27. fejezet – Villamos gépek és készülékek

27.1 A transzformátor felépítése, működése, áttétele; üresjárás és terhelés

Az áttétel

Ha a menetszám CSÖKKEN (a > 1, leszállító trafó):
   a feszültség CSÖKKEN,
   az áram NÖVEKSZIK.

Ha a menetszám NÖVEKSZIK (a < 1, felszállító trafó):
   a feszültség NÖVEKSZIK,
   az áram CSÖKKEN.

A menetfeszültség

A szakirodalom megadja az indukált feszültség általános összefüggését is:

U = 4,44 · f · N · B_max · A

ahol f a frekvencia (Hz), N a menetszám, B_max a csúcsindukció (T), A a vasmag keresztmetszete (m²).

Üresjárás és terhelés

Három- és egyfázisú kivitel, kapcsolások

A háromfázisú transzformátor tekercsei csillag-, delta- (háromszög-) vagy zegzugkapcsolásban készülhetnek, és a primer-szekunder kapcsolás párosítását a kapcsolási óraszám fejezi ki.

óraszám 0   ->    0 fok  (nincs eltolás)
óraszám 5   ->  5 · 30 = 150 fok
óraszám 6   ->  6 · 30 = 180 fok
óraszám 11  -> 11 · 30 = 330 fok, azaz -30 fok

27.2 A transzformátor veszteségei és hatásfoka; a zárlati feszültség jelentése

A három veszteségfajta

A hatásfok

η = P_le / P_fel

ahol P_le a leadott (hasznos), P_fel a felvett teljesítmény. A kettő különbsége a veszteség:

P_veszt = P_fel − P_le = P_vas + P_réz

- ÜRESJÁRÁSBAN a hatásfok NULLA (nincs leadott teljesítmény, de
  van vasveszteség);
- KIS TERHELÉSEN a vasveszteség dominál -> a hatásfok rossz;
- NAGY TERHELÉSEN a rézveszteség dominál -> a hatásfok ismét
  romlik.

Az üresjárási és a rövidzárási mérés

A zárlati (rövidzárási) feszültség

1. Mennyire "kemény" a transzformátor: kis u_k -> kis belső
   impedancia -> terheléskor kevésbé esik a szekunder feszültség,
   DE zárlatkor nagyobb a zárlati áram.
2. Párhuzamos üzemnél a TERHELÉSELOSZTÁST: azonos u_k mellett a
   két gép arányosan osztja meg a terhelést.

A párhuzamos üzem feltételei

1. AZONOS ÁTTÉTEL (feszültségviszony) - különben a szekunderek
   között feszültségkülönbség lép fel, és körkeringő áram folyik.
2. AZONOS KAPCSOLÁSI ÓRASZÁM és fázissorrend - különben a
   szekunder fázorok nem esnek egybe.
3. AZONOS RÖVIDZÁRÁSI FESZÜLTSÉG (%) - ez az EGYENLETES
   TERHELÉSELOSZTÁSHOZ kell.
4. LEHETŐSÉG SZERINT AZONOS TELJESÍTMÉNY-ARÁNY - a jó
   kihasználtság érdekében.

27.3 Forgó mágneses mező; a szinkron fordulatszám

Az 50 Hz-es szinkron fordulatszámok

Számítás például p = 2-re:

n_0 = 60 · 50 / 2 = 3000 / 2 = 1500 1/min

p = 1   ->   2 pólus  (egy északi + egy déli)
p = 2   ->   4 pólus
p = 3   ->   6 pólus
p = 4   ->   8 pólus

27.4 A szinkrongép elve és alkalmazása

A terhelési szög

- ÜRESJÁRÁSBAN a két mező gyakorlatilag EGYBEESIK (a szög nulla
  közeli).
- TERHELÉSKOR a forgórész LEMARAD egy szöggel - motorüzemben -,
  illetve ELŐRESZALAD - generátorüzemben.
- A szög a terheléssel NŐ, de a FORDULATSZÁM NEM VÁLTOZIK.
- Egy határon túl a gép KIESIK A SZINKRONIZMUSBÓL: a mező
  "elszakad", és a gép megáll vagy lengésbe kerül.

- Terhelés nélkül a rugó nyugalomban van -> a két vég egy
  helyzetben.
- Terhelés esetén a rugó MEGNYÚLIK -> a forgórész lemarad egy
  szöggel, de a FORDULATSZÁM ugyanaz marad, mert a rugó nem
  szakadt el.
- Túl nagy terhelésnél a rugó ELSZAKAD -> ez a szinkronizmusból
  való kiesés.

