A villamos gépek fogalma [306665]

A villamos gépek fogalma

A villamos energiát villamos gépekkel állítjuk elő és – többek között – villamos gépek hajtására használjuk fel. Villamos gépek alakítják át igényeinknek, céljainknak megfelelően kisebb vagy nagyobb feszültségű energiává.

A következőkben különböző típusú villamos gépeket mutatunk be: generátorokat, motorokat, transzformátorokat.

Vegyük bevezető példaként a kerékpárra járó dinamót (1.11 ábra). Ez a generátor működését ábrázolja.

1.11 ábra. Kerékpárra járó dinamó

A kerékpár forgó kereke hatja a dinamót, amely forgás közben villamos áramot termel, így a kerékpár lámpája világítani fog. A kis dinamó által keltett villamos feszültség a kerékpár sebességének növelésekor …………………….

Másodsorban, a motor működésére, a hajszárítót fogjuk példaként említeni (1.12 ábra). A hajszárítóban a villamos energia nagyrészt hőenergiává alakul át, valamint hajtja a hajszárító motrát.

1.12 ábra. Hajszárító felépítése

Végső sorban, a transzformátorok (1.13 ára) szerepe nem más, [anonimizat] átalakítják az erőművek generátorai által termelt villamos energia feszültségét több száz kV-os feszültségre. Erre az átalakításra azért van szükség, mert villamos energiát csak ilyen nagy feszültség mellett lehet gazdaságosan aránylag kis veszteséggel szállítani a távvezetékeken.

1.13 ábra. Transzformátor egyszerűsíttet felépítése

Az előbbi néhány példa kapcsán megismert dinamót, generátort, motort és transzformátort közös néven villamos gépnek nevezzük.

A villamos gépek mechanikai energiát alakítanak át villamos energiává, villamos energiát mechanikai energiává vagy módosítják a villamos energia feszültségét és áramerősségét.

A villamos gépek felosztása

E gépeknek a gyakorlatban igen sokféle típusa terjedt el. Ezért csoportosításuk is többféleképpen is történhet.

A villamos gépeket csoportosíthatjuk:

Áramnem szerint:

egyenáramú gépek;

váltakozó áramú gépek.

Energiaátalakítás iránya szerint:

generátorok;

motorok.

Szerkezeti főrészek szerint:

állógépek;

forgógépek;

transzformátorok.

Működési módjuk szerint:

transzformátorok;

szinkron gépek;

aszinkron gépek;

egyenáramú gépek.

A különböző típusú gépeket a következő fejezetek részletesen tárgyalják. Legfontosabb tudnivalók itt kaphatóak.

Egyenáramú gépek alatt egyenáramot előállító generátorokat és egyenárammal működő motorokat értjük.

Váltakozó áramú gé[anonimizat] a váltakozó áramot előállító generátorokat, váltakozó áramon táplált motorokat és transzformátorokat értjük.

Az állogépek a forgó alkatrész nélküli villamos gépek csoportja.

A forgógépek, tehát tartalmazzák a forgórészt is.

A transzformátorok váltakozó áramú állógépek, amelyek a villamos energia feszültségét alakítják át.

A szinkron gépek váltakozó áramú forgó gépek, melyek lehetnek generá[anonimizat]. Forgó részük együtt forog a mágneses térrel.

Az aszinkron váltakozó áramú forgó gépek, amelyek lehetnek generátorok vagy motorok. Forgórészük nem egyidejű a forgó mágneses térrel.

A villamos gépek főbb részei

A villamos gépek az elektromágneses indukció elvén működő szerkezetek.

A villamos állógépek zárt vasmagból és a vasmagon elhelyezett két – vagy több tekercsből állnak (1.14 ábra). A villamos teljesítményt felvevő tekercset primér tekercsnek, a villamos teljesítményt leadó tekercset pedig szekundér tekercsnek nevezzük.

1.14 ábra. Transzformátor felépítése

A villamos forgó gépek állórészből (sztátor), állórész tekercselésből, forgórészből (rotor) és forgórész-tekercselésből épülnek fel.

A villamos gép armatúrája alatt azt a géprészt értjük, amelynek tekercselésében feszültség indukálódik, mivel a tekercselés mágneses térben forog vagy pedig forgó mágneses tér hat rá (1.16 ábra).

A villamos gépek fajtái

A villamos gépeket a következő három fő csoportba sorolhatjuk:

generátorok;

motorok;

átalakítók.

Generátorok

Azokat a villamos forgógépeket nevezzük generátoroknak, amelyek mechanikai energiát alakítanak át egyenáramú vagy váltóáramú villamos energiává.

A generátorok lehetnek:

egyenáramú generátorok (1.16 ábra);

váltakozó áramú generátorok.

Az egyenáramú generátorok gerjesztőtekercselésük szerint lehetnek:

külső gerjesztésü generátorok;

soros gerjesztésü generátorok;

párhuzamos gerjesztésü generátorok;

vegyes gerjesztésü generátorok.

A külső gerjesztésü generátorok gerjesztőtekercselése és armaturatekercselése között nincs fémes kapcsolat.

A váltakozó áramú generátorok lehetnek:

szinkron generátorok;

aszinkron generátorok.

A szinkron generátor fordulatszáma és az armatúrájában indukált feszültség frekvenciája között összefügés áll fent.

1.15 ábra. Egyenáramú generátor és annak feszültségjelei

Motorok

Azokat a villamos gépeket, nevezzük motoroknak, amelyek egyenáramú vagy váltakozóáramú energiát alakítanak át mozgási energiává.

A motorok lehetnek:

egyenáramú motorok;

váltakozóáramú motorok;

univerzális motorok.

Az egyenáramú motorok egyenáramú villamos energiát, a váltakozóáramú motorok váltakozóáramú villamos energiát alakítanak át mozgási energiává. Az univerzális motorok mind egyenáramról, mind váltakozóáramról üzemeltethetők.

Az egyenáramú motorok lehetnek:

külső gerjesztésü motorok;

soros gerjesztésü motorok;

párhuzamos gerjesztésü motorok;

vegyes gerjesztésü motorok.

A váltakozóáramú motorok lehetnek:

szinkron motorok;

aszinkron motorok;

kommutátoros motorok.

1.16 ábra. Aszinkron motor működése

Átalakítók

Azokat a villamos gépeket és készülékeket nevezzük átalakítóknak, amelyek a meglevő villamos energiát más jellegű villamos energiává alakítják át.

Az átalakítók lehetnek:

nyugvó átalakítók;

egyenirányítók;

váltóirányítók;

frekvenciaátalakítók;

forgó átalakítók;

fázisváltók.

A transzformátorok a váltakozóáramú villamos energia feszültségét és áramerősségét alakítják át a frekvencia módosítása nélkül.

A transzformátorokat csoportosíthatjuk:

fázisszám szerint

egyfázisú transzformátorok;

háromfázisú transzformátorok.

teljesítmény szerint:

törpeteljesítményű transzformátorok (néhány VA);

kisteljesítményű transzformátorok (10…50 VA);

közepes teljesítményű transzformátorok (>50 MVA);

nagyteljesítményű transzformátorok (<50 MVA).

