Fö 4 - TMEI01 Elkraftteknik Trefastransformatorn Introduktion till Likströmsmaskinen

Relevanta dokument
Fö 4 - TMEI01 Elkraftteknik Trefastransformatorn Introduktion till Likströmsmaskinen

Fö 7 - TSFS11 Energitekniska system Likströmsmaskinen

Fö 5 - TSFS11 Energitekniska system Trefastransformatorn Elektrisk kraftöverföring

Fö 5 - TMEI01 Elkraftteknik Likströmsmaskinen

Fö 4 - TSFS11 Energitekniska system Enfastransformatorn

Fö 4 - TSFS11 Energitekniska system Enfastransformatorn

Fö 6 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen

Fö 3 - TMEI01 Elkraftteknik Enfastransformatorn

Fö 1 - TMEI01 Elkraftteknik Trefassystemet

a) Beräkna spänningen i mottagaränden om effektuttaget ökar 50% vid oförändrad effektfaktor.

TSFS11 - Energitekniska system Kompletterande lektionsuppgifter

Några övningar som kan vara bra att börja med

LNB727, Transformatorn. Jimmy Ehnberg, Examinator Avd. för Elkraftteknik Inst. för Elektroteknik

Tentamen i Elkraftteknik för Y

Tentamen i Elkraftteknik 3p

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Transformatorns princip. Transformatorns arbetssätt. Styrteknik ETB Transformatorn

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

Elenergiteknik. Laborationshandledning Laboration 1: Trefassystemet och Trefastransformatorn

Fö 1 - TMEI01 Elkraftteknik Trefassystemet

Tentamen (TEN1) TMEI01 Elkraftteknik

Trefastransformatorn

Laborationsrapport. Elkraftteknik 2 ver 2.4. Mätningar på 3-fas krafttransformator. Laborationens namn. Kommentarer. Utförd den. Godkänd den.

Enfastransformatorn. Ellära 2 Laboration 5. Laboration Elkraft UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Dan Weinehall/Per Hallberg

Fö 3 - TSFS11 Energitekniska system Trefassystemet

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 7 - Synkronmaskinen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Elektriska drivsystem Föreläsning 2 - Transformatorer

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Fö 7 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Lösningsförslag/facit Tentamen. TSFS04 Elektriska drivsystem 19 aug, 2011, kl

Trefastransformatorn

Fö 3 - TSFS11 Energitekniska system Trefassystemet

Fö 1 - TMEI01 Elkraftteknik Trefassystemet

Tentamen på del 1 i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 4 - Grundläggande principer för elmaskiner

Laborationsrapport. Kurs Elkraftteknik. Lab nr 3 vers 3.0. Laborationens namn Likströmsmotorn. Kommentarer. Utförd den. Godkänd den.

5. Kretsmodell för likströmsmaskinen som även inkluderar lindningen resistans RA.

Självstudieuppgifter om effekt i tre faser

Tentamen på elläradelen i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

EJ1200 ELEFFEKTSYSTEM. ENTR: En- och trefastransformatorn

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Fö 7 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen & Synkronmaskinen

FORDONSSYSTEM/ISY LABORATION 1. Trefastransformatorn. (Ifylls med kulspetspenna ) LABORANT: PERSONNR: DATUM: GODKÄND: (Assistentsign)

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 5 - Likströmsmaskinen

Elektriska drivsystem Föreläsning 10 - Styrning av induktions/asynkorn-motorn

Asynkronmotorn. Industriell Elektroteknik och Automation

Laborationsrapport. Kurs Elinstallation, begränsad behörighet ET1013. Lab nr 4 ver 1.5. Laborationens namn Trefas växelström. Kommentarer.

Tentamen del 1 Elinstallation, begränsad behörighet ET

Sedan tidigare P S. Komplex effekt. kan delas upp i Re och Im. Skenbar effekt är beloppet av komplex effekt. bestämmer hur hög strömmen blir

Elektromekaniska energiomvandlare, speciellt likströmsmaskinen (relevanta delar av kap 7)

Teori: kap 2 i ELKRAFT. Alla uppkopplingar görs med avslagen huvudbrytare på spänningskuben!!!!

Lösningsförslag/facit till Tentamen. TSFS04 Elektriska drivsystem 11 mars, 2013, kl

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 2 - Trefassystem och transformatorn

Alla uppkopplingar görs med avslagen huvudbrytare på spänningskuben!!!!

