prijenosa radio ili TV programa na mjestu odašiljanja se zahtjeva približno kružni dijagram zračenja. Glavni parametri antene su: polarizacija, dijagram zračenja, usmjerenost, dobitak, efektivna površina, duljina ili visina, temperatura šuma, impedancija, dozvoljena snaga i mehaničke karakteristike. • Radio-goniometar je prijemni radio-uređaj koji služi za određivanje smjera u kojem se nalazi izvor radio valova. Radio smjerom se naziva smjer određen radio-goniometrom, a predstavlja kut između neke referentne vodoravne razine kroz radio-goniometar i vodoravne razine koja prolazi kroz objekt u kojem se nalazi odašiljač i radio-goniometar. Radio smjer broji se obično u smjeru kazaljke na satu. Ako se za referentni smjer uzme uzdužnica broda (val pramca) govorio se o pramčanom smjeru, a ako se uzme astronomski merdijan govori se o pravom smjeru (azimutu). • Glavni srednjefrekvencijski odašiljač predviđen je za rad između 400 i 525 [kHz], a snage je do 1 [kW]. Predviđen je za nemoduliranu i moduliranu telegrafiju. Lako se ugađa na 7 – 8 unaprijed zadanih frekvencija, a jedna od njih je i SOS na 500 [kHz]. Visokofrekvencijski odašiljač predviđen je za rad između 4 – 22 [MHz]. Ima veliku stabilnost frekvencije i temperature (izrađen dijelom od kvarca). Ovdje je SOS frekvencija 8364 [kHz]. • Glavni prijemnik mora pokrivati područje od 0,1 do 30 [MHz]. Radio telefonski prijemnik predviđen je za telefoniju frekvencija 1,6 do 3,8 [MHz]. SOS je na 2182 [kHz]. • Pričuvni odašiljač i prijemnik predviđen je za manje snage i priključen na pomoćni izvor istosmjernog napona 24 [V]. x z Dijagram zračenja radarske antene Blok-shema radio odašiljača PRIJELAZNE POJAVE U IZMJENIČNOM KRUGU Kod uključenja RL kruga na izmjenični napon dolazi do prijelazne pojave. Pri tome se zbraja struja stacionarnog stanja, koja je sinusoidalna, s prijelaznom strujom, koja je eksponencijalno opadajuća: Kako se struje i naponi na kondenzatoru razlikuju samo u faznom kutu, analogne slike i izrazi se dobijaju i za RC krug. ( ) τ αω t imprijstac eItItititi − ⋅++⋅⋅=+= 0sin)()()( ( ) τ ααω t imimR eIRtIRtu − ⋅⋅⋅−+⋅⋅⋅= sinsin)( ( ) τ αω t LimLL eUtIXtu − ⋅+++⋅⋅⋅= 090sin)( NESINUSOIDALNE PERIODIČKE STRUJE I NAPONI Osim istosmjernih i izmjeničnih sinusoidalnih struja, električnim krugom mogu protjecati i nesinusoidalne struje. Prisutne su u prijelaznim pojavama i u istosmjernim i u izmjeničnim krugovima. Nesinusoidalne veličine su posebno značajne kod prijenosa i obrade raznih signala te u računalskoj tehnici. Najvažnija razlika između sinusoidalnih i nesinusoidalnih veličina je da se druge ne mogu prikazivati vektorima i kompleksnim brojevima, nego samo u vremenskom obliku. Samo u vremenskom obliku vrijede i Ohmov i Kirchhoffovi zakoni. Nesinusoidalne veličine mogu se promatrati kao zbroj istosmjerne i izmjenične sastavnice te se govori o sastavljenom obliku napona ili struje. Fourierova analiza koristi se kad se neka sastavljena veličina želi prikazati zbrojem jedne istosmjerne sastavnice i više sinusoidalnih. Frekvencije tako dobivenih sinusnih oblika su cjelobrojni višekratnici osnovne frekvencije te se nazivaju harmonicima. Efektivna vrijednost harmonički sastavljene struje je drugi korijen iz zbroja kvadrata efektivnih vrijednosti svih harmonika.
