Laboratorija iz električnih mašina

Транскрипт

1 Laboratorija iz električnih mašina 2. predavanje: Natpisna pločica električnih mašina prema školskoj godini 2017/18

2 Natpisna pločica električne mašine Na natpisnoj pločici stoje osnovni podaci o mašini o nazivnom (nominalnom) režimu rada Svaki podatak je za nešto važan; nema nevažnih podataka Nominalni iznos svake od veličina sa natpisne pločice treba shvatiti kao najveću vrednost koja se može imati u trajnom radu Nominalne veličine su karakteristike mašine, odnosno osobine njenih vitalnih delova Dajući neku nazivnu veličinu, proizvođač garantuje da je mašina u trajnom radu može podneti bez oštećenja

3 Natpisna pločica Mesto postavljanja: na kućištu mašine

4 Podaci na natpisnoj pločici primer asinhroni motor Naziv proizvođača Oznaka proizvođača (tipska oznaka) Fabrički/identifikacioni broj Nominalni napon Nominalna struja Nominalna snaga Nominalna brzina obrtanja Nominalna frekvencija Nominalni faktor snage Termička klasa izolacije IP oznaka - stepen zaštite IM oznaka način montaže S oznaka predviđeni režim rada (vrsta pogona) i drugi...

5 Tipska oznaka Svaki motor označen je tipskom oznakom koja daje osnovne podatke o motoru u pogledu električne i mehaničke izvedbe Tipska oznaka sastoji se iz skupa slova i brojki čije je značenje određeno internim fabričkim standardom (te se stoga za njihovo značenje mora konsultovati fabričko uputstvo)

6 Tipska oznaka - primer

7 Tipska oznaka osna visina/ugradne mere - Tipska oznaka uvek sadrži podatak o osnoj visini mašine, jer ona gotovo da određuje sve ostale gabaritne i ugradne mere/dimenzije mašine, koje su bitne za njenu zamenu

8 Tipska oznaka - primer

9 Nominalni napon Najviši napon koji se može dovesti i trajno zadržati između krajeva namotaja, a da pri tome ne dođe do proboja ili ubrzane degradacije električne izolacije Kod mašina za naizmeničnu struju odnosi se na efektivnu vrednost napona

10 Nominalni napon Odnosi se na dozvoljeni napon između priključaka/stezaljki mašine (tzv. dovedeni napon) Ukoliko je mašina naizmenična, trofazna, treba obratiti pažnju na spregu namotaja (zvezda ili trougao). Za spregu zvezda nominalni napon je ~1.73 ( 3) puta veći u odnosu na nominalni napon namotaja u sprezi trougao (zato je za spregu Y nominalni napon 400 V, a za spregu D istog motora 230 V, vidi tablicu sa prethodnog slajda) Nominalni napon faze (faznog namotaja) jednak je nominalnom naponu naznačenom na natpisnoj pločici, ukoliko je sprega namotaja trougao, a ~1.73 puta manji ukoliko je sprega namotaja zvezda

11 Nominalni napon Električna izolacija razdvaja provodnik od zidova žleba u koji je provodnik položen Električna izolacija razdvaja posmatrani provodnik od drugih provodnika Gubitak izolacije dovodi do kratkog spoja između pojedinih provodnika, između namotaja, kao i kratkog spoja između namotaja i magnetskog kola ili kućišta mašine. Svaki od pomenutih incidenata dovodi do prekida rada i oštećenja mašine, i što je bitnije do ugrožavanja bezbednosti rukovaoca mašinom

12 Nominalni napon Električno polje koje postoji u izolaciji proporcionalno je naponu napajanja Karakteristika izolacije namotaja je nominalni napon Un (nalazi se na natpisnoj pločici), kao i probojni napon Umax (ne nalazi se na natpisnoj pločici). Treba razlikovati nominalni napon od probojnog, jer se ne odnose na iste karakteristike mašine. Probojni napon dovodi do momentalnog oštećenja izolacije. Jačina električnog polja u kritičnim delovima izolacionog materijala prevazilazi dielektričnu čvrstoću i dovodi do razaranja izolacije. Proboj se manifestuje kao kratak spoj između dva provodnika, krajeva namotaja ili kratak spoj između namotaja i uzemljenih delova od kojih je mašina načinenja.