Asynkronmotorn. Den vanligaste motorn i industrin Alla effektklasser, från watt till megawatt Typiska användningsområden

Tentamen den 9 januari 2002 Elkraftteknik och kraftelektronik TEL202

4 Elektriska maskiner och kraftelektronik

Tentamen på del 1 i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Fö 8 - TSFS11 Energitekniska System Asynkronmaskinen

Laborationer Växelström trefas

Lösningsförslag/facit till Tentamen. TSFS04 Elektriska drivsystem 5 mars, 2012, kl

Elektriska Drivsystem Laboration 3 Likriktarkopplingar. Likriktare uppbyggda av dioder och tyristorer. Teori: Alfredsson, Elkraft, Kap 5

Permanentmagnetiserad synkronmotor. Industriell Elektroteknik och Automation

Tentamen på elläradelen i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

4. Elektromagnetisk svängningskrets

ELMASKINLÄRA ÖVNINGSUPPGIFTER

Elektromagnetism. Kapitel , 18.4 (fram till ex 18.8)

Trefassystemet. Industrial Electrical Engineering and Automation

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 9 - Induktions/Asynkron-maskinen

Övningsuppgifter Elmaskiner-Drivsystem

Motorprincipen. William Sandqvist

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

Strömförsörjning. Transformatorns arbetssätt

Tentamen (TEN1) TSFS11 Energitekniska system

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-6)

Laboration 2: Konstruktion av asynkronmotor

Synkrongeneratorn och trefas

Växelström och reaktans

Synkronmaskinen. Laboration Elmaskiner 1. Personalia: Godkänd: UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Dan Weinehall.

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

LABORATION 2. Likströmsmaskinen och trefas kraftöverföring

Synkrongeneratorn och trefas

Linköpings tekniska högskola, ISY, Fordonssystem. Lektionskompendium Elektriska drivsystem TSFS04

Tentamen ellära 92FY21 och 27

X-tenta ET Figur 1. Blockschema för modell av det nordiska kraftsystemets frekvensdynamik utan reglering.

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Tentamen den 22 mars 2003 Elkraftteknik och kraftelektronik TEL202

Lektion Elkraft: Dagens innehåll

Lektion 1: Automation. 5MT001: Lektion 1 p. 1

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

Asynkronmotorn. Asynkronmotorn. Den vanligaste motorn i industrin Alla effektklasser, från watt till megawatt Typiska användningsområden

Extralab fo r basterminen: Elektriska kretsar

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

lindningarna som uppsida (högspänningssida) resp. nedsida N 1 varv medan den sekundära lindningen har N 2

Transkript:

Fö 4 - TMEI01 Elkraftteknik Trefastransformatorn Introduktion till Likströmsmaskinen Per Öberg 21 januari 2015

Outline 1 Trefastransformatorn Distributionsnätet Uppbyggnad Kopplingsarter Ekvivalent Kretsschema Beräkningsexempel 2 Likströmsmaskinen Introduktion Ekvivalent Kretsschema Separat, Shunt, Serie och Kompound kopplingar Startström och Startpådrag Beräkningsexempel

Distributionsnätet

Trefastransformatorn: Uppbyggnad Alt 1: Använd tre st. likadana enfastransformatorer -> Mindre vanligt -> Lägre effektivitet än alternativet Alt 2: Gemensam järnkärna för hela transformatorn, en s.k. trefastransformator -> Summan av magnetflödena är alltid noll vid symmetrisk trefas. Därför behövs ingen magnetisk återledare. -> Det räcker alltså med en trebent transformator, dvs ett ben för varje fas.

Uppbyggnad, forts. r R R S T s S r s t t T Figur: Uppbyggnad av trefas krafttransformator och dess schemasymbol vid Y-koppling. De tre faserna R, S och T har en uppsänningslidning och en nedspänningslindning på varje ben.

Kopplingsarter Lindnignarna på en trefastransformator brukar Y-kopplas, D-kopplas eller Z-kopplas. IL A=R B=S C=T N U F Y-koppling U H A=R I L I F B=S C=T D-koppling I A=R L B=S C=T N U F 3 Z-koppling Magnetfältet från en D-kopplad lindning blir 3 ggr. större än vid Y-kopplad lindning. -> Spänningen på nedsidan blir 3 ggr. större för D-kopplad lindning än för Y-kopplad lindning på uppsidan. De två lindningsdelarna i Z-kopplingen är två hälfter av en lindningsfläta kopplade så att spänningarna blir motkopplade och fasförskjutna 60. -> Mindre vanligt U F 3

Kopplingsarter, forts. Transformatorkopplingar betecknas enligt Uppspänningslindning Y-koppling Y y D-koppling D d Z-koppling Z z Nedspänningslindning Fasläget för en trefaslindning uttrycks enligt klockmetoden Ex: YNd5 betyder att uppspänningssidan är Y-kopplad med nollluttag och nedspänningssidan D-kopplad samt 150 efter uppsidans spänning.