Hűtési rendszer szerint

száraztranszformátorok (léghűtés);

olajtranszformátorok (olajhűtés).

Egyenáramú gépek

Válaszoljunk a következő kérdésekre:

Milyen az ideális feszültség – és áramforrás?

Mekkora áram folyik a vezetőn aminek ellenálása R, ha kapcsaira U feszültséget kapcsolunk?

Mit nevezünk fajlagos ellenálásnak?

Hogyan számítjuk ki a sorosan kapcsolt ellenálások eredőjét?

Hogyan számítjuk ki a párhuzamosan kapcsolt ellenálások eredőjét?

Mit mondanak Kirchhoff tőrvényei?

Mit mondd a szuperpozíció tétele?

Milyen módszereket ismerünk az egyenáramú hálózatok számítására?

Hogyan számítjuk ki egy egyenes, hosszú tekercs (szolenoid) belsejében a mágneses tér erősségét?

Mit ír le a gerjesztés tőrvénye?

Melyek a dia-, para- és ferromágneses anyagok jellemzői?

Mit értünk a váltófeszültség csúcsértékén, effektív értékén és frekvenciáján?

Az egyenáramú gépek felosztása

Egyenáramú gépeknek nevezzük azokat a villamos forgógépeket, amelyek egyenáramú villamos energiát termelnek vagy fogyasztanak működésük folyamán.

Az egyenáramú gépeket működésük alapján a következő két csoportba osztjuk: generátorok és motorok. A generátorok mechanikai energiát alakítanak át villamos energiává. Egyenfeszültséget és egyenáramot szolgáltatnak. Az egyenáramú motorok, pedig egyenáramú villamos energiát alakítanak át mechanikai energiává. Megjegyezzük, hogy ugyanaz az egyenáramú gép működhet motorként is és generátorként is.

Egyenáramú generátorok

Az egyenáramú generátorok működési elve

Feltéve, hogy egy vezetőkeretet homogén mágneses térben forgatunk, akkor a keretben váltakozó feszültség keletkezik. Ha a vezető zárt hurkot alkot, akkor benne a váltakozó feszültség hatására váltakozóáram folyik. A zárt vezetőkeretben az áram iránya félfordulatként megváltozik.

Az előbbiek ismeretében végezzük el a 2.1 ábrán lerajzoltakat. (v.ö. 1.15 ábra)

2.1 ábra. Generátor működési elve

Egy állandómágnes terében forgassunk állandó sebességgel egy vezetőtekercset (lapos tekercset), amelynek két végét a keret (a tekercs) tengelyére szerelt két, rézből készült félgyűrűhöz forrasztottunk. A félgyűrüket egymástól is, a tengelytől is jól elszigeteltük. A félgyűrühöz, egymástól szemben egy-egy áramleszedő szénkefét is helyezünk. A vezetőkeretben az áram iránya félfordulatként megváltozik, de a félgyűrük is félfordulatként egyik keféről a másikra váltanak át. Ezért a kefék által levett áram iránya a kefékhez csatlakozó vezetékben nem változik meg. Erről egy érzékeny árammérő műszerre győződhetünk meg. Ugyanígy érzékelhetjük, hogy az áram-és feszültség értéke (2.2 ábra) 0 és egy maximális érték között fordulatonként kétszer változik.

ábra. A feszültség formája

A lüktető egyenáram lüktetése jelentősen csökkenthető, ha megfelelően elhelyezett több tekercset és több szegmensből (szeletből) álló kommutátort alkalmazunk.

A 2.3 ábrán például egy hatszegmenses kommutátor alkalmazásával nyert lüktető egyenáram eredőjét láthatjuk. Az eredő áram lüktetése nagyon kicsi, gyakorlatilag elhanyagolható.

2.3 ábra. Egyenáram eredője

Az egyenáramú generátor müködésének összefoglalása

Az eddigiek alapján elmondhatjuk, hogy lüktető egzenáram előállításához egy állandómágnesre, egy forgó tekercsre és kommutátorra van szükség. Lényegében ezzel meghatározzuk az egyenáramu generátorok legfontosabb részeit: az állórász az állórásztekercseléssel, a forgórész a forgórész tekercseléssel, valamint a kommutátór. Az állórész tekercselésével hozzuk létre az állandó mágneses mezőt. Ebben forog a forgórész a tekercselésével eggyütt. A forgórész tekercselésében a forgés akövetkeztében váltakozó feszültség indukákódik. Ezt a váltakozó feszültséget egyenirányítja a kommutátór. Ennek eredménye lüktető egyenfeszültség, illetve zárt áramkör esetében, lüktető egyenáram.

Az egyenáramú generátor szerkezeti felépítése

Az egyenáramú generátoron három alapvető szerkezeti rész külömböztethető meg:

Az állórész, amelynek többnyire hengeres házában az állórészkoszoruhoz csatlakozva foglalnak helyet a gerjetsztőtekercsekkel szerelt főpólusok. A 2.4. ábrán például egy nyolcpólusú állórészt láthatunk. Az északi és déli pólusok felváltva követik egymást. Az állórész acélöntvényből vagy hengerelt acéllemeyből készül.

ábra. Nyolcpólusú állórész

Az állórészkoszorú feladata a főpólus gerjesztésével létrehozott mágneses főfluxus vezetése és a gépre ható különféle erők felvétele. Az állórész koszorúhoz csavarok rögzítik a főpólusokat. Ezek lágyvaslemezből készülnek. Rajtuk helyezkednek el a gerjesztőtekercsek, amelyek a generátor állórészének állandó mágneses teret hoznak létre. A főpólusok feladata a gerjesztőtekercset tartani, illetve kedvezőbbé tenni a légrésindukció kerületi elosztását.

A forgórész a tengelyből, a lemezelt vasmagból, ennek hornyaiban elhelyezett armatúra tekercseléséből és a kommutátorból áll. A forgórész vasmagja lemezelt, aminek megfelelő elhelyezését ékekkel és szorítógyűrükkel biztosítják. A nyitott vagy félig zárt hornyokban helyezkedik el az armatúra tekercselés, amely a kommutátorhoz csatlakozik. A kommutátor egymástól és a testtől villamosan elszigetelt bronz szeletekből álló körhenger, aminek az a feladata, hogy az armatúra tekercselésben indukált váltakozó feszültséget egyenirányítsa. A 2.5. ábrán az egyszerű kommutátor szerkezetét láthatjuk.

ábra Az egyszerű kommutátor felépítése

A kefeszerkezetet kefehídból, a kefeórsókból és a szénkefékből áll. A kefehíd a gép pajzsának megfelelően kialakított részén álltalában elfordítható és beállítható helyzetben, csavarral rögzíthető. A kommutátorhoz csatlakozó áramleszedő kefék anyaga szén, grafit, elektrografit vagy réztartalmú grafit. A kefeorsók száma megegyezik a gép pólusszámával. Ezek feladata nem más, mint az, hogy az áramot vivő szénkefék vezetése és a megfelelő kefenyomás létrehozása.

Az egyenáramú vázlatos hossz- és keresztmetszetét láthatjuk a 2.6. ábrán.