  • 11. 11 RJEŠAVANJE MREŽA IZMJENIČNIH STRUJA Osim serijskog, paralelnog i mješovitog spoja, u izmjeničnim krugovima javljaju se i spojevi u trokut i zvijezdu kao i u istosmjernim mrežama. Naravno, treba naglasiti da je uvijek riječ o linearnim mrežama, a ne o onima koje sadrže makar jedan nelinearni element poput nekog od elektroničkih elemenata. Mreže mogu biti s raspodijeljenim i koncentriranim elementima. Ako je riječ o npr. dalekovodu, koji se sastoji od realnih vodiča, otpor ovisi o duljini vodiča. Ako se presječe na pola, otpor će biti dvostruko manji. To je primjer raspodijeljenih parametara. Tada se navodi da je otpor npr. r =1 [Ω/m]. To znači da je otpor vodiča na metar duljine 1 [Ω], na dva metra 2 [Ω], itd. Isto tako se mogu definirati i kapacitet i induktivitet. To je tipičan slučaj kod prijenosnih vodova. U nekim slučajevima, kao npr. unutar izvora, dimenzije su relativno malene pa se ti otpori, kapaciteti i induktiviteti mogu prikazati koncentrirano, npr. kao jedna impedancija. U okviru ovog kolegija, uglavnom se obrađuju mreže s koncentriranim parametrima i idealnim vodičima kako bi se olakšao proračun. TRANSFORMACIJE ZVIJEZDA – TROKUT I OBRNUTO ∆ = Z ZZ Z 3112 1 ∆ = Z ZZ Z 2312 2 ∆ = Z ZZ Z 3123 3 3 21 2112 Z ZZ ZZZ ++= 1 23 3223 Z ZZ ZZZ ++= 2 31 3131 Z ZZ ZZZ ++= 312312 ZZZZ ++=∆ SLOŽENE MREŽE Z U I = 0 1 =∑= n k kI ∑∑ == ⋅= m k kk n j j ZIE 11 Svi postupci rješavanja linearnih mreža iz istosmjernih strujnih krugova vrijede i u izmjeničnim. Uzimaju se kompleksne vrijednosti struja i napona, a umjesto otpora računa se s impedancijama. Može se primijeniti postupak izravne primjene Kirchhoffovih zakona. Od izravne primjene Kirchhoffovih zakona povoljniji je postupak konturnih struja, jer se postavlja manji broj jednadžbi. Ako složeni krug sadrži strujne izvore, može se broj jednadžbi smanjiti za broj takvih izvora. Struja u nezavisnoj grani konture pripada samo toj konturi i jednaka je odgovarajućoj konturnoj struji. Struja u zajedničkoj grani je algebarski zbroj kompleksnih konturnih struja. Kod postupka napona čvorova jedan se od čvorova odabire kao referentan te se njegov potencijal uzima jednakim nuli. U odnosu na taj čvor računaju se potencijali ostalih čvorova. Samo načelo superpozicije je opće prihvaćeno fizikalno načelo pa ono vrijedi za sve linearne mreže. Struja u nekoj grani jednaka je algebarskom zbroju parcijalnih struja nastalih djelovanjem pojedinih elektromotornih napona ili strujnog izvora. Ohmov zakon u kompleksnom obliku. Poopćeni oblici I i II KZ ČETVEROPOLI Sklopovi sa četiri stezaljke, bilo da se radi o izoliranim elementima ili dijelovima neke veće mreže, nazivaju se četveropolima. Ako četveropol sadrži u sebi izvor energije naziva se aktivnim, a ako ne pasivnim. Bitna razlika između mreža koje su do sada razmatrane i četveropola je u tome što je kod četveropola bitan jedino odnos ulaznih i izlaznih veličina. Takvo razmatranje naziva se i načelom crne kutije, gdje nije bitno što je u kutiji, nego koje rezultate daje. U elektrotehnici se promatraju ulazne i izlazne struje i naponi. Najčešći četveropoli su transformatori, tranzistori, prijenosne linije, pojačala, filtri, pretvornici, mrežni blokovi, sprežni krugovi i sl.
