Elektrické stroje

Elektrické stroje

• zariadenie, ktoré pôsobením elektromagnetickej indukcie mení elektrickú energiu na elektrickú energiu iných parametrov alebo el. energiu na mechanickú (a opačne)
• skladajú sa z dvoch základných častí
  • aktívna – tu sa mední el. energia na iný druh energie alebo na el. energiu iných parametrov, je zložená z magnetického obvodu a elektrického obvodu
  • konštrukčná – zabezpečuje uchytenie jednotlivých častí stroja, kryt, a prenos mechanickej energie
• Rozdelenie:
  • netočivé – premieňajú el. energiu na el. energiu iných parametrov:
    • transformátory
    • meniče
      • usmerňovače
      • striedače
    • točivé
      • motory – mení el. energiu na mechanickú
      • generátory – mení mechanickú energiu na elektrickú
        • alternátory
        • dynamá

Motory a generátory delíme podľa vlastností:

• jednosmerné
• striedavé
  • synchrónne
  • asynchrónne
• komutátorové

Transformátor

• netočivý elektrický stroj, ktorý pracuje na princípe elektromagnetickej indukcie, mení veľkosť napätia a prúdu pri nezmenenej frekvencie
• Rozdelenie
  • Podľa použitia:
    • energetické
    • meničové
    • zváracie
  • Podľa konštrukcie
    • plášťové – magnetický obvod obklopuje elektrický obvod
    • jadrové – cievka je na magnetickom obvode
  • Podľa počtu fáz
    • jednofázové
    • tvoj fázové
    • mnohopólové
  • Podľa usporiadania vinutia
    • kotúčové
    • valcové
  • Podľa chladenia
    • vzduchové
    • olejové
    • nehorľavá kvapalina
    • pieskové

• Konštrukcia transformátora
  • magnetický obvod – je zložený z transformačných plechov s vyšším obsahom kremíka, plechy sú izolované a spojené nitovaním alebo bandážou
  • elektrický obvod – tvoria ho 2 samostatné cievky, vinutie je izolované
  • svorkovnica
  • konštrukčná časť spolu s krytom
  • zariadenie na chladenie
• Princíp činnosti:
  • ak pripojíme primárne vinutie na striedavé sínusové napätie U₁, potom vinutím začne prechádzať primárny prúd i₁, ktorý vybudí v magnetickom obvode striedavý magnetický tok, tento mag. tok indukuje v sekundárnom vinutí napätie U₂
• Veľkosť indukovaného napätia závidí od počtu závitov
• Transformačný pomer:

• podľa veľkosti prevodu môže byť transformátor:
  • zvyšovací p<1
  • znižovací p>1
  • oddeľovací p=1
• Transformátor môže pracovať v 3 stavoch
  • transformátor naprázdno (nezaťažený)

primárne vinutie je napájané napätím, na sekundárnom vinutí nie je záťaž

• transformátor nakrátko

primárne vinutie je napojené, sekundárne vinutie je skratované, nedovolený stav

• transformátor zaťažený

na sekundárnom vinutí je záťaž, normálny, prevádzkový stav

Trojfázový transformátor

• vinutie môže byť spojené:
  • do hviezdy (Y, y)
  • do trojuholníka (D, d)
  • do lomenej hviezdy (Z)

Asynchrónne stroje

• asynchrónny stroj je točivý el. stroj, ktorý pracuje na princípe elektromagnetickej indukcie, mení mechanickú energiu na elektrickú alebo opačne, pričom otáčky rotora sú menšie ako otáčky magnetického poľa statora
• zloženie:
  • stator – netočivá časť, tvorí magnetické pole, má statorové vinutie
  • rotor – je to valec s vinutím, ktorý sa otáča vo vnútri statora
• Princíp:
  • ak na statorové vinutie privedieme striedavé napätie, tak v magnetickom poli statora sa vytvorí magnetický tok, ktorý indukuje v rotorovom vinutí napätie. Pretože rotorové vinutie je skratované, tečie ním indukovaný prúd, ktorý vytvorí magnetické pole a toto magnetické pole pôsobí proti magnetickému poľu statora, preto odpudivá sila roztočí rotor
• Asynchrónny stroj môže pracovať ako:
  • generátor – ak budeme poháňať rotor napr. vodnou turbínou, potom v statorovom vinutí sa indukuje napätie
  • motor – ak statorové vinutie pripojíme na sieť, tak rotor sa roztočí a môže poháňať ďalší mechanizmus