Az ábrán látható pozíció-számok jelentése:

1 – csapágypajzs; 2 – szellőző; 3 – az armatúra tekercselés tekercsfeje; 4 – hajtásoldali tekercsfejtartó; 5 – kompenzálótekercs; 6 – állórészkoszorú; 7 – főpólus tekercs; 8 – főpólus; 9 – axiális légcsatorna; 10 – armatúra vasmag;

11 – kommutátoroldali tekercsfejtartó; 12 – tekercsfejkivezetés; 13 – kommutátorzászló; 14 – kommutátorszelet; 15 – kommutátoragy; 16 – kefetartó; 17 – kommutátor-szorítógyűrü; 18 – kommutátor-csavar; 19 – belső csapágyfedél; 20 – csapágypajzs; 21 – külső csapágyfedél; 22 – golyócsapágy; 23 – szállítófül; 24 – a kompenzálótekercs vezetői; 25 – horonyék; 26 – az armatúratekercs vezetői; 27 – forgorész horonyék; 28 – kapocstábla; 29 – belső csapágyfedél; 30 – görgőcsapágy; 31 – külső csapágyfedél; 32 – tengely; 33 – felfekvő láb; 34 – furat a rögzítő csavar részére; 35 – a főpólust rögzítő csavar.

Az öngerjesztés elve

Az áramfejlesztő gépek működtetéséhez mágneses térre van szükség. A mezőmágnes nagyobb teljesítményű generátorokban mindig elektromágnes, mert vele erős mágneses tér hozható létre. Táplálásához viszont egyenáramra van szükség. Az egyenáramú generátorok mágneses terének előállítására nincs szükség külső áramforrásra. A generátorok a mágnesező áramot saját maguk állítják elő az ú.n. dinamó elv alapján (v.ö. Jedlik Ányos).

Az elektromágnes vasmagjának mindig van csekély remanens mágneses indukciója, ezért a forgásba hozott armatúra tekercselésében kis feszültség indukálódik, aminek hatására, zárt áramkőr esetén kis áram folyik. Ha ezt a gyenge áramot megfelelő irányban átvezetjük a mezőmágneses tekercsein is, akkor a mezőmágnesnek ezáltal megnövekedett indukciója már erősebb áramot kelt, ami tovább növeli az indukciót egészen a telítettség állapotáig.

2.7. ábra

Tehát az öngerjesztésü generátor vagy más néven a dinamó önmaga állítja elő a szükséges erősségü mágneses teret.

Az egyenáramu generátorok armatúra – visszahatása

Eddig feltételeztük, hogy csak a generátor pólusai hoznak létre mágneses teret. A valóságban azonban az armatúra is gerjeszt mágneses teret. A mágneses teret e két tér együtt hozza létre.

2.8 ábra

A 2.8 a) ábrán feltüntettük az armatúra vezetőiben folyó áram irányát, aminek az óra járásával megegyező forgásirány felel meg. A 2.8 b) ábrán a főpólusok mágneses tere, a 2.8 c) ábrán az armatura keresztirányu mágneses tere, a 2.8 d) ábrán pedig az eredő mágneses tér látható. Az eredő mágneses tér a légrésben eltorzul. Ezt a jelenséget nevezzük armatúra-visszahatásnak. Ennek következtében megjegyezzük, hogy:

A semleges vonal (a kefék szikrázásmentes helyzete) α szöggel eltolódik a forgásiránnyal egyező irányban.

A pólusok egyik oldalán a légrésben az indukciósürüség megnövekszik, a pólusok másik oldalán pedig lecsökken.

Az armatúra-visszahatás következményei:

A semleges vonal eltolódik, ami kefeszikrázást okoz, mert a régi semleges vonalban levő mágneses tér a forgás folytán feszültséget indukál a kefék által rövidre zárt tekercseiben. Segédpólus nélküli generátorokban úgy tudjuk megszüntetni a kefeszikrázást, hogy a keféket az új semleges vonalba toljuk el. Nagyobb teljesítményű gépeket segédpólusokkal látunk el. A segédpólusok armatúraárammal gerjeszett, keskeny pólusok, amelyek a főpólusok között semleges vonalban helyezkednek (2.9 ábra)

2.9 ábra

Az armatúraárammal való gerjesztés biztosítja, hogy minden terhelési állapotban a forgási feszültség egyenlő legyen az önindukciós feszültséggel. A segédpólusok gerjesztését úgy kell beállítani, hogy az megsemmisítse az armatúra-visszahatás vonalbeli mágneses terét. A segédpolusu gépeknél a kefék továbbra is az eredeti semleges vonalban maradnak.

A mezőgyengülés miatt a generátor feszültsége kisebb lesz.

Egyenáramu generátorok kapcsolási lehetőségei és üzemi viszonyai

Az egyenáramu generátorok üzemi viszonyait, tulajdonságait az szabja meg, hogy a fluxus milyen mértékben függ a terheléstől. Más szóval, hogy a gerjesztőtekercs milyen kapcsolatban van az armatúrával.

A gerjesztőtekercs kapcsolása szerint az egyenáramu generátorokat két nagy csoportba oszthatjuk:

külső gerjesztésü generátorok;

öngerjesztésü generátorok.

Az öngerjesztésü generátorok lehetnek:

párhuzamos gerjesztésü generátorok;

soros gerjesztésü generátorok;

vegyes gerjesztésü generátorok.

Külső gerjesztésü generátorok

A külső gerjesztésü generátor gerjesztőtekercse semmiféle kapcsolatban sincs az armatúrával. Ezért, a gerjesztőáram független az armatúraáramtól. A fluxus csak az armatura-visszahatáson keresztül függ a terheléstől. A külső gerjesztésü generátor feszültsége alig változik a terhelés függvényében. A feszültség értékét a gerjesztés változásával széles határok közt válogathatjuk. A generátor rövidzárlati árama vagy. A külső gerjesztésü generátor állandó feszültségü hálozattal jól együtt tud dolgozni.

Ezt a tipusu generátort akkumlátor töltésére, vegyi folyamatok ellátására használják.

ábra

A generátor kapcsolási vázlata és terhelési jelleggörbéi a 2.10 ábrán látható. A gerjesztőgörbe kötött változtatható ellenálás (Rsz) a gerjesztőáram szabályozására szolgál. A gerjesztőellenálást csökkentve (Ug gerjesztőfeszültség állandósága miatt) az Ig gerjesztőáram nő. Nagyobb gerjesztőáramhoz nagyobb fluxus, nagyobb fluxushoz állandó fordulatszám mellett magyobb indukált feszültség tartozik. Tehát a gerjesztőellenálással a generátor indukált feszültsége változtatható.