  • 12. 12 JEDNADŽBE ČETVEROPOLA I VRSTE PARAMETARA: PRIJENOSNI “T” ILI “ABCD” PARAMETRI A11 A21 A12 A22 U1 U2 I1 I2 2122111 IAUAU ⋅+⋅= 2222211 IAUAI ⋅+⋅= 121122211 =⋅−⋅ AAAA [ ]       ⋅=      ⋅      =      2 2 2 2 2221 1211 1 1 I U A I U AA AA I U 20 1 1120111 U U AUAU =⇒= 20 1 2120211 U I AUAI =⇒= k k I U AIAU 2 1 122121 =⇒⋅= k k I I AIAI 2 1 222221 =⇒⋅= JEDNADŽBE ČETVEROPOLA I VRSTE PARAMETARA: Z I Y PARAMETRI             =      2 1 2221 1211 2 1 I I ZZ ZZ U U             =      2 1 2221 1211 2 1 U U YY YY I I 1 1 11 I U Z = 1 2 21 I U Z = 2 1 12 I U Z = 2 2 22 I U Z = 01 1 11 2 = = U U I Y 02 1 12 1 = = U U I Y 01 2 21 2 = = U U I Y 02 2 22 1 = = U U I Y JEDNADŽBE ČETVEROPOLA I VRSTE PARAMETARA: HIBRIDNI PARAMETRI       ⋅      =      2 1 2221 1211 2 1 U I hh hh I U 01 1 11 2 = = U I U h 02 1 12 1= = I U U h 01 2 21 2 = = U I I h 02 2 22 1= = I U I h , NADOMJESNE SHEME ČETVEROPOLA 2 32 20 1 11 Z ZZ U U A + == 21 321 20 1 21 ZZ ZZZ U I A ⋅ ++ == 1 31 2 1 22 Z ZZ I I A k + == 3 2 1 12 Z I U A k == 3 31 20 1 11 Z ZZ U U A + == 320 1 21 1 ZU I A == 3 323121 2 1 12 Z ZZZZZZ I U A k ⋅+⋅+⋅ == 3 32 2 1 22 Z ZZ I I A k + ==
  • 13. 13 TROFAZNI SUSTAV Potreba za izmjeničnim strujama proistječe iz distribucije električne energije, jer s udaljenošću rastu i gubici na prijenosnim vodovima elektroenergetskog sustava. Vodič pruža otpor struji koja protječe kroz njega. Da bi se ti gubici smanjili koristi se vremenski promjenljivo magnetsko polje koje omogućava transformaciju električnog napona. Transformacijom na visoki električni napon, od npr. 400 [kV], smanjuju se gubici u vodovima, jer se razmjerno smanjuje jakost električne struje. Najjednostavniji je sustav s jednom fazom. Spajanjem dva jednofazna sustava, može se dobiti dvofazni sustav, s tri trofazni, itd. Ako se svi povratni vodiči svih faza spoje, nastaje višefazni sustav, za što je na ideju prvi došao Nikola Tesla. TROFAZNI SUSTAV Zvijezda-zvijezda spoj bez nul-vodiča Zvijezda-zvijezda spoj s nul-vodičem Tri jednofazna sustava – nastanak trofaznog Spoj izvora u zvijezdu Spoj izvora u trokut Ako se kratko spoji TROFAZNI SUSTAVI 380/220 V TROFAZNI SUSTAVI
  • 14. 14 Spajanje trofaznih i jednofazniih trošila Snaga u trofaznim sustavima • Trofazno simetrično trošilo ima u svakoj grani jednako opterećenje: ZZZZ === 321 ϕϕϕ cos3cos 3 3cos33 ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅= LL L Lffuk IU I UIUPP 3 3 sin 3 sin 3 sin 3 L uk f f L L L I Q Q U I U U Iϕ ϕ ϕ= ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ 3 3 cos 3 3 3 L uk f f L L L I S S U I U U Iϕ= ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ Radna snaga: Jalova snaga: Prividna snaga: TROFAZNI SUSTAVI Glavne prednosti trofaznog sustava nad jednofaznim su: • omogućavanje ekonomičnijeg prijenosa električne energije, s manjim gubicima i uštedom materijala za vodove; • generira se rotacijsko magnetsko polje, na kojem se temelji rad većine rotacijskih strojeva; • trenutna snaga simetričnog trofaznog trošila je konstantna bez obzira na vrstu spoja; • trofazni uređaji su robustni i ekonomični. SIMETRIČNO TROŠILO U praksi se simetrična trošila rjeđe susreću i u pravilu su trofazna. Međutim, mnogi kućanski aparati (fen, mikrovalna pećnica, pegla, mikser, televizor, kompjutor, video, linija itd.) priključuju se na jednu fazu te nastaje nesimetrično opterećenje mreže. Može se reći da je simetrično trošilo ono koje u svakoj grani ima jednako opterećenje: ZZZZ === 321 ϕϕϕ cos3cos 3 3cos33 ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅= LL L Lffuk IU I UIUPP