13 Nominalni napon Nominalni napon je manji od probojnog Dovođenje napona koji je veći od nominalnog, ali manji od probojnog ne dovodi nužno do proboja Uvećana jačina električnog polja koja se uspostavlja pri naponima većim od nominalnog dovodi do ubrzane degradacije karakteristika izolacionog materijala, odnosno do starenja izolacije Ako se napon mašine zadržava u granicama nominalnog, očekivani životni vek izolacije prevazilazi dvadeset godina Smatra se da uvećanje napona iznad nominalnog za 8% (1,08 Un) može prepoloviti životni vek izolacije

14 Nominalna struja Najveća jačina struje kroz priključke namotaja koja se može imati u trajnom radu, a da pri tome nema oštećenja, kvarova niti skraćenja očekivanog životnog veka mašine Kod mašina za naizmeničnu struju, nominalna struja se odnosi na efektivnu vrednost struje u namotajima Nominalna struja se odnosi na jačinu struje kroz priključke namotaja (ne kroz same fazne namotaje; obratiti pažnju na spregu kod višefaznih naizmeničnih mašina)

15 Nominalna struja Struja u namotajima mašine stvara Džulove gubitke proporcionalne kvadratu struje. Toplota stvorena ovim gubicima uvećava temperaturu mašine. Povećanje temperaturne razlike između površine (hlađenja) električne mašine i okoline dovodi do većeg odavanja toplote konvekcijom, zračenjem i kondukcijom. Ravnotežno stanje se uspostavlja kada temperatura mašine poraste toliko da se odata toplota izjednačava sa ukupnim gubicima u mašini. Što su gubici u mašini veći, veća je i temperatura koja se dostiže u ustaljenom stanju Pojedini delovi i materijali električne mašine mogu biti oštećeni ukoliko se temperatura poveća preko kritične granice

16 Nominalna struja Električna izolacija je načinjena od papira, staklenih vlakana, laka ili drugih materijala Ona razdvaja bakarne provodnike koji čine namotaje mašine od metalnih, provodnih delova mašine, kao i od drugih provodnika, i tako sprečava da navojci i namotaji dođu u kratak spoj Izolacija može biti oštećena ukoliko temperatura pređe maksimalno dozvoljenu vrednost za dati izolacioni materijal. U vezi sa tim na natpisnoj pločici se naznačava klasa izolacije mašine. Npr. granična temperatura iznad koje dolazi do oštećenja izolacije u termičkoj klasi A je C, dok je granična temperatura za izolaciju u termičkoj klasi F jednaka C.

17 Nominalna struja Kada u mašini postoji nominalna struja In, gubici čine da se mašina zagreva tako da temperatura dostiže graničnu vrednost ali je ne prelazi. Ako bi u trajnom radu postojala struja veća od nominalne, došlo bi do prekoračenja granične temperature (u stacionarnom stanju), do oštećenja izolacije namotaja ili drugih vitalnih delova mašine čija je radna temperatura ograničena (npr. do oštećenja stalnih magneta i feromagnetnih delova sinhronih mašina sa permanentnim magnetima; ili neki mašinski delovi mašine među kojima su vratilo i kotrljajući ležajevi) Nominalna struja In je najveća jačina struje koja se može imati u trajnom radu, a da pri tome nema oštećenja, kvarova niti skraćenja očekivanog životnog veka mašine

18 Termičke klase izolacije Na slici su navedena dopuštena zagrevanja namotaja elektromotora prema IEC propisima ( ), merena porastom otpora, za pojedine termičke klase izolacije, uz podrazumevanu temperaturu rashladnog vazduha od 40 0 C.