A generátor felhasználóját első sorban az érdekli, hogy állandó gerjesztés mellett miként változik a gép kapocsfeszültsége az armatúra függvényében. Ezt a változást leíró görbéket nevezzük a generátor kűlső jelleggőrbéinek. A 2.10 ábrán levő lölső jelleggőrbék szerint a generátor terhelésekór csökken a generátor feszültsége. Ennek oka részint az armatúra-visszahatás, részint a belső feszültségesés. Így az Ig gerjesztőáramhoz tartozó Uo feszültségből két feszültségesést, valamint az armatúra-visszahatás okozta fesztültségesésnek, az IaRb szakasz pedig a belső feszültségesésnek felel meg. Az ábrából a következőket állapíthatjuk meg:

a kompenzálatlan generátor külső jelleggörbéje az armatúra-visszahatás miatt nem egyenes. Kiseb terhelésnél kevédbe, bagyobbaknál egyre jobban elhajlik az Uo egyenestől.

A teljesen kompenzált gép külső jelleggőrbéje Uo – hoz képest ferde egyenes, amelynek meredeksége Rb – től függ.

Az U – Ia koordinátarendszerben a külső jelleggörbe annál magasabban helyezkedik el, minél nagyobb gerjesztőáramhoz tartozik.

Öngerjesztésü generátorok

Párhuzamos gerjesztésü generátorok

A párhuzamos gerjesztésü generátor gerjesztőtekercseit az armatúrával párhuzamosan kapcsoljuk. A generátor a gerjesztőáramát saját maga állítja elő. A gerjesztőkörbe kötött Rsz szabályozó ellenálás a gerjesztőáram változtatására szolgál.

A párhuzamos gerjesztésü generátornak nagy előnye a külső gerjesztésühöz képest az, hogy a gerjesztőkör táplálásához nincs szükség külön áramforrásra. Az armatúra kapocsfeszültsége táplálja a gerjesztőtekercseket. Megjegyezhető, hogy ez a legelterjetteb generátor tipus.

A generátor kapcsolási vázlata és külső jelleggőrbéi a 2.11 ábrán láthatóak. A jelleggőrbék közt feltüntettük a külső gerjesztésü generátor terhelési gőrbéjét is, hogy öszehasonlításukkal képet kaphassunk az etlérő tulajdonságokrol. Ezek a következőek:

a párhuzamos gerjesztésü generátor külső jelleggőrbéje a stabil szakaszon jobban elhajlik az Uo max – tól, mint a külső gerjesztésüé;

a párhuzamos gerjesztésü generátor csak gerjesztőköri ellenálással megszabott legnagyobb armatúraáramig terhelhető. Ezt határáramnak nevezzük (Ih);

a párhuzamos gerjesztésü generátor rövidzárási áramát a gép remanens feszültsége tartja fent a főáramköri ellenáláson;

a kétféle generátor jelleggőrbéjének eltérése a névleges armatúraáram környékén még nem számottevő. Ezért a párhuzamos gerjesztésü generátort a külső gerjesztésüvel körülbelül azonos tulajdonságuaknak tekinthetjük.

ábra

A soros gerjesztésű generátor kapcsain üresjáratban csak a remanencia feszültség (visszamaradó feszültség) mérhető. Ha az állandó fordulatszámmal járó generátort terheljük, akkor a gép felgerjed. Feszültsége növekvő terheléskor előbb nő, majd pedig csökken. Ennek az az oka, hogy a generátor terhelési indukált feszültségéből (Uit) levonódik a belső feszültségesés (IaRb). E két feszültség külömbsége adja a generátor kapocsfeszültségét. Bizonyos terhelés felett a belső feszültségesés sokkal nagyobb mértékben nő, mint az indukált feszültség. Ebből adódik a jelleggörbe eső szakasza. Amint a 2.12. ábrán is látható, a generátor rövidzárlatban adja a legnagyobb áramot. A generátor feszültségének változtatása céljából változtatható ellenállást kell a soros gerjesztőtekerccsel párhuzamosan kötni. A soros gerjesztésű generátorok gyakorlati jelentősége

nem nagy. Némelykor kiegyenlítő gépként használjuk őket. A generátor kapcsolási vázlata és külső jelleggörbéje a 2.12. ábrán látható. Az ábra azt az esetet tünteti fel, amikor a generátor gerjesztőárama azonos az armatúraárammal (Ig = Ia). Ehhez az Uo tartozik, de – amint már tanultuk – ebből kompenzálatlan gép esetén le kell vonni az armatúra visszahatás okozta feszültségesést, igv kapjuk az Uit görbét. Ha ebből még levonjuk a generátor belső feszültségesését (IaRb-t) akkor megkapjuk a generátor kapocsfeszültségét. Ezt Írja le az U = f (Ia) görbe.

Vegyes gerjesztésű generátorok

A vegyes gerjesztésű generátor főpólusain két gerjesztő-tekercselés található. Az egyik az armatúrával sorba, a másik párhuzamosan van kapcsolva. Ha a soros gerjesztés azonos irányú a párhuzamos gerjesztés irányával, akkor a generátor kompaund. Ha a két gerjesztés iránya különböző, akkor a generátor antikompaund. A vegyes gerjesztésű generátor kapcsolási vázlata és külső jelleggörbéi a 2.13. ábrán láthatók. A kompaund generátor kapocsfeszültsége a párhuzamos gerjesztésű generátoréhoz képest növekvő terhelőárammal növekedhet (tulkompaundá lás, 1 görbe), közel azonos maradhat (kompaundálás, 2 görbe), kis mértékben csökkenhet (részleges kompaundálás, 3 görbe).

2.13 ábra

Az antikompaund generátor kapocsfeszültsége növekvő terhelés hatására erősen esik (4 görbe). A kompaund generátor rövidzárlati árama nagy, az antikompaund generátoré mérsékelt, a névleges áramnak mindössze két – háromszorosa. A kompaund generátorok előnyösen használhatók a gyakran és erősen ingadozó terhelések ellátására, pl. a vontatási üzem egyenáramú motorjainak a táplálására. A generátor viszonylag állandó feszültséget ad k ülön szabályozó-berendezés nélkül is.

A 2.13. ábrán láthatjuk, hogy a generátor kapcsolása kompaund. Ebből antikompaund generátort a soros gerjesztőtekercselés végeinek felcserélésével kaphatunk.

Az ábrán az is jól látható, hogy antikompaund kapcsolásban a soros tekercs gerjesztése csökkenti az indukált feszültséget, ezért a külső jelleggörbe meredekebben esik, mintha a gép tisztán párhuzamos gerjesztésű lenne. összefoglalva ; a vegyes gerjesztésű generátor terhelési (külső) jelleggörbéje a soros gerjesztés nagyságával, ill. A kompaund és antikompaund kapcsolással elvileg tetszőlegesen befőlyásolható.

Egyenáramú generátorok párhuzamos kapcsolása

Ha a fogyaszt ók igénye meghaladja a generátor teljes í tményét, akkor az eredeti generátorral párhuzamosan ú jabb generátort vagy generátorokat kell kapcsolnunk. A generátorok párhuzamos kapcsolásának feltételei:

azonos feszültség,

azonos polaritás,

azonos belső kapcsolás.

A 2.14. á brán két párhuzamos terjesztésű generátor látható párhuzamos üzemeltetéshez előkészítve.