  • 15. 15 OKRETNO MAGNETSKO POLJE Trofazna struja protječući kroz namote trofaznog motora stvara magnetski tok koji rotira jednolikom brzinom. OKRETNO MAGNETSKO POLJE Ako se tri namotaja prostorno razmaknu, svaki će od namotaja stvarati svoje magnetsko polje, što znači da u svakoj točki prostora postoji rezultantno magnetsko polje dobiveno vektorskim zbrajanjem polja pojedinih namotaja. Os rezultantnog polja pomiče se duž namotaja tako da se uvijek nalazi iznad onog faznog namotaja u kojem je struja maksimalna. Kako su namotaji postavljeni u cilindričnu površinu rezultantno se polje okreče, pa se naziva okretnim ili rotacijskim magnetskim poljem. Dakle, s pomoću trofazne struje dobiva se u namotajima koji miruju magnetski tok koji rotira. Promjena smjera okretnog polja postiže se promjenom redosljeda faza trofaznog sustava. Okretno magnetsko polje je temelj rada električnih strojeva. Povijesni razvoj elektrifikacije broda • Teretni brod „Columbia“ 1880. godine. 115 žarulja. • Teretni brod „Oregon“ porinut 1883. godine. 500 žarulja • Danas su brodovi nezamislivi bez električnog pogona pomoćnih strojeva strojarnice, palubnih strojeva, gospodarskih uređaja i uređaja radionice, grijanja ili klimatizacije, navigacijskih elektroničkih i kominikacijskih uređaja, signalizacije i rasvjete. Razvoj elektrifikacije broda može se podijeliti u više faza. • U prvoj se na brodu koriste samo istosmjerni izvori (dinamo – generator istosmjerne struje), a prvi je ugrađen 1880. • Od 1896. na brodove se uvode i pričuvne akumulatorske baterije. • U drugoj fazi, na brodovima se sve više koriste generatori izmjenične struje. Propulzija je s parnog stroja prešla na dizelski motor, a za pomoćne strojeve se sve više koristi električni pogon. Između dva svjetska rata (do 1940.) na brodovima glavni izvor električne energije postaje alternator (izmjenični sinkroni generator). Povijesni razvoj elektrifikacije broda • Trofazni sinkroni generator od 1955. postaje izvor za razna brodska trošila. Od 1965. izvedbe velikih trofaznih sinkronih samouzbudnih kompaundnih generatora, s vrlo brzom regulacijom napona, postaju glavni izvori električne struje svim elektromotornim pogonima na brodu, dok istosmjerni izvor postaje pomoćni izvor na velikim brodovima, dok je ostao osnovni na malim brodovima. • Razvoj elektrifikacije broda pratila je i regulativa o sigurnosti u obliku standarda, propisa i zakona: ukupna brodska električna instalacija mora biti izvedena tako da u najtežim uvjetima plovidbe radi pouzdano i nije opasna za posadu i putnike. • Koliko je brz razvoj elektrotehnike i elektronike vidi se iz činjenice da je proteklo samo 125 godina od prvog broda s električnim žaruljama, preko uvođenja brodskog električara, do toga da se brodski električar sve rjeđe javlja u posadama suvremenih brodova. Teži se što manjem broju članova posade i što većoj automatizaciji, što je moguće samo jakom elektroničkom i električnom podrškom na brodovima.