19 Nominalna snaga Najveća snaga na izlazu mašine u trajnom radu, a da ne dolazi do preopterećenja mašine u termičkom pogledu (vezano za termičku klasu izolacije) Ukoliko se posmatra motor, to je najveća mehanička snaga kojom se dati motor može opteretiti na vratilu u trajnom radu (ili predviđenom S režimu rada), a da ne dođe do pregrevanja, smanjenja životnog veka ili oštećenja mašine Ukoliko se razmatra generator, to je najveća električna snaga kojim se dati generator može opteretiti na električnim izlaznim priključcima, a da ne dođe do pregrevanja, smanjenja životnog veka ili oštećenja mašine. Za mašine za naizmeničnu struju, daje se podatak o nominalnoj prividnoj snazi Za transformator to je dozvoljena snaga opterećenja na priključcima sekundarnog namotaja (prividna snaga)

20 Nominalna snaga Primer. Asinhroni motor. Nominalna električna snaga je veća u odnosu na datu nominalnu mehaničku snagu sa natpisne pločice. Sprega : = 3 = = ,3 0,76 = 1000 > 750 Sprega Y: = 3 = = ,9 0,76 = 1000 > 750 Gubici i stepen korisnog dejstva: = = = 250 W 750 η = = = 0, Na natpisnoj pločici se uvek naznačava nominalna izlazna snaga; odnosno dati podatak se odnosi na izlaznu snagu: kod motora, to je nominalna mehanička snaga kojom se trajno sme opteretiti na vratilu, dok je kod generatora to nominalna električna snaga kojom se trajno sme opteretiti na izlaznim električnim priključcima

21 Nominalna brzina Nominalna brzina je ona pri kojoj se u namotajima nominalno pobuđene mašine indukuje elektromotorna sila jednaka nominalnom naponu - kod mašina za jednosmernu struju i sinhronih mašina Nominalna brzina je ona koju ostvaruje mašina kada je nominalno napajana pri nominalnom opterećenju (nom. snazi opterećenja) kod asinhronih motora

22 Stepen mehaničke zaštite IP oznaka Stepen mehaničke zaštite određen je IP oznakom na natpisnoj pločici mašine (IP = international protection) i dva karakteristična broja To je stepen zaštite osoba (rukovaoca mašinom) od dodira delova pod naponom i od stupanja u kontakt sa pokretnim delovima unutar kućišta, od prodiranja stranih tela i prašine, i zaštita mašine od štetnih efekata usled prodiranja vode. IP oznaku prate 2 cifre (po IEC standardu ) Prva cifra označava stepen zaštite od prodora čvrstih tela (prašine), dok druga cifra označava stepen zaštite od prodora tečnosti. Cifre se kreću od 0 do 6. Npr.: IP 00: ne postoji zaštita od stranih tela IP 2X: kućište koje se zahteva u javnim instalacijama (sprečen prodor čvrstih tela većih od 12 mm, ne može se gurnuti prst u kućište ) IP 44: najčešće u industriji; sprečava se prodiranje čestica većih od 1 mm i zaštita od prskajuće vode sa svih strana (u novije vreme češće je IP 55) IP 20: najčešće stepen zaštite za razvodne ormane

23 Stepen mehaničke zaštite IP oznaka

24 Režim rada (vrsta pogona) S oznaka Predviđen režim rada, odnosno vrsta pogona za koju je namenjena data mašina, naznačena je na natpisnoj pločici prema IEC standardu oznakama S1...S10 U nedostatku naznačenog režima rada (S oznake), pretpostavlja se da je predviđen kontinualan rad (S1) S1 označava rad sa konstantnim opterećenjem dovoljnog trajanja da se dostigne termalna ravnoteža (konstantna temperatura), odnosno trajni pogon sa konstantnim opterećenjem

25 Režim rada (vrsta pogona) S oznaka S2 kratkotrajno opterećenje vreme rada pod opterećenjem je kraće od potrebnog da se dostigne termička ravnoteža, i prate ga intervali u kojima je mašina rasterećena dovoljnog trajanja da motor opet dostigne temperaturu ambijenta (ili rashladnog tela). 10, 30, 60 i 90 minuta su preporučeni intervali trajanja ciklusa sa opterećenjem. Npr. oznaka S2 60 min.