ábra

Tételezzük fel, hogy az A generátor már a hálózatra dőlgozik és a B generátort kell vele párhuzamosan kapcsolnunk. A párhuzamos kapcsolást a következő sorrendben kell elvégeznünk:

B generátort a hajtógépével a névleges fordulatszámra hozzuk;

a gerjesztést fokozatosan nőveljük az Un névleges feszültség eléréséig;

a voltmérővel ellenőrizzük a két generátor feszültsé gének azonosságát

ellenőrizzük a polaritás azonosságát. Ehhez a két szemben lévő sarkot fémesen rövidre zárjuk, majd a másik két sarok között feszültségkülönbséget mérünk. Ha a voltmérő nem mutat két generátor polaritása azonos. A generátorok párhuzamos kapcsolása elvégezhető, Ha a voltmérő kétszeres feszültséget mutat, akkor a gener átorok sorosan van nak kapcsolva,tehát párhuzamosan kapcsolni őket tilos (ekkor polaritáscserét kell végrehajtanunk);

megemeljük a generátor feszültségét a gerjesztés növelésével. Azonos belső kapcsol ású snerátorok (pl. párhuzamosgerjesztésű vagy soros generátorok ) a hálózati terhelés növekedésével arányosan veszik magukra a terhelést.

Különböző egyenáramú generátorok párhuzamos üzeme esetén az a generátor terhelődik túl, amelyik a terhelés során kevés bé ejti a feszültséget. Ezért a másik generátor gerjesztésével növelni kell a feszültséget.

2.3 Egyenáramú motorok

2.3.1. Az egyenaramu motorok működési elve
A 2.15. ábrán egy állandómágnes pólusai között kétszegmenses kommutátorgyürüvel ellátott, tekercselt forgórészt láthatunk.
Vezessünk egyenáramot a kommutátorszeletekhez csatlakozó keféken keresztül a forgórészbe! A 2.15a ábra szerint az álló rész és a forgórész egymáshoz közelebb eső pólusainak mágne sessége ellentétes. Az ellentétes polaritásu pólusok vonzzák egymást. Ezért a forgórész elfordul. A pólusok vonzása a forgórész függőleges helyzetében megszűnik, de a forgásba lendült
forgórész tehetetlensége miatt tovább fordul. Egyidejűleg a kefék átcsúsznak a másik kommutátorszeletre, aminek következtében a forgórészben az áram iránya, és igy polaritása is megváltozik.

2.15 ábra

A forgórész a 2.15b ábra szerint tovább fordul, mert az azonos polaritásu pólusok taszitják egymást. Az ismertetett folyamat félfordulatonként megismétlődik. Ezért a forgórész (forgó mágnes) mindaddig forgásban marad, amig le nem kapcsoljuk a kefékről az egyenáramot. Az állandómágnes helyett alkalmazhatunk elektromágnest is.
Az elmondottakból könnyen rájöhetünk arra, hogy az egyenáramú motorok működési elve megegyezik az egyenáramú generátorok működési elvével. A motor és generátor között mindössze a különbség az, hogy amig a motor egyenáramú villamos energiát, addig a generátor mozgási energiát alakít át villamos energiává.

2.3.2. Az egyenáramú motorok szerkezeti felépítése
Az egyenáramú motorok szerkezeti felépítése nagyrészt meg egyezik az egyenáramú generátorok szerkezeti felépítésével.

2.16 ábra

Egy vegyes gerjesztésű áramú motor vázlatos hossz és keresztmetszete a 2.16. ábrán látható. A pozíciószámok jelentését próbáljuk az eddig tanul tak alapján meghatározni! Segítségül a kővetkezőkben sorszámozás nélkül közöljük valamennyit: föpölus, kefetartó: ventillátori kommutátor; segédpólus; föpólustörzset csapágypajzs; tengely; kommutátorszoritó gyűrű; armaturate kerecs; csapágy.

2.3.3. Egyenáramú motorok kapcsolási lehetőségei és üzemi viszonyai

Az egyenáramú motorok üzemi tulajdonságait az határozza meg, hogy a fluxus milyen mértékben függ a terheléstől; más szóval, hogy a gerjesztőtekercs milyen kapcsolatban van az armatúrával. A gerjesztőtekercs kapcsolása szerint az egyenáramú motorokat a következőképpen csoportosíthatjuk:

– külső gerjesztésű motorok;
– párhuzamos gerjesztésű motorok;
– soros gerjesztésű motorok;
– vegyes gerjesztésű (kompaund) motorok.

A fordulatszám-nyomaték jelleggörbék a motor fordulatszámát adnák meg a motor nyomatékának függvényében. Ezek a jellegörbék segitenek külömböző tipusu motorok viselkedésének megitélésében.

2.17 ábra

A külső gerjesztésű és a párhuzamos gerjesztésű motor között alig van különbség, mert mindkét motor gerjesztőtekercsét állandó feszültségről tápláljuk. így a gerjesztőáram független a terheléstől. A különbség a kétféle motor között mindössze annyi, hogy a külső gerjesztésű motor gerjesztofeszültsége általában nem egyezik meg a motort tápláló hálózat fe
szültségével (2.17a ábra), mig a párhuzamos qerjesztésü motoré megegyezik (2.17b ábra).
Az ilyen motorok gerjesztőtekercselésének fluxusa majdnem teljesen független a terheléstől. így a nyomaték arányos az armaturaárarnma1. A fordulatszám közel állandó mert a feszültségesé alig 3…5%-a a kapocsfeszültségnek. Az armatúra visszahatás lemágnesező hatása a fordulatszám növekedésének irányában hat, mert a föfluxus csökken és emiatt a motor labilissá válhat, vagyis a terhelőáram növekedésével a motor fordulatszáma nem csökken, hanem növekedik.

2.18 A külső gerjesztésű motor kapcsolási ábrája

2.19 A párhuzamos gerjesztésű motor ábrája

A gerjesztőtekercs melegedése következtében a fordulatszám-jelleggörbék eltolódhatnak. Ezek a jelleggörbék a 2.20. ábrán láthatók. Az 1 jelű görbe a teljesen kompenzált, a 2 jelű görbe pedig a kompenzálatlan motor fordulatszám-nyomaték jelleggörbéje.

2.20 ábra

Mezőgyengitéses fordulatszám-változtatáskor vagy ha hirtelen lökésszerű terhelések várhatók, célszerű kompenzáló tekercset alkalmazni.
A motorok alkalmazási területe: szerszámgépek, kompreszszorok, szivattyúk, nyomdagépek hajtása és más – állandó fordulatszámot igénylő – hajtások.
A soros gerjesztésű motor pólusfluxusát az armaturaáram gerjesztése hozza létre. Kis áramokra, amikor a gép még telifluxusa arányos az árammal (<t> = ki), nyomatéka pedig megyezik az áram négyzetével (M = k*I2 ). A névleges áramot meghaladó áramok esetén a fluxus a telités miatt alig változik, igy a nyomaték közel arányos az árammal. A soros gerjesztésű motor
inditónyomatéka nagy. Fordulatszáma a terheloáram növekedésével erősen csökken. Kis terhelés esetén fennáll a megszaladás veszélye. Ilyenkor a motor fordulatszáma a névleges érték többszörösét is elérheti, amiből súlyos mechanikai károsodások következhetnek.