  • 16. 16 ELEKTRIČNI KRUG BRODA Izvori energije na brodu mogu biti: generatori, akumulatorske baterije, solarne ćelije, električni pretvarači i priključak na kopno. Razvod i razdiobu električne energije na brodu omogućuju kabeli. Sustav razdiobe, ovisno u izvoru, može biti: • za istosmjernu struju (jednovodni s upotrebom brodskog trupa kao povratnog vodiča do 50 [V], dvovodni izolirani, trovodni), • za jednofaznu izmjeničnu struju (jednovodni ili dvovodni), • za trofaznu izmjeničnu struju (trovodni izoliran u sve tri faze, trovodni uzemljen zvjezdištem s tri izoloirane faze, trovodni s tri izolirane faze i nul vodom i trovodni s tri izolirane faze i uzemljenim nul-vodom priključenim na zvjezdiše izvora). U ovisnosti o osjetljivosti tereta, neki spojevi se ne mogu koristiti na nekim vrstama brodova. ELEKTRIČNI KRUG BRODA ELEKTRIČNI KRUG BRODA Glavna sklopna (razvodna) ploča je mjesto električnog sustava gdje se dovodi energija iz generatora i odvodi prema trošilima izravno ili preko ostali sklopnih uređaja (pomoćne sklopne ploče, uputnici, razdjelnici, pultovi i upravljački ormari). Sklopni uređaji sastoje se od sklopki, pokretača, programatora, osigurača, okidača, releja, mjernih i signalizacijskih uređaja. Postoje i elektroenergetski sustavi s više naponskih razina pa imaju i više glavnih sklopnih ploča. Da bi se smanjile njene dimenzije koriste se i ostale sklopne ploče – za napajanje u nuždi, grupnih uputnika, pojedinačnih uputnika, razdjelnici snage, rasvjete i pultevi te sklopna ploča za napajanje u nuždi. Sklopna ploča za nuždu sa sklopnim uređajima za generator u nuždi mora se nalaziti u razini glavne palube, obično na palubi čamca za spasavanje. Trošila na brodu mogu se podijeliti na: • elektromotorni pogon, • topilinska, • rasvjetna, • navigacijska i komunikacijska, itd. ELEKTRIČNI KRUG BRODA
  • 17. 17 GLAVNA RASKLOPNA PLOČA Podjeljena je na polja generatora, važnih trošila i manje važnih trošila. Polja generatora sadrže: voltmetar, vatmetar, ampermetar, frekvencmetar, sinkronizacijske lampice, preklopku unutar regulatora pogonskog stroja, preklopke za instrumente, kontrolne lampice za glavnu sklopku i ručicu glavne sklopke. Na njega se dovodi energija glavnih generatora i priključak na kopno. Polja važnih trošila (trošila uređaja strojarnice i tereta, osvjetljenje, pozicijska svjetla, uređaji kormila, uređaji za zatvaranje pregrada, dojava požara, pumpe za podmazivanje i rashlađivanje, radio uređaji, pupme za pretakanje nafte, crpke morske vode,...) sadrže: ampermetar, voltmetar, vatmetar, cos ϕ - metar i frekvencmetar. Imaju i ručice sklopki, prekidače i preklopke za pojedine uređaje i trošila. Polja manje važnih trošila (crpka hidrofora, kompresori, štednjaci, ventilacija, sidrena vitla,...) sadrže: imaju, uz gore spomenuto, i preklopke za pojedina trošila. GLAVNA RASKLOPNA PLOČA Polje 7 A Ω 440 [ ] 50 ( V 60) [Hz] Pričuvni transformator 440/220(110)V[] Tro [ ] šilaza rasvjetu i navigaciju 110 V Polje 6 440/ 220V[] Tro [ ] šilaza grijanje 220 V Polje 2 Neophodna tro [ ] šila 440 V Polje 1 Nebitna tro [ ] šila 440 V Polje 5 A Kopneni priključak V W f cos ϕsinkr G Lučki generator Polje 4 AV W f cos ϕsinkr G Brodski generator Polje 3 AV W f cos ϕsinkr G Brodski generator W fA ΩW fA ΩW fA ΩW f ELEKTRIČNI STROJEVI