26 Režim rada (vrsta pogona) S oznaka S3 intermitentni rad sekvenca identičnih ciklusa opterećenja, koji uključuju intervale rada sa konstantnim opterećenjem, i intervale u kojima je mašina rasterećena (ili odspojena od napajanja). Intervali rada pod opterećenjem su suviše krataki da se dostigne termička ravnoteža. Polazna struja nema značajan efekat na temperaturni porast. Standardne vrednosti ispune ciklusa opterećenjem su 15, 25, 40 i 60%. Vreme trajanja jednog ciklusa je 10 min. Primer oznake je S3 25%.

27 Režim rada (vrsta pogona) S oznaka

28 Način montaže (izvedbeni oblici) IM oznaka IM oznaka identifikuje predviđeni način motaže mašine, odnosno izvedbene oblike mašine. Pri predviđenoj montaži mašine, na mehaničke delove (pre svega ležajeve) deluju mehaničke sile u predviđenom smeru i iznosu. Od IM oznake zavise ležajevi kod mašina (nejednaka opterećenja usled položaja) pa stoga ta oznaka mora da se naglasi IM oznaku prate 2 (prema DIN standardu) ili 4 cifre (prema IEC standardu) koje ukazuju kako se mašina mehanički pričvršćuje za okolinu (podlogu) Generalno, postoje dva načina montaže: sa sopstvenim stopalima i prirubnička montaža sa mnogo podvarijanti jedne i druge

29 Način montaže (izvedbeni oblici) IM oznaka

30 Način montaže (izvedbeni oblici) IM oznaka

31 Primer: Mašina jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom Nazivna snaga: Pn = 12,5 kw Nazivna brzina: nn = 1500 o/min Nazivni napon (armature): Uan = 495 V Nazivna struja (armature): Ian = 29,9 A Nazivni napon pobude: Upn = 300 V Nazivna struja pobude: Ipn = 2,18 A Režim rada: S1 (kontinualan rad) Termička klasa izolacije: F (porast temp C, max. doz. temp C) Stepen zaštite: IP 23 (zaštita od objekata većih od 12 mm u prečniku i od kapajuće vode) Način montaže: IM 1001 (sa stopalima, horizontalan položaj, IM B3)

32 Primer: Sinhrona mašina sa namotanim rotorom Nazivna snaga (prividna): Sn = 1286 kva Nazivna snaga (aktivna): Pn = 900 kw Nazivni faktor snage: PF = 0,7 Nazivna brzina: nn = 1800 o/min Nazivni napon (statora): Un = 600 V Nazivna frekvencija: fn = 60 Hz Nazivna struja (statora): In = 1237 A Nazivni napon rotora, pobude: Upn = 55 V Nazivna struja rotora, pobude: Ipn = 2,2 A Termička klasa izolacije: H (porast temp C, max. doz. temp C)

33 Primer: Asinhroni motor (kavezni). Nazivna snaga: Pn = 30,0 HP = 22 kw (1 HP = 0,735 kw) Nazivni napon: Un = 460 V Nazivna struja: In = 35,0 A Nazivna frekvencija: fn = 60 Hz Nazivna brzina: nn = 1765 o/min Nazivni stepen korisnosti: 93% Režim rada: S1 (CONT.) Termička klasa izolacije: F (porast temp C, max. doz. temp C) Servisni faktor 1.15 (motor može biti u konstantnom preopterećenju u iznosu 15% nominalnog) Momentna karakteristika B prema NEMA standardu