A motor alkalmazási területe: olyan berendezések hajtása, ahol nagy az inditónyomaték~igény, ill. üzem közben jelentős nyomatékingadozások vannak de ahol a megszaladás veszélye nem áll fenn. Pl. felvonók, daruk, vontató jármüvek, szellőzők, centrifugálszivattyuk hajtása.

A soros gerjesztésű motor kapcsolási vázlata a 2.20. ábrán, fordulatszán-nyomaték jelleggörbéje pedig a 2.21. ábrán látható.

A vegyes gerjesztésű (kompaund) motorok megtartják a so ros gerjesztésű motorok előnyös tulajdonságát (nagy inditónyo maték), de kiküszöbölik azok hátrányos tulajdonságát (kis terhelések esetén "megszaladásra" való hajlam). Ha a soros gerjesztésen kivül még néhány százalék párhuzamos gerjesztést is adunk a motornak, akkor a párhuzamos gerjesztés üresjárat
ban is biztosit akkora értékű fluxust, amely nem engedi,hogy a motor forgási sebessége veszélyes értékig növekedhessen. A párhuzamos gerjesztést adó tekercsnek olyan a hatása, mintha megnöveltük volna a motor remanens fluxusát.
A vegyes gerjesztésű motor fordulatszámnyomaték jelleg görbéje átmenetet mutat a soros és a párhuzamos gerjesztésű motor jelleggörbéi között. A motor üresjáratban nem szalad meg, terheléskor tartja a fordulatszámát. Kapcsolási vázlata a 2.23. ábrán, fordulatszárr-nyomaték jelleggörbéje pedig 2.22. ábrán látható.

2.22 ábra

2.23 ábra

A motor alkalmazási területe: lenditőkerekes hajtások, szivattyúk, kompresszorok, földmarkolók, hengersorok és más nehézüzemi gépek hajtása.

2.3.4 Egyenáramú motorok áramfelvétele, inditása

A 2.24. ábra szerint egy kisebb teljesitményü egyenáramú motorral kapcsoljunk sorba egy izzó lámpát! Ezután az igy kialakított áramkörre kapcsoljunk egyenfeszültséget! Azt tapasztaljuk, hogy az izzólámpa felvillan, majd világit, de ahogy fokozatosan nő a motor fordulatszáma, úgy csökken fokozatosan az izzólámpa fénye , Ha fékezzük a motort, az izzólámpa fénye növekszik.

2.24 ábra

A kísérletből a következő következtetések vonhatók le:

A motor álló állapotában veszi fel a legnagyobb áramot. (Az izzólámpa ekkor világit a legjobban.)

A motor üresjáratban kis áramot vesz fel. (Az izzólám
pa alig vagy egyáltalán nem világit.)

A terhelt motor áramfelvétele kisebb ; mint az álló helyzetben lévőé, de nagyobb, mint az üresjáratban lévőé.

Amint tudjuk, az izzólámpának ellenállása van. Ha a motort izzólámpa nélkül kapcsoljuk az egyenáramú hálózatra, akkor a motor inditási árama jelentősen meghaladja az áramerősséget. Ezért nagyobb teljesitménvü motorok esetén az üzemi inditást a motorral sorbakötött ellenálláson keresztül végezzük (2.25. ábra). Az ellenállást inditóellenállásnak nevezzük. (A közúti villamos vezetője is ilyen ellenállással inditja a szerelvényt.)

2.25 ábra

Meddig gyorsul egy egyenáramú villamos motor? A motor addig a fordulatszámig gyorsul fel, ameddig a forgórészben in dukált feszültség el nem éri az egyenáramú hálózat feszültségét. Ti., ha eléri azt, akkor a keféken nincsen feszültségkülönbség s így a motor nem gyorsulhat tovább. Tekintettel
ra, hogy a terheletlen motor forgatásához is felvett teljesítmenyre, energiá ra van szükség, a motor üresjáratban sem érheti el azt a fordulatszámot, amelynél bekövetkezne, hogy a forgórészben indukált feszültség a külső, hálózati feszültséggel egyenlő lenne.
Mekkorára kell választani a motor inditóellenálását? A közép – és nagyteljesítményű motorok inditóellenálását úgy kell megválasztani, hogy a motor inditóárama a névleges áram kétszeresét ne haladja meg.

2.26 ábra

2.27 ábra. Három ellenálásos, egyenáramú motort indító áramkör.

A párhuzamos gerjesztésű motor indításakor a motor gerjeszto tekercsét a teljes kapccsfeszültségre kapcsoljuk. Így a fluxus és ezzel az inditónyomaték megfelelő értékű lesz. Az inditóellenállást a belső feszültség növekedésével fokozatosan kiiktatjuk (2.26. ábra). Az ábráról látható, hogy a motor üzemeltetése közben az inditóellenállás a gerjesztőtekerccsel sorba van kötve. Ez csak kis veszteséget jelent, mert a gerjesztőtekercs ellenállása sokkal nagyobb, mint az inditóellenállás. így az inditóellenálláson keletkező veszteség elhanyagolható.

2.3.5 Egyenáramú motorok fordulatszámváltoztatása

Az egyenáramú motorok széleskörü elterjedésének fő oka az, hogy a motorok fordulatszáma egyszerűen változtatható.
Az egyenáramú motor fordulatszáma:

ahol U a kapocsfeszültség; Ia az armaturaáram; R az armatúrakör ellenállása; C állandó; Φ a fluxus.

Az egyenletből kiolvasható / hogy a motor forgási sebességét háromféle módon változtathatjuk meg:

A fluxus változtatásával. A fluxust csak csökkenteni szoktuk, ezért ezt a módszert gvöngitésnek nevezzük. így csak növelni lehet a motor forgási sebességét.

Az armatúrakör R ellenállásának előtétellenállássál
történő megnövelésével. Ezzel a módszerrel csak csökkenteni lehet a motor forgási sebességét. Minthogy az előtétellenállá-
son a teljes armaturaáram keresztülfolyik, nagy a veszteség.
Ezért ezt a módszert ritkán alkalmazzák.

A motor kapocsfeszü ltségének változtatásával. Ha növeljük a motor kapocsfeszültségét, akkor a motor forgási sebessé-
ge is nő. Ha csökkentjük a motor kapocsfeszültségét, akkor a
motor forgási sebessége is csökken. Pl. vontatómotoroknál kis
fordulatszámon két motort sorba, nagyobb fordulatszámon pedig
párhuzamosan kapcsolunk.

A motorok fordulatszám – változtatása veszteségesen és veszteségmentesen történhet. Az ismertetett első két esetet veszteséges, a harmadikat pedig veszteségmentes fordulatszám – változtatásnak nevezzük.

2.3.6 Az egyenáramú motorok fékezése

Az egyenáramú motorok fékezési módjai:

visszatápláló fékezés;

ellenállás fékezés;

ellenáramú fékezés.

Mielőtt röviden rátérnénk a kü lönböző fékezési módok is mertetésére, meg kell jegyeznünk: a motor teljes megállitásához mechanikai fékezésre is szükség van.

