El-maskiner : vekselstrøm

248 Pages·1989·100.065 MB·Norwegian

by  Th. P. van Pelt, E. H. Knol

Th. P. van Pelt, E. H. Knol
■— ~~
Oversatt av Odd Hammertoft
AU
EL-maskiner
VEKSELSTRØM
FRA FORLAGET
Ex, 1
Originalens tittel: Elektrische energie-omzetting —
Wisselstroommachines
© 1983 by B.V. Uitgeverij Nijgh & Van Ditmar, The Hague,
The Netherlands.
Norsk utgave:
© NKI Forlaget 1989
1. utgave 1989
Utgiver:
NKI Forlaget, Hans Burums vei 30
Postboks 111,1341 Bekkestua
Tlf.: Sentralbord (02) 12 29 50
Ordrekontor: (02) 12 25 75
Oversettelse: Odd Hammertoft
Omslag: Inger Landsem/Wanda Grimsgaard Loe
Sats/montasje: Brødr. Fossum
Printed in Norway by: Tangen Grafiske Senter
Godkjent til bruk i den videregående skolen av Kirke- og
undervisningsdepartementet for 5 år mai 1989.
«Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven og
fotografiloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med KOPINOR,
interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov
eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes
med bøter eller eller fengsel».
ISBN 82-562-2158-5
Forord
EL-maskiner, vekselstrøm tilhører en serie tekniske fagbøker. Boka dekker
fagplanen i vekselstrømmaskiner for elkraftlinjen ved teknisk fagskole.
Ved siden av den pedagogiske oppbygningen er det grunn til å nevne den
funksjonelle bruken av farger både når det gjelder figurer, og som middel til
å framheve deler av teksten, for eksempel viktige formler.
Serien vil foreløpig inneholde disse titlene:
• EL-lære 1 — likestrøm
• Oppgavesamling til EL-lære 1
• EL-lære 2a — vekselstrøm
• Oppgavesamling til EL-lære 2a
• EL-lære 2b — vekselstrøm
• Oppgavesamling til EL-lære 2b
• EL-maskiner, likestrøm
• EL-maskiner, vekselstrøm
• Kraftelektronikk
Forlaget