ELEKTRIČNI STROJEVI MOTORI GENERATORI IZMJENIČNI ISTOSMJERNI JEDNOFAZNI VIŠEFAZNI SERIJSKI PARALELNI KOMPAUNDNI SINKRONI ASINKRONI KOLEKTORSKI Palubni pomoćni strojevi - pumpe, kompresori, kormilarski uređaj, sidreno vitlo itd = asinkroni izmjenični, te istosmjerni motori Trofazni sinkroni generator = glavni izvor na brodu ELEKTRIČNI STROJEVI električnaelektrična PRETVORNICI I TRANSFORMATORI mehaničkaelektričnaEL. MOTORI električnamehaničkaEL. GENERATORI IZLAZNA ENERGIJA ULAZNA ENERGIJA ELEKTRIČNI STROJ
  • 18. 18 NEKI POJMOVI O ELEKTRIČNIM STROJEVIMA Prazan hod – nema korisnog djelovanja, trošila nisu priključena, stroj je spreman za preuzimanje opterećenja, prijelazno stanje između motorskog i generatorskog rada. Korisnost je 0. Pri djelomično optetećenju stroj nije potpuno iskorišten, a preopterećenje izaziva nedopušteno veliko grijanje. Nazivno opterećenje je ono za koje je stroj izgrađen. Kratki spoj je stanje u kojem zbog prevelikog opterećenja prestaje korisna pretvorba energije. Razvija se velika topilna, pa se stroj treba zaštititi od KS. Motor-generator se sastoji od jednog motora i jednog ili više generatora. Motor je u takvoj kombinaciji izmjenični, a generatori istosmjerni. Za pogone promjenjive brzine koriste se tzv. kaskade, u kojima su dva rotacijska stroja spojena i mehanički i električki. Električna osovina je kombinacija dva stroja u kojoj su primarno spojeni na istu mrežu, a sekundarni namoti električki povezani, a s ciljem postizanja podudarnosti vrtnje. Strojevi mogu bit i specijalnih namjena, npr. tahogeneratori, selsini i amplidini. TRANSFORMATORI Transformatori mogu biti energetski, regulacijski, mjerni, laboratorijski, autotransformatori i specijalni. Energetski transformator statička je elektromagnetska naprava koji povišava ili snižava izmjenični napon prema načelu elektromagnetske indukcije. Ne mijenja frekvenciju. Energija je u idealnom slučaju očuvana, a snaga je nepromijenjena. Primjena transformatora je velika na kopnu i na brodovima. Transformator se sastoji od dvije zavojnice koje su električki izolirane, a povezane su magnetnim tokom. Transformatori mogu biti bez i sa željeznom jezgrom. Za transformatore bez željezne jezgre kaže se da su zračni transformatori i takvi se obično koriste u elektronici, a sa željeznom jezgrom u energetici. Zavojnice se nazivaju primarna i sekundarna. Na primarnu se narine napon koji se želi transformirati. Vrijede transformatorske jednadžbe: 2 1 2 1 N N U U = 1 2 2 1 22112121 N N I I IUIUPPWW =⇒=⇒=⇒= 1. transf. jednadžba 2. transf. jednadžba UVJETI PARALELNOG RADA TRANSFORMATORA Da bi transformatori mogli raditi paralelno, moraju ispunjavati uvjete da: • su im jednaki prijenosni omjeri, • su građeni za približno iste nazivne napone, • imaju isti satni broj i spojnu grupu, • su im naponi kratkog spoja približno isti i • omjeri nazivnih snaga nisu veći od trostruko (3:1). SINKRONI I ASIKRONI STROJEVI S OBZIROM NA OKRETNO MAGNETSKO POLJE Promjena smjera okretnog polja postiže se promjenom redosljeda faza trofaznog sustava. Rad električnih strojeva temelji se na okretnom magnetskom polju. Dva su načina na koji se okretno magnetsko polje može upotrijebiti za pokretanje rotora. Prvi je da se rotor izvede kao magnet (permanentni rjeđe ili elektromagnet češće). Kod većih