Ekvivalent Kretsschema Ofta försummas tomgångsförlusterna vid utritning av trefastransformatorns kretsschema. Räkningarna görs enklast under antagandet att transformatorn består av tre st Y-kopplade enfastransformatorer. -> Förutsätter balanserad last. I 1 I 2 R 2 jx 2 U 1 3 U 20 3 U 2 3 Z B N 1 N 2 Figur: Ekvivalent per Y-fas schema för trefastransformator. Notera att U 1 här representerar huvudspänningen på primärsidan, inte fasspänning nummer 1.

Beräkningsexempel 2.14 Rita ekvivalent per fas schema I 1 I 2 R 2 jx 2 U 1 3 U 20 3 U 2 3 Z B N 1 N 2

Beräkningsexempel 2.14 a) Sökt: I 1M och I 2M Givet: S M = 50 kva, U 1M = 10 kv, U 2M = 0, 4 kv Lösning: Använd definitionen av trefaseffekt för upp-sidan och ned-sidan S M = 3 U 1M I 1M = 3 U 2M I 2M = { I1M = 50 10 3 = = 2, 9 A 3 10 4 50 10 I 2M = 3 = 72, 2 A 3 4 10 2 b) Sökt: R 1K och R 2K, dvs kortslutningsresistansen sett från primär och sekundärsidan. Givet: P FBM = 870 W Lösning: Effekten i varje gren är en tredjedel så vi har att P FBM = 3 R 1K I1M 2 = 3 R 2K I2M 2 = 870 R 1K = 3 2,9 = 34, 8 Ω = 2 870 R 2K = 3 72,2 = 55, 2 mω = R 2 1K ( U2M U 1M ) 2

Beräkningsexempel 2.14 c) Sökt: X 1K och X 2K, dvs kortslutningsreaktans sett från primär och sekundärsidan. Givet: P FBM = 870 W, u Z = 3, 4%. Här är u Z det procentuella impedansspänningsfallet vid märkström. Lösning: Procentuella spänningsfallet är spänningsfallet över Z 1K eller Z 2K vid märkström på resp. sida. Z 1 I 1K I 2K R 2 jx 2 U 1K 3 = Z 1K I 1K (1) U 1K 3 U Z1 3 U Z2 3 U 1K = uz 100 U 1M = 3, 4 100 104 = 340 V (2) Z 1K = R 2 1K + X 2 (3) 1K X 2K = X 1K ( U2M U 1M ) 2 (4) (1)&(2) = Z 1K = N 1 N 2 U 1K 340 = = 68 Ω 3 I1K 3 2, 9 (3) = X 1K = 58, 4 Ω ( ) 2 400 (4) = X 2K = 58, 4 10 4 = 93, 5 mω

Beräkningsexempel 2.14 d) Sökt: U 2, spänningen över lasten Givet: U 1 = U 1M U 20 = U 2M, Märkbelastning I 2 = I 2M, cos ϕ 2 Lösning: Rita figur och sätt ut kända och okända storheter. Använd spänningsfallsformeln I1 I 2 R 2 jx 2 U 1M 3 U 20 3 U 2 3 Z B cos ϕ 2 ind. N 1 N 2 U 20 3 U 2 3 + I 2 (R 2K cos ϕ 2 + X 2K sin ϕ 2 ) = 400 3 U 2 3 + 72, 2 ( 55, 2 10 3 0, 8 + 93, 5 10 3 0, 6 ) = U 2 387, 4 V

Beräkningsexempel 2.14 e) Sökt: η, för märkbelastningsfallet Givet: U 2, I 2M, cos ϕ 2, P F 0, P FBM Lösning: Räkna ut P 2M för driftsfallet och använd formeln för effektivitet P 2M = 3 U 2 I 2M cos ϕ 2 = 3 387, 4 72, 2 0, 8 = 38742 W η = P 2M 38742 = P 2M + P F 0 + P FBM 38742 + 135 + 870 = 97, 5 % Notera: P 2M beror både på belastningsgrad x (via U 2 ) och effektfaktor cos ϕ 2. Detta syns inte explicit i formeln i boken x P 2M η = x P 2M + P F 0 + x 2 P FKM Formeln borde allstå egentligen förtydligas med P 2M (x, cos ϕ 2 ).