Motor- és generátorüzem

- a FESZÜLTSÉG nagysága,
- a FREKVENCIA,
- a FÁZISHELYZET (fázissorrend és fázisszög)

27.5 Az aszinkrongép: felépítés, szlip, nyomatéki jelleggörbe

A szlip

s = 1    ->  n = 0            a motor ÁLL (indítás pillanata)
s = 0    ->  n = n_0          SZINKRON fordulatszám: nem indukál
                              semmit, tehát NINCS nyomaték
0 < s < 1 ->  0 < n < n_0     NORMÁL motorüzem

A nyomaték-fordulatszám jelleggörbe

1. A motor megálló állapotban INDÍTÓÁRAMOT vesz fel, de nem hűt
   magát a saját ventilátorával -> percek alatt kiég.
2. A hajtott gép megáll, a folyamat leáll.

Az indítási áramlökés

Az aszinkronmotor induláskor (s = 1) jóval nagyobb áramot vesz fel, mint üzemben: a forgórész ilyenkor gyakorlatilag rövidre zárt szekunder tekercsként viselkedik.

Ennek csökkentésére szolgálnak az indítási eljárások:

(Az indítási eljárások kapcsolástechnikai részleteit – a három kontaktort, az időzítést, a reteszelést – a következő fejezet tárgyalja.)

CSILLAGBAN:  U_f = U_v / gyök3  ->  a tekercsre KISEBB feszültség jut
DELTÁBAN:    U_f = U_v          ->  a tekercsre a TELJES vonali
                                    feszültség jut

Fordulatszám-változtatás, fékezés, egyéb kivitelek

Egyfázisú aszinkronmotor

Az egyfázisú tekercs nem hoz létre forgó mezőt, csak lengő (pulzáló) mezőt – ezért az egyfázisú aszinkronmotor önmagától nem indul el. Kell hozzá segédfázis, amelyet jellemzően kondenzátorral állítanak elő.

(Az egyfázisú motor indításának részletei – indító- és munkakondenzátor, a forgásirányváltás a segédfázis felcserélésével – a következő fejezet anyaga.)

Védelmek

(A védelmek méretezését, a hőrelé kioldási osztályait és a szabványi jelleggörbepontokat a következő fejezet tárgyalja, az MSZ EN IEC 60947-4-1 alapján.)

27.6 Az aszinkronmotor adattáblája – amit ki kell tudni olvasni

Az adattábla a motor személyi igazolványa. Minden méretezési és bekötési döntés innen indul.

400 V-os hálózaton  ->  DELTA kapcsolás
690 V-os hálózaton  ->  CSILLAG kapcsolás

690 V vonali, CSILLAGBAN: U_f = 690 / gyök3 = 398 V
400 V vonali, DELTÁBAN:   U_f = 400 V

- Az IP-kód digitjeinek teljes táblázata (MSZ EN 60529) a
  jegyzetben máshol sem szerepel: a jegyzet szerelési
  technológiákkal foglalkozó fejezete kifejezetten kimondja,
  hogy nem közli.
- A SZIGETELÉSI OSZTÁLYOK hőmérséklet-értékei (pl. B, F, H)
  szabványi adatok, amelyekre a jegyzetnek nem állt
  rendelkezésére forrás.
- Az ÜZEMMÓD-jelölések (S1-S9) ugyanígy.

27.7 Egyenáramú és különleges villamos gépek – tájékoztató szint

Ez az alfejezet áttekintő szintű: a célja, hogy a szerelő felismerje a géptípusokat és tudja, mire számíthat.

Az egyenáramú gép

Különleges gépek

27.8 Ipari elosztóberendezések: felépítés, sínrendszer, védettség

Felépítés

- A sorozat LÉTEZIK, és az ipari elosztóberendezések
  gyártására, vizsgálatára vonatkozik.
- A megfelelőségét a GYÁRTÓ (illetve az összeépítő) nyilatkozza
  ki - ez a "gyártói felelősség" elve, amelyet a jegyzet
  elosztókkal foglalkozó fejezete tárgyal.
- A vizsgálatok között DIELEKTROMOS és HŐTECHNIKAI vizsgálat is
  szerepel [PT-tétel].

Védettség és hőelvezetés

1. A KÉSZÜLÉKEK TERHELHETŐSÉGE CSÖKKEN. A katalógusadatok
   megadott környezeti hőmérsékletre szólnak; magasabb
   szekrényhőmérsékleten a megengedett áram kisebb.
2. AKTÍV HŰTÉS vagy FŰTÉS kellhet: szűrőventilátor, hő-
   cserélő, klíma - illetve hideg, páradús környezetben
   fűtőtest a kondenzáció ellen.

Fázisjavítás az ipari elosztóban

UPS – szünetmentes áramforrás

- OFFLINE/STANDBY: egyszerű számítógép, kis terhelés, ahol a
  rövid átkapcsolási idő nem gond.
- LINE-INTERACTIVE: ahol a hálózat feszültsége INGADOZIK, de
  teljes kimaradás ritka.
- ONLINE: ahol az átkapcsolási idő sem megengedett - érzékeny
  berendezés, orvosi eszköz, szerverterem.

