VII TRANSFORMATORI UN ELEKTRISKAS MA INAS

1. VIITRANSFORMATORI UN ELEKTRISKAS MA�INAS

2. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 2 7.1. Transformatoru nozime Elektrisko energiju ra�o centralizeti liel jaudas elektrostacijas, kuras parasti no vietotas tur, kur ir lieli energijas krajumi pie upem, kudras, akmenoglu atradn em u.tml. Vienigi termoelektrocentrales (TEC), kuras ra�o elektrisko energiju un siltumu, buve pie lielam pilsetam, lai tas varetu apgadat ar siltumu.

3. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 3 Elektrisko energiju no elektrostacijam paterina centriem pievada pa gaisa va du linijam. Ta ka energijas zudumi, kas siltuma veida izdalas parvades linija, proporcionali linijas stravas kvadratam, tad, lai elektriskas energijas parvade butu ekonomiska, linijas stravai jabut mazai, bet parvades linijas spriegum am � pietiekami augstam.

4. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 4 Lieljaudas elektrostacijas uzstaditie tris fazu mainstravas generatori ra�o elek trisko energiju ar spriegumiem 10,5 vai 15,75 kV. Daugavas (Rigas, Plavinu un Keguma) hidroelektrostacijas generato ru spriegums ir 13,8 kV. Elektriskas energijas pateretaji parasti paredzeti spriegumiem 127, 220, 380 vai 660 V. Tikai lieljaudas elektriskos

5. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 5 dzinejus buve 3, 6 un 10 kV spriegum am. Tatad, ekonomiskai elektriskas ene rgijas parvadei un sadalei elektroener getiskaja sistema starp generatoru un pateretajiem sprieguma skaitliska verti ba vairakas reizes jamaina, t.i., spriegu ms vairakkart jatransforme. �o uzdevumu veic transformatori, kuri,

6. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 6 izmainot sprieguma skaitlisko vertibu, reize izmaina ari stravas vertibu. Main stravas frekvenci transformacijas proc ess neietekme. Vienkar�ota elektriskas energijas parva des vienlinijas shema paradita sekojo �a zimejuma. Elektrostacija tarnsforma tori spriegumu paaugstina lidz 35, 110, 330, 500 kV vai pat lidz augstakam lim

7. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 7 enim � atkariba no linijas garuma un pa vadamas jaudas lieluma. Elektriskas en ergijas paterina vieta transformatori spr iegumu pakapeniski pazemina.

8. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 8 Transformatorus, ko izmanto elektrisk as energijas parvades un sadales tiklos sauc par speka transformatoriem. Bez tiem svariga loma ir mertransformatori em, metina�anas un kra�nu transforma toriem, mazjaudas transformatoriem u. c. Darbibas principi visiem transformat oriem ir vienadi, tadel zemak apskata ti kai speka transformatoru.

9. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 9 7.2. Vienfazes transformatora uzbuve un darbibas princips Vienfazes transformatora ar terauda se rdi darbibas process un elektriskas sa karibas raksturigas visu veidu transfor matoriem. Transformatora galvenas sastavdalas ir no elektrotehniska terauda skarda izga tavota noslegta serde un divi elektriski

10. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 10 izoleti, uz serdes novietoti tinumi. Tinumu, ko piesledz mainsprieguma av otam, sauc par primaro tinumu, bet tinu mu, no kura elektrisko energiju pievada pateretajam, sauc par sekundaro. Vis us lielumus (spriegumus, stravas, jaud as u.c.), kas attiecas uz �iem abiem tin umiem, sauc par primarajiem vai sekun darajiem, un to apzimejumiem pievieno

11. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 11 indeksus 1 vai 2.

12. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 12 Ja primarajam tinumam pievada sinuso idalu spriegumu u1, tad primaraja tinu ma plust periodiski mainiga strava i1. Strava i1 transformatora serde uztur si nusiodalu magnetisko plusmu ?, kura sakedeta ar abiem transformatora tinu miem. Plusma abos tinumos induce EDS:

13. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 13 w1 un w2 ir primara un sekundara tinu ma vijumu skaits. Pievienojot sekunda ra tinuma kedei pateretaju � pretestibu Zsl, �aja tinuma inducetais elektrodzine jspeks e2 kede uztur sekundaro stravu

14. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 14 i2, t.i., pateretajs no sekundara tinuma sanem elektrisko energiju. Transformatora darbibas fizikalaja nori se iz�kiro�a loma ir serdes magnetiska jai plusmai ?, kura magnetiski saista primaro un sekundaro tinumu un prima rajam tinumam pievadito elektrisko en ergiju nodod sekundarajam tinumam. Transformators ir mainstravas aparats:

15. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 15 primaro tinumu piesledzot lidzstravas avotam, magnetiska plusma serde bus nemainiga un EDS tinumos neinduce sies. Induceto EDS efektivas vertibas E1 = 4,44fw1?m, E2 = 4,44fw2?m. Elektrodzinejspeku attiecibu

16. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 16 sauc par transformatora transformaci jas koeficientu. Elektriskas energijas transformacijas process transfprmatora saistits ar visai maziem energijas zudumiem, tadel var pienemt, ka primara tinuma pilna jauda U1I1 ir aptuveni vienada ar sekundara tinuma nodoto pilno jaudu U2I2. No ta izriet, ka

17. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 17 t.i. transformatora ar slodzi, kas tuva nominalajai, tinumu stravas ir apgriezti proporcionalas spriegumiem.

18. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 18 7.3. Jaudas zudumi transformatora un ta lietderibas koeficients Transformatora ka katra energijas parv eidotaja darbiba saistita ar energijas zu dumiem, kas izdalas siltuma veida tran sformatora tinumos un serde. Transfor matora uznemta jauda P1 = U1I1cos?1. Transformatora nodota jauda

19. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 19 P2=U2I2cos?2. Starpiba izsaka jaudas zudumus trans formatora P1-P2 = ?P. Jaudas zudumus sastada elektriskie zu dumi ?Pe un magnetiskie zudumi ?Pm ?P=?Pe+?Pm. Elektriskos zudumus rada primaraja un sekundaraja tinuma plusto�as stravas

20. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 20 I1 un I2: Magnetiskie zudumi summejas no histe rezes un virpulstravu zudumiem trans formatora terauda serde: ?Pm=?Ph+?Pv. Transformatora lietderibas koeficients ir transformatora nodotas jaudas P2 at

21. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 21 tieciba pret ta uznemto jaudu P1: ?= P2/P1. Speka transformatoriem nominalie liet deribas koeficienti ir loti augsti � pat virs 99 %.

22. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 22 7.4. Rotejo�ais magnetiskais lauks Trisfazu stravas visvertigaka ipa�iba izpau�as relativi vienkar�a iespeja ra dit telpa rotejo�u magnetisko lauku. To izmanto mainstravas ma�inas, meraparatos u.c aparatos. Priek�sta tu par �o ipatnejo fizikalo paradibu � rotejo�o (skrejo�o) magnetisko lauku �var iegut izmantojot grafisko iztirza jumu.

23. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 23 Tris vienadas taisnsturveida spoles tel pa novieto ta, ka to plaknes viena ar ot ru veido 1200. Spolu beigas X, Y un Z savieno kopa, t.i., sasledz zvaigzne. Sp olu sakumus A, B un C pievienojot sim etriskai trisfazu spriegumu sistemai, sp oles pludis simetriskas sinusoidalas st ravas iA, iB un iCu, kas katra rada pulse jo�u magnetisko plusmu ?A, ?B un ?C.

24. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 24

25. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 25

26. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 26 Katras spoles magnetiskas plusmas ass ir perpendikulara attiecigas spoles plaknei un sakrit ar �is spoles geometri sko asi. Spolu stravu maksimalas vertibas ir vie nadas, t.i., IAm=IBm=ICm=Im, tapec viena das ir ari spolu plusmu maksimalas ve tibas: ?Am= ?Bm= ?Cm=?m.

27. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 27 Spolu ietvertaja telpa katra mirkli pas tav noteikta virziena un lieluma rezulte jo�a magnetiska plusma ka triju spolu plusmu momentano vertibu geometris ka summa: Izradas, ka jebkura mirkli rezultejo�as plusmas skaitliska vertiba ir viena un ta

28. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 28 pati (?=const), bet rezultejo�as plusm as virziens telpa nepartraukti mainas. Noteiksim grafiski rezultejo�as magne tiskas plusmas skaitlisko vertibu un vir zienu patvaligi izveletos laika moment os t1, t2 un t3. Laika momenta t1 strava iA ir pozitiva iA=Im, tapec ?A=?m, stravas iB un iC ir negativas un skaitliski vienadas

29. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 29

30. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 30 iB=iC=-Im/2 un ?B=?C=?m/2. Iezimejot attela meroga visu triju plusmu vektor us un tos geometriski summejot, dabu rezultejo�o plusmas vektoru ? laika mo mentam t1. Rezultejo�a plusma skaitlis ki vienada ar 3/2 no vienas spoles plu smas maksimalas vertibas ?m. ? = 3?m/2.

31. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 31

32. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 32 Laika momenta t2 = t1+T/6 strava iC ir negativa iC= -Im un ?C=?m, stravas iA un iB ir pozitivas un skaitliski vienadas iA=iB=Im/2, tadel ?A=?B=?m/2. Rezulte jo�as magnetiskas plusmas skaitliska vertiba ?= 3?m/2, bet �is plusmas vek tors laika spridi t2-t1 = T/6 ir pagriezies telpa par 600 fazu secibas virziena.

33. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 33

34. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 34 Laika momenta t3= t1+T/3 strava iB ir pozitiva iB =Im un ?B=?m, stravas iA un iC ir negativas un skaitliski vienadas: iA=iC=-Im/2 un ?A=?C=?m/2. Rezultejo �as magnetiskas plusmas skaitliska ve rtiba ir 3?m/2, bet plusmas vektors ? laika spridi t3-t1=T/3 pagriezies par 1200. No iztirzata secinam, ka rezultejo�as

35. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 35 magnetiskas plusmas ? skaitliska ver tiba nemainas: ?=3?m/2=const, bet ne partraukti mainas tas stavoklis telpa, t.i. rezultejo�as plusmas vektors ? telpa ro te ar nemainigu rotacijas frekvenci fazu secibas virziena: A-B-C-A.... Ta ka laika spridi T/3 plusmas vektors ? pagrie�as par 1200, tad viena perio da laika rezultejo�a plusma ? izdara

36. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 36 izdara vienu pilnu apgriezienu. Tatad ar trisfazu stravu barotu triju spo lu ietvertaja telpa iegustam rotejo�u ma gnetisko lauku, kas �aja gadijuma ir div poligs. Plusmas ? grie�anas virzienu var main it, izmainot stravu pozitivo maksimumu Im secibu spoles. To realize, apmainot

37. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 37 vietam divus spolu sakumiem pievieno tos tikla vadus. Mainstravas ar frekvenci f1=50 Hz radi ta rotejo�a magnetiska plusma ? izdara 50 apgriezienus sekunde, bet viena mi nute n1=60f1=60�50=3000 apgr/min. Rotejo�a magnetiska lauka rotacijas fre kvenci, kas ar doto mainstravas frekven ci f1 ir nemainiga, sauc par sinhrono

38. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 38 rotacijas frekvenci un apzime ar n1. Triju spolu trisfazu stravu raditajam ro tejo�am magnetiskajam laukam ir divi poli (2p=2) jeb viens polu paris (p=1), un lauka sinhrona rotacijas frekvence n1=3000 apgr/min, ja mainstravas frekve nce f1=50 Hz. Lai ar to pa�u mainstrav as frekvenci iegutu rotejo�o magnetisko lauku ar mazaku rotacijas frekvenci n1,

39. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 39 tad 3 spolu vieta jaizmanto 6 vai 9, vai 12 utt. spoles; tas nozime, ka katra fa ze jaiesledz 2, 3 vai vairakas virkne sa vienotas spoles. Cetrpolu (2p=4) rotejo �o magnetisko lauku iegust ar 6 spo lem, katra faze iesledzot 2 virkne savie notas spoles. Veidojas divas spolu gru pas pa tris spolem katra. Katra grupa aiznem sektoru, atbilsto�u 1800 lenkim.

40. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 40 Tas nozime, ka viena mainstravas peri oda T laika magnetiskas plusmas ? vektors izdaris pusapgriezienu, t.i., div as reizes mazak neka 3 spolu gadiju ma (2p=2). Vispariga gadijuma rotejo�a magnetis ka lauka ar p polu pariem rotacijas frek vence n1=60f1/p.

41. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 41 Rotejo�a magnetiska lauka sinhronas rotacijas frekvences n1 da�iem polu paru skaitiem p, ja f1=50 Hz, ir �adi:

42. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 42 7.5. Asinhrona dzineja uzbuve un darbibas princips Asinhrona dzineja galvenas sastavda las ir stators un rotors. Stators � dzine ja nekustiga dala � ir no 0,5 mm biez ziem elektrotehniska terauda skardiem salikts dob� cilindrisks kermenis 1. Gar cilindra iek�ejo aploci iz�tancetas riev as 2, kuras ievietots statora trizfazu

43. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 43

44. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 44 tinums 3. To piesledzot trisfazu stravai, iegust rotejo�o magnetisko lauku. Stato rs nekustigi nostiprinats keta , terauda vai aluminija apvalka. Rotors 4 � dzine ja rotejo�a dala � ir no 0,5 mm bieza el ektrotehniska terauda skarda salikts cil indrisks kermenis, kas nekustigi nostip rinats uz dzineja varpstas 6 un centriski ievietots statora cilindriskaja dobuma.

45. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 45 Ma�inas varpsta balstas divos gultnu vairogos iestiprinatos gultnos. Rotora rievas ievietoti vara vai aluminija stieni 7, kuri abos galos savienoti ar gredze niem 6. Stieni un gredzeni veido isi sle gtu rotora tinumu. Rotora tinumam nav nekadas saites ar arejo elektrisko tiklu. Statora tinumu piesledzot trisfazu stra vas tiklam (rotors nekustigs), rotejo�as

46. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 46 magnetiskas plusmas linijas �kel rotora isi slegta kontura stienus un induce ta jos elektrodzinejspeku E2, kas uztur ind ukcijas stravu I2. Induceta E2 resp. I2 vir zienu rotora kontura nosaka pec labas rokas likuma, pienemot, ka plusma ir nekustiga, bet rotors rote preti plusmas grie�anas virzienam ar kadu relativo atrumu, jo EDS indukciju izraisa

47. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 47 magnetiskas plusmas un vaditaja relativa kustiba. Starp magnetisko lauku un rotora stravu pastav savstarpeja mijiedarbiba: magnetiskais lauks darbojas ar elektromagnetisku sp eku uz katru rotora stieni ar stravu, rad ot elektromagnetisko griezes momentu. Rotors sak paatrinati griezties rotejo�a magnetiska lauka grie�anas virziena.

48. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 48 Kad iestajas lidzsvars starp dzineja ele ktromagnetisko speku radito griezes momentu un bremzejo�o momentu, ko rada piedzenama darba ma�ina un ber zes speki dzineja, rotora atrums vairs nemainas. Tatad, asinhrona dzineja rotejo�ais ma gnetiskais lauks un rotors rote viena vir ziena ar da�adiem atrumiem, turklat ro

49. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 49 tora atrums vienmer mazaks par magnetiska lauka sinhrono grie�anas atrumu, jo EDS rotora kontura inducejas tikai tad, kad ir relativa kustiba starp rotejo�o magnetisko plusmu un rotoru.

50. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 50 7.6.Rotora slide Asinhronas ma�inas rotejo�a magnetis ka lauka relativas rotacijas frekvences pret rotoru ns=n1-n2 attiecibu pret rotejo �a lauka sinhrono frekvenci n1 sauc par rotora slidi s=(n1-n2)/n1. Dzineja re�ima slide vienmer ir pozitiva

51. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 51 (s>0), jo n2<n1. Generatora re�ima roto rs, ko grie� kads primars dzinejs, grie� as atrak neka rotejo�ais magnetiskais lauks, t.i., n2>n1, un tadel slide negativa (s<0). Asinhrona dzineja palai�anas mo menta n2=0 un slide s=1. Rotoram iegr ie�oties, slide samazinas. Slide s=0 tad, kad n2=n1, ko asinhrona ma�ina dzineja re�ima nevar sasniegt.

52. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 52 Rotora rotacijas frekvence n2=n1(1-s). Normali slogotu asinhrono dzineju nomi nala slide sn=2-6 %.

53. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 53 7.7. Asinhrona dzineja energetiska bilance un lietderibas koeficients Asinhronaja dzineja elektriska energija parveidojas mehaniskaja energija. �is process dzineja saistits ar energijas zu dumiem, kuri sastav no elektriskajiem, magnetiskajiem un mehaniskajiem zu dumiem. Elektriskie zudumi ir atkarigi no statora un rotora aktivajam pretesti

54. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 54 bam r1 un r2 un no stravam I1 un I2. Tris fa�u asinhronaja dzineja elektriskie jau das zudumi statora un rotora tinumos ir atkarigi no dzineja slodzes. Magnetiskie zudumi ?Pm saistiti ar nepa trauktu statora un rotora teraudu parma gnetize�anu un sastav no histerezes un

55. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 55 virpulstravu zudumiem. Ja U1=const un f1=const, tad magnetiskie zudumi prakti ski ir nemainigi. Ta ka rotora frekvence f2 ir nieciga (1-3 Hz), tad magnetiskie zu dumi rotora ir neieverojami mazi. Mehaniskos zudumus ?Pmeh ma�ina ra da berze gultnos, berze strp sukam un kontaktgredzeniem, rotora berze pret gaisu un ventilacija.

56. N.Nade�nikovs VII ELEKTRISKAS MA�INAS 56 Saskana ar energijas nezudamibas liku mu dzineja aktivo jaudu bilances viena dojums ir P1=P2+?Pe1+? Pm1+? Pe2+? Pmeh, P1- dzineja statora no tikla uznemta jau da, P2- ar dzineja varpstu nodota lietde riga mehaniska jauda. Dzineja lietderibas koeficients ?=P2/P1.