motora na rotor se dovodi istosmjerna struja preko kliznih koluta i namoti rotora postaju elektromagnet. Da bi okretno polje stalno vuklo magnet za sobom, tj. da bi se rotor okretao zajedno s rotacijskim poljem, treba mu dati onu brzinu koju ima polje. Drugim riječima, njegovu vrtnju treba sinkronizirati (iz grčkog, istovremen) s vrtnjom magnetskog toka. Odatle naziv sinkroni motor (općenitije stroj – motor ili generator). Ti motori ne polaze sami iz stanja mirovanja što pretstavlja glavnu manu. Prednost im je u tome što im se brzina vrtnje ne mjenja s opterećenjem, jer je čvrsto vezana za brzinu vrtnje okretnog polja. Drugi način je da se rotor izradi s namotom u obliku kaveza, npr. bakrenih štapova vodiča koji se umeću u utore željeznog rotora. Okretno magnetsko polje inducira u namotu kaveza struju. Kako magnetski tok djeluje silom na vodič kojim protječe struja, rotor se okreće, slijedeći pri tome vrtnju toka. Kako se rotor može pokrenuti iz položaja mirovanja, vrteći se sve brže i brže, no nikad ne može postići broj okretaja toka. U tom slučaju magnetske silnice ne bi sjekle vodiče rotora i u njima ne bi bilo inducirane struje, pa ni sile koja bi rotor pokretala. Broj okretaja rotora u takvih motora nije sinkron s magnetskim tokom i odatle im naziv asinkroni motori (strojevi).
  • 19. 19 TROFAZNI SINKRONI GENERATOR Trofazni sinkroni generator na statoru ima trofazni namot s p pari magnetskih polova raspoređenih simetrično u utorima na obodu rotora. Okretno magnetsko polje siječe vodiče namota i inducira napon e. Rotor se okreće, jer ga pokreće pogonski stroj. Magneti rotora su, u biti, elektromagneti i kod sinkronog generatora se uzbuđuju istosmjernom strujom. Pošto se rotor okreće za stator će nastalo polje izgledati kao promjenjivo te će se inducirati izmjenična sinusoidalna veličina. Struja na rotor dolazi preko koluta i četkica s izvora istosmjerne struje. Izvor može biti akumulator (rijetko zbog održavanja), generator istosmjerne struje (tzv. dinamo) ili se ispravlja struja s izlaznih stezaljki statora. Opterećenje alternatora se mijenja, pa se, zbog održavanja stalnog napona, mijenja struja uzbude. Tromost u tom procesu izaziva oscilacije napona. p f nS ⋅= 60 Sinkrona brzina vrtnje: Asinkroni izmjenični motor Na brodovima je većina trošila asinkroni trofazni motor, jer su najjednostavniji i pogonski najsigurniji. Zovu se i indukcijskim, jer se energija iz statora prenosi elektormagnetskog indukcijom. Postoji nekoliko izvedbi asinkronog motora. Jedan od njih je s kaveznim (kratkospojnim) rotorom, a drugi s kolutnim (faznim) rotorom. Stator je sličan statoru sinkronog generatora. Motorima s kolutnim rotorom fazni namot i rotora i statora imaju jednak broj polova. Krajevi namota spojeni su u zvijezdu, dok su počeci izvedeni na tri koluta koji su na osovini. Po kolutima klize četkice koje vode struju na trofazni otpornik. Njegova uloga je postupno povećanje struje rotora, a time i statora. Nakon završenog upućivanja otporniku otpor pada na nulu. Kada se stator asinkronog motora priključi na napon mreže, namotima poteče struja koja stvara okretno magnetsko polje. Ono uzrokuje indukciju napona na rotoru. Kada bi motor bio zakočen, događala bi se transformacija te bi motor funkcionirao kao transformator, pa se često ovi