1 Inngangur og yfirlit yfir rafmagnsvélar Introduction to rotating machines
2 Grunnhugtök og meginþættir Klassískar gerðir véla Riðstraumsvélar Samfasavél (synchronous machine) Spanvél (induction machine Jafnstramsvél (DC-machine) Stator rotor loftbil Rafali mótor Sívalur snúður snúður með útstandandi póla Sviðsvafningar akkerisvafningar Fjöldi póla
3 Flokkun riðstraumsvéla
4 Flokkun jafnstraumsvéla
5 Sátur (stator) snúður (rotor) Höfum áður skilgreint þessa meginhluta rafmagnsvélar: Sátur(Stator), þ.e. fastur hluti vélarinnar oft tengdur beint við raforkukerfið (3 fasar) Snúður (Rotor), er hreyfanlegur hluti vélarinnar og tengdur með öxli við túrbínu.
6 Rafali (Generator) Hreyfill (Mótor) RAFALI: Breytingar í flæðistengingum í gegnum spólu miðað við tíma valda því að spenna spanast upp í spólunni. Þetta er lögmál Faradays!! e = d λ dt MÓTOR: Kraftur sem verkar á leiðara í segulsviði er flytur straum veldur hreyfingu leiðarans
7 Mismunandi snúðar Sívalur snúður (round rotor): 1800-3600 rpm (2-4 pólar) Gastúrbínur Gufutúrbínur Snúður með útstandandi póla (salient pole rotor): 100-300 rpm Vatnsaflsrafalar
8 Samfasavélar (synchronous machines) Samfasavél dregur nafn sitt af því að hún gengur í takt við tíðni raforkukerfisins Stator samfasavélar er samsettur úr járnsegulmögnuðum plötum (laminated iron-core) með raufum (slots) þar sem 3 fasa vafningum er komið fyrir. Snúður hefur annað hvort útstandandi póla eða er sívalur Snúðurinn er segulmagnaður með jafnstraumi. (DC current exitation) Jafnstraumurinn kemur frá ytri spennugjafa í gegnum sleytuhringi (slip-rings) og bursta.
Samfasavélar Snúður með útstandandi 9 póla Construction Low speed, large hydrogenerators may have more than one hundred poles. These generators are frequently mounted vertically. The picture shows a large, horizontally arranged machine.
10 Vatnsaflsvirkjun-rotor
11 Rótor í Laxárvirkjun Salient pole rotor construction The poles are bolted to the shaft. Each pole has a DC winding. The DC winding is connected to the slip-rings (not shown). A DC source supplies the winding with DC through brushes pressed into the slip ring. A fan is installed on the shaft to assure air circulation and effective cooling.
12 Stator í Láxárvirkjun
13 Stator á samfasavél Stator á 3 fasa 500 MVA rafala, 200 r/mín með 9.25 m þvermáli
14 Statorvafningar í Láxárvirkjun
15 Vatnsaflsvirkjun-stator
16 Samfasavélar Housing,cooling ducts Stator Rotor Shaft Bearing Stator winding Rotor winding Connections
17 Samfasavélar Stator Laminated iron core with slots Steel Housing
18 Samfasavélar Iron core Stator details Coils are placed in slots Coil end windings are bent to form the armature winding. Coil Slots End winding
19 Samfasavélar Round rotor The round rotor is used for large high speed (3600rpm) machines. A forged iron core (not laminated,dc) is installed on the shaft. Slots are milled in the iron and insulated copper bars are placed in the slots. The slots are closed by wedges and re-enforced with steel rings. Round rotor
Samfasavélar með einsleitu loftbili (sívölum snúð) 20 Round rotor
21 Samfasavélar Rotor Details
22 Samfasavélar Round rotor Shaft Steel ring DC current terminals Wedges