Innhold
1 Induksjonsspoler 1
1.1 Innledning 1
1.2 Luftspoler 2
1.3 Spoler med jernkjerne (generelt) 3
1.4 Spoler med jernkjerne uten luftspalte 7
1.5 Spoler med jernkjerne og luftspalte 7
1.6 Bruk av induksjonsspoler 8
1.7 Oppgaver 9
1.8 Sammendrag 10
2 Enfasetransformatorer 12
2.1 Innledning 12
2.2 Magnetfeltet 13
2.3 Transformatorlikningene 14
2.4 Oppgaver 20
2.5 Vektordiagrammene til en transformator 21
2.6 Oppgaver 23
2.7 Tapene i en transformator 23
2.8 Oppgaver 28
2.9 Kortslutningsstørrelsene til en transformator 29
2.10 Oppgaver 34
2.11 Spesialtransformatorer 35
2.12 Oppgaver 40
2.13 Sammendrag 41
Dreiefeltmaskiner 44
3.1 Innledning 44
3.2 Oppgaver 45
3.3 Statorviklingen 45
3.4 Oppgaver 51
3.5 Dreiefeltet 51
3.6 Sammenhengen mellom poltall, frekvens og dreiefeltturtall 58
3.7 Oppgaver 59
3.8 Sammendrag 60
V
4 Synkrone trefasemaskiner — innledning 61
4.1 Den prinsipielle oppbygningen av en synkronmaskin 61
4.2 Magnetiseringssystemer 65
4.3 Oppgaver
68
4.4 Synkrongeneratoren 69
4.5 Oppgaver 72
4.6 Den synkrone trefasemotoren 73
4.7 Oppgaver 75
4.8 Sammendrag 76
5 Asynkrone trefasemotorer — innledning 78
5.1 Prinsipiell oppbygning 78
5.2 Prinsipiell virkemåte 79
5.3 Egenskaper 80
5.4 Sakking 80
5.5 Rotorfasestørrelser 81
5.6 Vektordiagrammene til en asynkronmotor 85
5.7 Forløpet til statorstrømmen og dreiemomentet 87
5.8 Start 88
5.9 Oppgaver 93
5.10 Sammendrag 95
6 Enfasemotorer 97
6.1 Innledning 97
6.2 Enfaseinduksjonsmotorer 97
6.3 Synkrone enfasemotorer 106
6.4 Enfasekommutatormotorer 109
6.5 Sammendrag 113
7
T refasetransformatorer 115
7.1 Prinsipiell oppbygning 115
7.2 Transformatorkoplinger 115
7.3 Klokkeslett 119
7.4 Krafttransformatorer med omkoplbare uttak 119
7.5 Oppgaver 121
7.6 Spenningsendringer i transformatorer 122
7.7 Parallelldrift 125
7.8 Konstruksjonen av transformatorer 128
7.9 Sammendrag 134
8
Synkrongeneratorer 136
8.1 Innledning 136
VI
8.2 Vektordiagrammene til en synkrongenerator 136
8.3 Karakteristikker 140
8.4 Parallelldrift av trefasegeneratorer 143
8.5 Sammendrag 149
9 Synkronmotorer 151
9.1 Innledning 151
9.2 Vektordiagrammene til en synkron trefasemotor 151
9.3 V-kurven til en synkron trefasemotor 154
9.4 Egenskapene til synkrone trefasemotorer 155
9.5 Bruk av synkrone trefasemotorer 156
9.6 Sammendrag 157
10 Asynkrone trefasemotorer 158
10.1 Innledning 158
10.2 Energiomformingen i en asynkronmotor 158
10.3 Sammenhengen mellom luftspalteeffekten og koppertapene i rotoren 160
10.4 Oppgaver 161
10.5 Dreiemomentet 162
10.6 Oppgaver 168
10.7 Rotorkonstruksjonens innvirkning på moment-turtallkurven 170
10.8 Oppgaver 177
10.9 Noen trefasemotorer med spesielle rotorer 177
10.10 Heyland-diagrammet 179
10.11 Sammendrag 185
11 Start og bremsing av asynkrone
trefasemotorer 188
11.1 Startforhold 188
11.2 Valg av startmetode 189
11.3 Startutstyr for kortslutningsmotorer 190
11.4 Startutstyr for sleperingsmotorer 196
11.5 Automatisk startutstyr 198
11.6 Oppgaver 199
11.7 Asynkrongeneratorer 201
11.8 Elektrisk bremsing 202
11.9 Sammendrag 205
Drift med trefasemotorer 207
12.1 Driftsart 207
12.2 Måter å regulere hastigheten på 211
12.3 Endring av poltallet (polomkopling) 212
12.4 Regulering av sakkingen i sleperingsmotorer med rotorresistanser 216
VII
12.5 Oppgaver
218
12.6 Elektronisk regulering
219
12.7 Spesielle maskinanvendelser
223
12.8 Sammendrag
228
13 Eksamensoppgaver 230
Svar på øvingsoppgavene 235
Stikkordregister 239
VIII
1 Induksjonsspoler
1.1 Innledning
Kopler vi en spole til en likespenning, blir strømstyrken i spolen bestemt av
den påtrykte spenningen = U og resistansen i spolen = R. Se figur 1.1.
Ifølge Ohms lov er da I = U / R.
Kopler vi den samme spolen til en vekselspenning, blir strømstyrken bestemt
av den påtrykte spenningen = U og impedansen i spolen = Z. Se figur
1.2. Det vil si at I = U / Z.
Impedansen er sammensatt av resistansen = R og den induktive reaktansen
= XL= co • L = 2ji • f ■ L. Den induktive reaktansen skyldes
selvinduksjonsspenningen som opptrer i et vekslende magnetfelt. Vi kan
beregne impedansen = Z med formelen:
Z = V/?2 + xi (1.1)
I en spole er som regel den induktive reaktansen stor i forhold til resistansen.
Det gjelder særlig ved høye frekvenser. Når vi kopler spolen til
vekselspenning, blir derfor strømmen mye mindre enn når vi kopler den til
en like stor likespenning.
Når den induktive reaktansen = Åj i en spole er stor i forhold til resistansen
= R, kaller vi spolen en induksjonsspole.
1=2,5A J = 0,1A
?--------------1 t>------
R = 40 2
(7=100V— JP = 402 U = 100W\> 7=10002
XL=999 2
1
J*-----------------------
Figur 1.1 Spole koplet til Figur 1.2 Den samme spolen koplet
en likespenning til en vekselspenning
J = U _ 100 V 100 V
2,5 A = 0,1 A
R 40 Q 1000 (2
1
Vi sier også:
Likestrøm slipper mye lettere gjennom en induksjonsspole
enn vekselstrøm.
Vi deler inn induksjonsspolene i:
• Luftspoler
• Spoler med jernkjerne
a uten luftspalte
b med luftspalte
• Regulerbare induksjonsspoler eller transduktorer. De er nå i praksis
helt fortrengt av tyristorer.
1.2 Luftspoler
Fra ellæren vet vi at spenningen over en luftspole er lik
vektorsummen av to spenningskomponenter som ikke lar seg måle hver for
seg, nemlig:
• Den induktive reaktansspenningen = Ux
Denne spenningen er like stor som selvinduksjonsspenningen, men har
motsatt retning. Den ligger 90° foran strømmen. Ux = I • XL = — Ex.
• Resistansspenningen Ur = I R
Denne spenningen er i fase med strømmen.
Spenningslikningen for en luftspole blir derfor:
U (= L/z) = Ux + Ur (1)
eller:
/ “Z - FxL + IR (2)
Figur 1.3 Vektordiagrammet til en luftspole
2