34 Primer: Asinhroni motor, priključna kutija, povezivanje namotaja statora

35 Zadatak 1. vežbe Određivanje (tačno, vrlo približno, orijentaciono, već prema raspoloživim podacima) na osnovu natpisne pločice nominalnih vrednosti za: Prividnu snagu (VA,) Sn Ulaznu snagu (W, meh., el.) Pul, Pin, P1 Obrtni moment (Nm) M, T Sinhronu brzinu (o/min, rad/s) n, Ω (ω) i broj pari polova 2p (p) Frekvenciju (Hz) u induktu, statoru, rotoru, ulaz, izlaz, primar, sekundar f Klizanje, apsoultno (o/min) ili relativno (%) s Snagu obrtnog polja i klizanja (W) Pob, Ps Stepen iskorišćenja (korisnost, stepen korisnog dejstva, rel. %) η Gubici (W) Pg Električnu snagu statora ili primara (VA ili W) Električnu snagu rotora ili sekundara (VA ili W) Snagu pobuđivanja (var) Q, Pp Reaktivnu (jalovu) snagu (var) Q; da li mašina uzima ili odaje; reaktivnu komponente struje (A) Iq Parametara ekvivalentne šeme I drugih podataka...

36 Za vežbanje - slično pitanje se može očekivati na ispitu - Na osnovu date natpisne pločice dati odgovore na sledeća pitanja: O kojoj vrsti mašine je reč (mašina jednosmerne struje ili naizmenična asinhrona ili sinhrona; ako je jednosmerna da li je sa nezavisnom, rednom ili paralelnom pobudom; ako je asinhrona da li je sa kaveznim ili klizno-kolutnim rotorom; ako je sinhrona da li je sa namotanim rotorom ili sa stalnim magnetima) Da li je data mašina predviđena da radi kao motor ili generator Koliko iznosi nazivni napon, struja, snaga (aktivna, reaktivna, prividna ako je nazimenična mašina), moment, stepen korisnog dejstva, gubici, frekvencija (naizmenične mašine), faktor snage (naizmenične mašine), klizanje (asinhrone mašine) itd. Kojoj klasi izolacije mašina pripada i šta to znači Koji stepen zaštite poseduje mašina, protumačite Za koji način montaže je predviđena mašina, protumačite Za koju vrstu pogona je predviđena mašina, protumačite Šta još dodatno možete da zaključite na osnovu date natpisne pločice

37 Za vežbanje - slično pitanje se može očekivati na ispitu - Napomena: ovde su date dve vrednosti brzine (1150 ob/min i 2000 ob/min), koje odgovaraju dvema različitim vrednostima struje pobude (6,20 A i 2,65 A). Ovde se treba prisetiti upravljanja brzinom motora jednosmerne struje, gde znamo da se veća brzina obrtanja iznad nominalne postiže smanjenjem struje pobude uz konstantan, nominalan napon armature. Stoga date podatke o brzini i struji pobude treba tumačiti na sledeći način: Kada se pobuda motora priključi na nazivni napon 240 V, odnosno kada se struja pobude podesi na nominalnu vrednost 6,3 A, i kada se armatura motora dovede pod napon 550 V, a vratilo optereti snagom 150 HP (110 kw), motor će vući nominalnu struju 217 A, a vratilo će se obrtati nominalnom brzinom 1150 ob/min. Pri istom opterećenju, ako se struja pobude smanji na vrednost 2,65 A, rotor će se obrtati sa (max. dozvoljenom) brzinom 2000 ob/min.

38 Za vežbanje - slično pitanje se može očekivati na ispitu -

39 Za vežbanje - slično pitanje se može očekivati na ispitu - Napomena: ovde je dato četiri reda nazivnih podataka (napon, frekvencija, struja, snaga, faktor snage, stepen iskorišćenja, brzina, i klasa efikasnosti IE-CL). Prva dva reda se odnose na slučaj kada se dati motor povezuje na predviđenu mrežu učestanosti 50 Hz; prvi red kada je motor spregnut u trougao Δ, drugi red su podaci za slučaj sprege zvezda Y Treći i četvrti red sadrže podatke mašine za slučaj napajanja mrežom učestanosti 60 Hz. Treći red se odnosi na ekvivalentnu snagu mašine pri 60 Hz za isto iskorišćenje mašine kao kada je napajana sa 50 Hz. Četvrti red se odnosi na nominalnu snagu mašine prema IEC standardu, kada je napajana mrežom učestanosti 60 Hz.