Visszatápláló fékezés. Ha az egyenáramú motor forgási sebessége olyan nagyra nő, hogy indukált feszültsége nagyobb lesz a hálozat feszültségénél (pl. villamos vontatásnál) akkor a motor átalakul generátorá és energiát táplál vissza a hálózatba. A fékezésnek ezt a módját haszonfékezésnek vagy visszatápláló fékezésnek nevezzük. Ez a fékezési mód a leggazdaságosabb. A soros gerjesztésű villamos motorok nem alkalmasak visszatápláló fékezésre.

2.28 ábra

Ellenállásfékezés.

A hálózatról lekapcsolt motor mozgásienergiája következtében továbbra is forgásban marad. Ha a motor kapcsaira ellenállást kapcsolunk, akkor a párhuzamos – és külső gerjesztésű motor minden további nélkül generátorüzembe megy át (2.28 ábra). A motor mozgási energiája a fékezőellenálláson hőenergi ává alakul át. A fékezésnek ezt a módját ellenállásfékezésnek nevezzük. Ez a fékezés kevésbé gazdaságos módja. A soros gerjesztésű villamos motoroknál csak úgy alkalmazható, ha az ellenállásra kapcsolás pillanatában a gerjesztőtekercs kapcsait is felcseréljük (2.29. ábra).

2.29 ábra

Ennél a fékezési módnál a motor a tengelyén mechanikai energiát, a kapcsain pedig villamos energiát vesz fel. A fékezésnek ezt a módját ellenáramú fékezésnek nevezzük. Ez a leggazdaságtalanabb, de ugyanakkor a leghatásosabb fékezési mód.

2.3.7 Az univerzális motor

A 2.30 ábra egy egyenáramú motor kapcsolási vázlatát tartalmazza. Gondolatban cseréljük fel a motor kapcsait (A és B pontokat)! Ezáltal a motor fordított polaritásu feszültséget kap. Az ábrából látható, hogy ezáltal a motornak mind az állórészén, mind pedig a forgórészén ellenkezőjére vált a pólusok

mágnessége. Tehát a viszonylagos helyzet nem változott meg. Az azonos polaritásu pólusok akárcsak eddig, ezután is taszítják egymást. Ezért az ilyen tipusu motor váltakozóáramu hálózatról is üzemeltethető. Az ilyen motort, amely akár egyenáramú, akár váltakozóáramu hálózatról üzemeltethető, univerzális motornak nevezzük.

2.30 ábra

Az univerzális motorok alkalmazási területe: kézi fúrógépek, porszivók, kávédarálók, hajszárítók, azaz a villamos kéziszerszámok és háztartási gépek hajtómotorjai.

2.3.8 Egyenáramú motorok forgásirányváltoztatása

Az előbbiekben láttuk, hogy az egyenáramú hálózat kapcsainak felcserélésével a motor forgásiránya nem változtató meg.

Vizsgáljuk meg a 2.31 ábrán látható a), b) és c) részábrákat! Induljunk ki a 2.31 a) ábrán lévő kapcsolásból és az ott feltüntetett forgásirányból! Tekintsük ezt alapállapotnak!

2.31 ábra

Ezután az armaturatekercsben folyó áram irányát cseréljük fel a 2.31 b) ábra szerint! Ekkor azt tapasztaljuk , hogy megváltozik a motor forgásiránya.

Ezt követően állitsuk vissza az eredeti 2.30a ábra szerinti állapotot! Ha ez megtörtént, akkor a 2.31 c) ábra szerint cseréljük fel a mágnestekercs gerjesztőáramának irányát! Ekkor megint azt tapasztaljuk, hogy megváltozik a motor forgásiránya.

A kisérlet eredményeit a következőképp foglalhatjuk öszsze: megváltozik az egyenáramú villamos motor forgásirányává:

a) változatlan gerjesztésirány mellett megforditjuk az

armaturaáram irányát,

b) változatlan armaturaáram-irány mellett megfordítjuk a

gerjesztés Irányát.

Gyors forgásirány-változtatás esetén a nagy önindukció miatt nem a sokmenetes párhuzamos tekercs áramának , hanem az armaturaáram irányának a megváltoztatása a célszerű.

2.4 Különleges egyenáramú gépek

Az ipari termelési folyamatok szabályozásában egyre jobban terjednek a villamos elven működő szabályozók. A villamos szabályozók számára fejlesztették ki a különleges villamos gépeket. Ezek közül most röviden az egyenáramú gépekről lesz szó. A különleges egyenáramú villamos gépek közé tartoznak:

az erősitőgépek,

az egyenáramú szervomotorok,

az egyenáramú fordulatszámmérő generátorok.

2.4.1 Az erősitőgépek

A különböző szabályozási körökben a nagy teljesitményerősités érdekében forgógépes erősítőket alkalmaznak. Ezeknek az un. erősitőgépeknek a kimenőteljesitménye elegendő a beavatkozó szervek működtetéséhez. Erősitőgépként különleges kapcsolású egyenáramú forgógépet alkalmazunk. Jellemző rá, hogy a kapocsteljesitménye vezérléséhez szükséges teljesitrnény viszonylag kicsi. Teljesitményerősitése:

nagyságrendü, ahol Pki a gép kimenőteljesitménye vagy kapocsteljesitménye; Pbe a gép vezérlőteljesitménye.

A forgó erősitőgép mindig egyenáramú teljesitményt szolgáltat. Az elmúlt évtizedek során igen sok fajtájú gép jött létre: amplidin, regulex, rototrol, autodin stb.

Ampilidin

Foglaljuk össze az erősitőgépekkel szemben támasztott követelményeket:

nagy teljesitményerősités,

gyors működés.

A nagy teljesitményerősités két módon növelhető:

a kimenőteljesitmény (kapocsteljesitmény) növelésével;

a vezérlőteljesitmény csökkentésével.

A kapocsteljesitmény növelésének a gép villamos és mágneses igénybevétele mellett a fordulatszám szab határt. Mivel a mágneses és a villamos igénybevétel a gép felépítésével és hűtésével meghatározott, igy a kapocsteljesitmény elsősorban a fordulatszám növelésével növelhető. Ezért az erositogépek fordulatszáma mindig nagy (3000/min).

A vezérlöteljesitmény csökkentésének módja a mágnesezéshez szükséges teljesítmény csökkentése. Ez a légrés csökkentésével érhető el.

Az előbbi két követelményből adódik, hogy az erősitőgép fordulatszáma nagy, légrése kicsi.

2.32 ábra

A külső gerjesztésű egyenáramú generátor erősitőgépnek tekinthető. Kapcsolását, jelleggörbé jét a 2.32 ábrán láthatjuk.

A generátort á lland ó fordulatszámmal forgatjuk. A bemenő jel a gerjesztőfeszültség (Ug) a bemenő-vagy vezérlőteljesitmény a gerjesztőkor ellenállásán keletkező Ug2/Rg teljesitmény. Ha a bemenojel változik , akkor változik a gép fluxusa is és így az armat úra kapocsfeszültsége, azaz a kimenőiéi is. A kimenő teljesítmény a generátor által szolgáltatott Uk2/Rt teljesitmény. A kimeneteljesitmény 2-3 nagyságrenddel nagyobb, mint a gerjesztőteljesitmény.