Beräkningsexempel 2.14 f) Sökt: Belastningsgraden för max verkningsgrad Givet: P F 0, P FBM Lösning: Försumma P 2M s beroende på belastningsgrad och ställ upp verkningsgraden som funktion av belastnignsgrad. x P 2M η(x) = x P 2M + P F 0 + x 2 P FKM = f (x) g(x) η (x) = f (x) g(x) f (x) g (x) g(x) 2 = ) P 2M (x P 2M + P F 0 + x 2 P FBM x P FBM (P 2M + 2 x P FBM ) g(x) 2 = x P 2 2M + P 2M P F 0 + x 2 P 2M P FBM x P 2 2M 2 x2 P 2M P FBM g(x) 2 = ) P 2M P F 0 x 2 P 2M P P 2M (P F 0 x 2 P FBM FBM g(x) 2 = g(x) ) 2 η (x) =0 = (P F 0 x 2 P FBM = 0 = x ηmax = PF 0 P FBM

Beräkningsexempel 2.14 g) Sökt: I K1 om transformatorn kortsluts trefasigt på sekundärsidan (obs skillnad I 1K I K1 ) Givet: U 1 = U 1M, Z 1Tot = Z 1K Lösning: Använd ohms lag på den kortslutna kretsen I K1 = U 1M 3 Z1K = 104 3 68 = 85 A

Likströmsmaskinen: Introduktion Fält B S Ankarström N B F N B S F F = l J B Illustration av DC-motor, Wikimedia Commons

Introduktion, forts. En likströmsmaskin kan arbeta både som motor och generator. Högt startmoment, snabb acceleration, enkel att styra För en likströmsmaskin är ankare och rotor samma sak. (Ankarlindningen är alltid den som är AC ström i) Stator Rotor Kommutator Ankarström Figur: Benämningar för de olika delarna i en DC-motor

ω = ω 0 Fältström, I f,eff Huvudflöde och Ankarflöde Flödet från statorlindningen, eller fältlindningen, kallas huvudflöde -> Huvudflödet bestäms i princip av magnetiseringsströmmen I m Typisk Magnetiseringskurva för DC motorer Ankar emk, E 0 Flödet genom maskinen kallas Φ och vi har alltså i princip Φ(I m ) = f (I m ) = / för det linjära området / k I m Φ ger upphov till en varvtalsberoende elektromotorisk kraft i ankarkretsen enligt E = k 1 n Φ

Huvudflöde och Ankarflöde Ankarströmmen ger upphov till ett tvärs-riktat ankarflöde som påverkar storleken på huvudflödet för stora ankarströmmar. Figur: Skiss av distorsion av huvudflöde p.g.a. ankarflöde. När ankarflödet ökar p.g.a. ökad belastning så distorderas fältet allt mer. Detta leder till magnetisk mättning i de delar som utsätts för störst flöden och därmed fältförsvagning.

Ekvivalent Kretsschema Magnetiseringsström Lindningsresistans Lindningsresistans Ankarström R I a a I m Fältlindning Mot-EMK U m E U a R m Ankarspänning Fältlindningsspänning Figur: Ekvivalent kretsschema för DC-maskin samt benämningar på de olika komponenterna. Magnetiseringsstorheterna kallas ibland för fältstorheter, dvs I f, U f, R f o.s.v.

Elektriska och Magnetiska Samband Kirchoffs spänningslag ger oss U a R a I a E = 0 Den varvtalsberoende elektromotoriska kraften är E = k 1 Φ n = k 2 Φ ω Strömmen i magnetiseringslidningen blir I m = U m R m Magnetfältet för det linjära området är Φ = k I m

Separat, Shunt, Serie och Kompound kopplingar Figur: Olika kopplingsvarianter för lindningarna hos en DC-maskin. Den separatmagnetiserade har samma driftsegenskaper som en permanentmagnetiserad eftersom strömmen som genererar huvudflödet är helt frikopplad från ankarkretsen.

Startström och Startpådrag Eftersom E = k 1 Φ n = 0 vid start så blir starströmmen hög för alla likströmsmaskiner. Startströmmen blir speciellt hög för den seriekopplade varianten eftersom de är designade med lägre lindningsresistanser. Lösningen är att koppla på ett s.k. startpådrag som begränsar strömmen i startögonblicket. Startpådraget kopplas ur så snart motorn fått upp farten.

Beräkningsexempel 3.1, startpådrag Sökt: Storleken på pådragsmotståndet R p som ger I a,start 2 I a,drift Givet: U a = 220 V, R a = 2 Ω, I a,drift = 10 A Lösning: Rita figur och ställ upp strömsambandet för ankarkretsen. Ia Ra = 2 Ω Rm E Ua = 220 V Rp Pådragsmotstånd U a R a I a E R p I a = 0 I a,start 2 I a,drift = 20 Vid start är E = k 1 Φ n = 0 och därmed så gäller I a,start = U a R a + R p 20 R a + R p 220 20 R p 9 Ω