Synchrónne otáčky (f- frekvencia – 50Hz, p- počet pólových dvojíc)

Ak sú otáčky rotora menšie ako synchrónne otáčky, ich rozdiel sa nazýva sklzové otáčky

Podiel sklzových a synchrónnych otáčok sa nazýva sklz

Prevádzkové stavy asynchrónneho motora

• motor naprázdno – motor je pripojený na sieť, ale na rotore nemá záťaž
• motor nakrátko – motor je pripojený na sieť ale rotor je zabrzdený
• motor je zaťažený – motor je pripojený na sieť a na rotore má záťaž

Synchrónne stroje

• točivý elektrický stroj, v ktorom je indukované napätie priamo úmerné otáčkam, otáčky magnetického poľa statora sú zhodné s otáčkami rotora, t. j. synchrónne otáčky
• Rozdelenie:
  • alternátory – menia mechanickú energiu na elektrickú (turboaleternátory – poháňané parnou turbínou, hyydroalternátory – poháňané vodnou turbínou)
  • motory – premieňajú el. energiu na mechanickú
  • kompenzátory – synchrónne motory, ktoré pracujú v stave naprázdno – kompenzujú účinník siete

Konštrukcia SS

• stator – dutý valec zložený z plechov, vystužený rebrami, vo vnútri je upevnený magnetický obvod zložený z elektromagnetických plechov, v ktorých sú drážky a v nich je uložené vinutie z medených vodičov, konce vinutí sú vyvedené na svorkovnicu
• rotor – je to valec, ktorý sa otáča v statore, môže byť konštruovaný ako:
  • hladký rotor
  • rotor s vyjadrenými pólmi
• budič – používa sa dynamo namontované na hriadeli alebo polovodičový usmerňovač+ je to vlastne generátor, ktorý privádza prúd do budiacej cievky; budiaca cievka je napájaná na jednosmerný prúd,

Výkony:

• činný
• jalový
• zdanlivý

Jednosmerné stroje

• zariadenie, ktoré pracuje s jednosmerným prúdom
• každý JS môže pracovať ako:
  • dynamo – generátor
  • motor
• Rozdelenie:
  • JS s cudzím budením
  • JS s vlastným budením
    • sériové
    • paralelne derivačné
    • zmiešané – kompardné

Konštrukcia JS:

• stator – vytvára magnetické pole, k nemu je pripojené zberacie ústrojenstvo a svorkovnica
• rotor – skladá sa z elektromagnetických plechov, ktoré sú navzájom izolované a vinutie je zložené z viacerých cievok, ktorých vývody sa vkladajú do lamiel komutátora
• komutátor – mechanický usmerňovač, ktorý slúži na zmenu striedavého prúdu na jednosmerný; skladá sa z medených lamiel, na ktoré dosadajú uhlíkové kefy upevnené k držiaku. Tým, že každá kefa je pripojená k jednému pólu alebo svorke, stále zbiera akoby prúd z vodiča, ktorý je pod severným prípadne južným pólom. Preto vo vonkajšom obvode sa zdá, že prúd preteká stále opačným smerom. Medzi dvoma pólmi elektromagnetu sa otáča závit a jeho konce sú pripojené na lamely komutátora. Pri otáčaní závitu sa v ňom indukuje striedavé napätie, ktoré sa prenáša pomocou uhlíkových kief tak, že kefa spojená s kladnou svorkou zbiera prúd z vodiča, ktorý je pod južným pólom a kefa spojená so zápornou svorkou zbiera prúd z vodiča pod severným pólov. Preto vo vonkajšom obvode je prúd jednosmerný.

Dynamo

• premieňa mechanickú energiu na jednosmerný prúd
• je to generátor jednosmerného prúdu