A gép kapocsfeszültsége a gerjesztőkor időállandójától függő késleltetéssel követi a gerjesztőkor feszültségének változását.

A jó erősitőgéptől nagy teljesitményerősitést és kis időállandót követelünk.

Az egyenáramú generátorok soros kapcsolásával nagyobb teljesitményerősités érhető el. Kapcsoljunk két külső gerjesztésű generátort oly módon, hogy a G1 generátor táplálja a G2 generátor gerjesztőtekercsét! A G1 generátor teljesitményerősitése K a G2 generátoré pedig K Az igy kialakított P1' rendszer teljesitményerősitése:

Az első generátor Pg1 vezérlőteljesitményét az első gép Kp1-szeresre, a második gép ezt még Kp2-szeresre erősiti. Abban az esetben, ha két teljesen egyforma generátort kapcsolunk sorba, amelyeknek a teljesitményerősitése egyforma akkor a rendszer eredő teljesitményerősitése:

lesz. Az ilyen rendszert kvadratikus rendszernek is szoktuk nevezni.

A következőkben röviden, a legelterjedtebb egyenáramú erő sitőgéppel

az amplidinnel foglalkozunk.

Az amplidin működési elve hasonlit a kvadratikus rendszerhez mert szintén két fokozatban erősit. Előnye, hogy két gép helyett egy géppel érjük el a szükséges teljesitményerősitést. A 2.33 ábrán látható egyenáramú generátort forgassuk állandó fordultaszámmal! Az IV vezérlőáram hatására ΦV fluxus jön létre, amely Uk feszültséget indukál a generátor A és B kapcsai között. Ha az A és B pontokban keféket helyezünk el és rövidrezárjuk őket, akkor a körben Ik=Uk/Rk áramerősség jön létre. Mivel az Rk ellenálás értéke kicsi, azért aránylag kis fluxus is nagy áramot hoz létre. Az Ik armaturaáram szintén mágnesez és a vezérlofluxushoz képest térben 90○-ra elhelyezkedő Φk fluxust hoz létre. Helyezzünk el a Φk fluxus irányára merőlegesen újabb kefepárt! Ezek

között a Φk fluxussal arányos U feszü ltség jelenik meg. Ez a

feszültség lényegesen nagyobb, mint az Uk volt, mert viszonylag kis ΦV hatására már nagy Φk jön létre. így a gép teljesitményt erősit.

2.33 ábra

Terheljük a C-D kapcsokat Rt ellenállással! Ekkor az It terhelöá ram által létrehozott gerjesztés egyirányú, de ellentétes polaritásu a vezérlőáram által létrehozott ΦV gerjesztéssel. Mivel a terhelőáram nagyobb, mint a vezérlőáram által létrehozott gerjesztés, azért a terhelés által létrehozott gerjesztés erősen befolyásolná a vezérlőfluxus nagyságát és ezzel a gép kapocsfeszü ltségét. A vezérlőfluxus állandó értéken tartása céljából , a terhelőáram á ltal létrehozott gerjesztést kompenzálni kell. Ezért az á llórészen kompenzálótekorcseket helyezünk el amelyekben a terhelöáram Φt gerjesztéssel egyen1ő nagyságú de ellentétes értelmű gerjesztést létesít (2.34 ábra).

2.34 ábra

A kompenzálótekercsek beállításánál található egy olyan pontos beállítás, amelynél a vezérlőtluxus a terhelóáramtól függetlenül azonos marad. A kompenzálás beállítását nagyon pontosan kell elvégezni, mert ha a kompenzálótekercsek fluxusa a terhelőáram hatására segíti a vezérlőfluxus növekedését, akkor a gép kapocsfeszültsége növekszik a terhelőáram növekedésével, azaz a gép önmagától felgerjed és labilissá válik. Ez a tulkompenzálás esete. Kritikusan kompenzált a gép, ha a kapocsfeszültsége csak a belső ellenállás miatt esik. A gép alulkompenzált, ha a kapocsfeszültsóge eső jellegű a terhelőáram függvényében. A gép működése ekkor stabil. Az ismertetett beállifásokra érvényes statikus jelleggörbék a 2.35 ábrán láthatók.

2.35 ábra

Az elmondottakból észrevehető, hogy végeredményben egy kétfokozatú erősitőgéppel állunk szemben, amelynél az első fokozat bemenojele az Uv vezérfeszültség, kimenőjele pedig U.

2.36 ábra

Az amplidinnek több vezérlőtekercse van (2.36 ábra). Ezek eredő gerjesztése határozza meg a Φk fluxus értékét. Ha az eredő gerjesztés nulla, feszültség nem indukálódik. Ha a gerjesztőtekercsekben a gerjesztési egyensúly megváltozik, akkor ez a változás az előzőekben ismertetett módon felerősitve jelenik meg a kimenőkörben.

Transzformátorok

Transzformátorok a gyakorlatban

A transzformátorokat a villamos energia feszültségének növelésére vagy csökkentésére használják.

Miért van erre szükség? Annak érdekében, hogy ezt meg értsük, tételezzük fel, hogy a villamos energiát termelő generátör feszültsége U terhelőárama I és az erőmüvet a fogyasztóval összekötő távvezeték ellenállása R. Ezek alapján a generátor teljesítménye U∙I. Ennek I2R része a távvezetéken elvesz, hővé alakul át, nem jut el a fogyasztókhoz. Természetesen szeretnénk ezt a kárba veszett részt minél kissebbre csökkenteni. Az előbbi összefüggés alapján ez a távvezeték ellenálásával, ill. a távvezetéken folyó áram erősségének csökkentésével érhető el.

A távvezeték ellenállásának csökkentése a keresztmetszet növelése utján nagyon költséges a nagykeresztmetszetü vezetékek és a megfelelő tartószerkezetek alkalmazása miatt. Ezért más megoldást kell választanunk. Csökkentenünk kell a távvezetéken folyó áram erősségét, mégpedig úgy, hogy eközben az átvitt villamos teljesitmény ne csökkenjen. Azaz meg kell növelnünk a feszültség értékét, Ez könnyen, egyszerűen megvalósitható transzformátorok segítségével. Villamos energiát csak megfelelően nagy feszültségen lehet gazdaságosan átvinni. Az erőmüvek váltakozóáramu generátorai 10…25 kV-os feszültségét az alaphálózati 110…400 kV-os feszültségre transzformáljuk fel az elmondottak miatt. Az alaphálózati transzformátorok ezt a feszültséget letranszformálják az elosztóhálózati feszültségre (pl. 20 kV-ra ). Az ipari transzformátorok ezt a feszültséget az ipari igényeknek megfelelő kisebb feszültségre transzformálják le.

Transzformátorokkal környezetünkben is találkozunk nap mint nap. Ezek közül emlitünk meg néhányat; rádiókészülékek, lemezjátszók, magnetofonok, erősitőberendezések, diavetítők, akkumulátortöltők stb. hálózati transzformátorai.