23 Sviðsvafningar - akkerisvafningar Sviðsvafningar (field windings) búa til segulsvið og segulflæði í vélinni Myndin sýnir einfasa samfasavél. Á samfasavélum eins og vélinni á myndinni eru sviðsvafningarnir á rótor
24 Akkerisvafningar Akkerisvafningar (armature windings) eru þeir vafningar þar sem spanast upp spenna og straumur vegna hreyfingar vafninganna í sviði Á samfasavélinni á myndinni eru akkerisvafningarnir á stator
25 Vélar með mismunandi fjölda póla Lágmarksfjöldi póla er 2. Vélar hafa heilt margfeldi af 2 sem fjölda póla Fyrir samfasavélar og miðað við t.d. 50 Hz fasta tíðni lækkar snúningshraðinn í réttu hlutfalli við fjölda póla Við getum haft, 2,4,6... sem fjölda póla Við gerum greinarmun á rafmagnsgráðum og hreyfigráðum 2 póla vél 4 póla vél 6 póla vél
26 Segulflæði Segulflæði í samfasavél með 4 pólum og sívölum rótor
Klassískar gerðir véla fyrir mismunandi 27 fjölda fasa Riðstraumsvélar Samfasavélar (Synchronous machines) 1 fasa 3 fasa Spanvélar (induction Machines 1 fasa 3 fasa Jafnstraumsvélar (Direct Current Machines)
28 Snúningshraði og fjöldi póla f e p p n p = f n m = = 2 2 60 120 ω m = 2 ωe p f e = 50 Hz f e = 60 Hz Tákn: ω e = rafmagns- radíanar ω m = mekanískir radíanar f e = tíðni riðspennu frá samfasavél (50 eða 60 Hz) f m = snúnigshraði rotors á sek p = fjöldi póla (2,4,6...) n = snúningshraði á mínútu (rpm) 6000 = p n n= 7800 = p n n= p 2 4 10 20 26 6000 p 7800 p Dæmi um fjölda póla: n (f = 50 Hz) 3000 1500 600 300 230.8
Nokkur hugtök Samantekt- 29 Almennar rafmagnsvélar Vélar hafa sátur (stator) og snúð (rotor). (áður skilgreint) Vélar hafa sviðsvafninga (field windings) og akkerisvafninga (arnature windings) Vélar hafa 2 póla eða 4 póla eða 8..., þ.e. heild margfeldi af 2 sem fjölda póla Vélar hafa sívalan snúð (round rotor) eða útstandandi póla á snúð (salient pole rotor) Vélar byggja á jafnstraumi eða riðstraumi (spanvélar, samfasavélar)
30 Rafmagnsvél með sívölum snúð Í rafmagnsvél með sívölum snúð er loftbilið jafnt óháð snúningi vélarinnar Segulviðnámið í rásinni breytist lítið eða ekki við snúning rótorsins Þessar vélar eru algengar ef snúningshraði er mikill og fjöldi póla lítill Rótorvafningunum er komið fyrir í raufum á á ytra borði snúðsins. Statorvafningunum er einnig komið fyrir í raufum á innra borði statorsins (ekki sýnt á myndinni) Stator og rótor eru gerðir úr járnkjarna sem er venjulega settur saman úr plötum (laminations)
31 3 fasa rafmagnsvélar Þegar rafmagnsvél er 3 fasa þarf að dreifa vafningum allra fasanna á hringferilinn bæði á rótor og stator Skipta þarf hringferlinum upp í svæði þar sem slaufur í hverjum fasa taka við hver af annarri í tiltekinni fasaröð, þ.e. abcabcabc... Þegar pólum er fjölgað t.d. úr 2 í 4 í 3 fasa rafmagnsvélum er fjöldi svæða tvöfaldaður.
32 Jafnstraumsvélar Notum hægrihandarreglu til að sjá kraftáhrifinn, F á leiðara með straumi, I í segulsviði B Straumskiptir sér um að straumstefna verður alltaf sú sama á þeim leiðara sem er við sama segulpólinn, jafnvel þótt spólan snúist
33 Samantekt -- yfirlit Rafmagnsvélar eru flókin fyrirbrigði og það þarf ítarleg stærðfræðileg líkön til að lýsa þeim með nákvæmni. Þó má segja að þær séu einfaldar ef aðeins eru skoðuð meginatriði í hegðun og virkni þeirra.