motori nazivaju i indukcijskim motorima. Svi su štapovi međusobno spojeni, pa inducirani napon uzrokuje protok struje. Po pravilu lijeve ruke, Biot-Savartova mehanička sila pokušava zakrenuti rotor u smjeru vrtnje okretnog magnetskog polja. I okretno polje želi zakrenuti rotor. Da bi okretno polje induciralo napone u vodičima rotora, mora biti neka relativna brzina između okretnog polja i rotora. U sinkronom stroju su ove brzine jednake, ali u asinkronom bi pri sinkronoj brzini motor bio nesposoban za pretvorbu energije. Svojstvo asinkronog stroja da mu brzina mora biti različita od sinkrone dalo je ima ovoj vrsti strojeva. Zaostajanje rotora za okretanjem magnetskog polja statora zove se klizanje: S S n nn s − = ASINKRONI MOTOR M n MP n=0 n=ns Mm M s MP s=1 Mm Mn Motor Kočnica Momentna karakteristika trofaznog asinkronog motora pokazuje ovisnost momenta o n i s. U mirovanju je s=1, n=0 te je pokretni moment potreban za pokretanje rotora. U pogonskoj točki motor prelazi iz područja zaleta i doseže maksimum na 70-90% sinkrone brzine. Kod većih brzina moment se naglo smanjuje, a kad rotor postigne zadanu brzinu nastupa stacionarno stanje rada motora. Pri svakom pokretanju statorski namot povuče iz mreže struju KS, što uzrokuje pad napona mreže. Cilj postupaka pokretanja motora je smanjiti struju pokretanja. NAČELO RADA ISTOSMJERNOG STROJA • Mehanički je izvor • Istosmjerni stroj je, u biti, izmjenični s četkicama koje ispravljaju struju i istosmjernu.
  • 20. 20 ISTOSMJERNI STROJEVI Istosmjerni stroj se izvodi s uzbudom na statoru i armaturom na rotoru. Uzbuda je smještena na istaknutim polovima i u zračnom rasporu ispod polova stvara polje indukcije B. U tom polju se vrti armatura, pa se u njezinim vodičima induciraju naponi. Svaki vodič prolazi naizmjenice ispred N- i S- pola te se smjer napona induciranog u vodiču mijenja. Unatoč tome, na četkicama koje kližu po kolektoru (kao po vodičima armature), pojavljuje se uvijek napon istog smjera. Kolektor koji se vrti s četkicama koje miruju zapravo je mehanički ispravljač struje. Kolektor radi obostrano pa i mehanički pretvara istosmjernu u izmjeničnu struju. Kada se na četkice priključi trošilo, struja poteče i napaja trošilo. To je generatorski način rada. Uzbudnim dijelom stroja naziva se onaj dio koji nosi uzbudni namot ili permanentne magnete, bez obzira da li miruje ili se vrti. Armaturni dio nosi namot u kojem se inducira napon. I armatura može biti i na rotoru i na statoru. Istosmjerni motor ima istu strukturu kao i generator. Neutralna zona Glavnipolovi Pomopolovićni STATOR R OTO R STATOR POSTOLJE STATOR Jezgra glavnog pola RO TO R Namot glavnog pola STATOR Jezgra pomoćnog pola Namot pomo pola ćnog Izvedba lamela rotora Ako se umjesto trošila na četkice stroja priključi vanjski izvor istosmjernog napona i ako je napon tog izvora malo veći od napona induciranog u stroju, poteći će iz vanjskog izvora u istosmjerni stroj struja obrnutog smjera od njegova inducirana napona. Promjenom smjera struje promijenio se smjer sila na vodiče, smjer momenta i smjer protoka energije: istosmjerni stroj sada troši energiju mreže te radi kao motor. ISTOSMJERNI STROJ VRSTE UZBUDE: Nezavisna i vlastita. Vlastita (samouzbuda): - serijska, - paralelna, - složena (kompaundna).

Related Documents