Az ipari elosztó dokumentációja és vizsgálatai

27.9 Villamos gépek üzemeltetése és karbantartása alapszinten

A villamos gép meghibásodásainak jelentős része mechanikai eredetű – és ezek jellemzően előre jelezhetők.

- A CSAPÁGYHIBA magas frekvenciás, jellegzetes rezgést ad.
- A KIEGYENSÚLYOZATLANSÁG a fordulatszám frekvenciáján jelenik meg.
- A TENGELYFERDESÉG (nem tengelybe állított tengelykapcsoló) a
  fordulatszám kétszeresén.

A javítás utáni ismételt üzembe helyezés

1. SZIGETELÉSI ELLENÁLLÁS mérése a tekercseken (a mérési
   módszertan a jegyzet szerelői ellenőrzésről szóló fejezetében).
2. TEKERCSELLENÁLLÁS mérése és a három fázis összevetése
   (aszimmetria = tekercshiba).
3. MENETZÁRLAT vizsgálata.
4. MECHANIKAI ELLENŐRZÉS: kézzel forgatva könnyen jár-e,
   nincs-e súrlódás, csapágyzörej.
5. A HŐRELÉ BEÁLLÍTÁSÁNAK ellenőrzése a motor névleges
   áramára.
6. FORGÁSIRÁNY-ELLENŐRZÉS fázissorrend-vizsgálóval - még a
   hajtott géptől leválasztva, ha lehet.
7. TERHELÉS NÉLKÜLI PRÓBAJÁRATÁS, majd terhelt üzem
   melegedés-ellenőrzéssel.

- SZIVATTYÚNÁL: nem szállít vagy kavitál, a tömítés tönkremegy;
- VENTILÁTORNÁL: rossz irányba fúj, kis szállítással, nagy
  áramfelvétellel;
- SZERSZÁMGÉPNÉL vagy SZÁLLÍTÓSZALAGNÁL: közvetlen
  BALESETVESZÉLY;
- CSAVARKOMPRESSZORNÁL: azonnali, súlyos mechanikai kár.

Kidolgozott mintapéldák

27.1. mintapélda – Transzformátor áttétele és árama

Egy csengőtranszformátor primer menetszáma N_1 = 1000, szekunder menetszáma N_2 = 50. A primer feszültség U_1 = 230 V.

a) Mekkora az áttétel? b) Mekkora a szekunder feszültség? c) Ha a szekunder áram 4 A, mekkora az ideális primer áram? d) Mekkora a látszólagos teljesítmény?

a) Az áttétel

a = N_1 / N_2 = 1000 / 50 = 20

b) A szekunder feszültség

U_2 = U_1 / a = 230 / 20 = 11,5 V

c) A primer áram

Az áramok az áttétellel fordítottan arányosak:

I_1 = I_2 / a = 4 / 20 = 0,2 A

d) A látszólagos teljesítmény

Ellenőrizzük mindkét oldalon:

Primer oldal:     S = U_1 · I_1 = 230 · 0,2  =  46 VA
Szekunder oldal:  S = U_2 · I_2 = 11,5 · 4   =  46 VA
A kettő EGYEZIK  ->  ideális esetben a teljesítmény változatlan.

Válasz: a) a = 20 · b) 11,5 V · c) 0,2 A · d) 46 VA mindkét oldalon.

27.2. mintapélda – Háromfázisú transzformátor terhelhetősége

Egy háromfázisú transzformátor adattáblája: S = 400 kVA, 20 kV / 0,4 kV.

a) Mekkora a névleges szekunder (kisfeszültségű oldali) vonali áram? b) Mekkora a névleges primer áram? c) A mért szekunder áram 480 A. Hány százalékban van kihasználva a transzformátor?

A használt összefüggés

Háromfázisú rendszerben a látszólagos teljesítmény:

S = √3 · U_v · I_v

Átrendezve az áramra:

I_v = S / (√3 · U_v)

(Az összefüggés a jegyzet többfázisú hálózatokkal foglalkozó fejezetében, több forrásból igazolva szerepel.)

a) A szekunder áram

I_2 = 400 000 / (√3 · 400) = 400 000 / (1,732 · 400) = 400 000 / 692,8 = 577,4 A

b) A primer áram

I_1 = 400 000 / (√3 · 20 000) = 400 000 / (1,732 · 20 000) = 400 000 / 34 641 = 11,55 A

Ellenőrzés az áttétellel:

Az áttétel:  a = 20 000 / 400 = 50
Az áramok aránya:  577,4 / 11,55 = 50,0
EGYEZIK  ->  az áramok az áttétellel fordítottan arányosak.

c) A kihasználtság

k = 480 / 577,4 = 0,831 = 83,1 %

Válasz: a) 577,4 A · b) 11,55 A · c) 83,1 %.

27.3. mintapélda – Póluspárszám és szlip visszafejtése az adattábláról

Három motor adattáblája a következő névleges fordulatszámot mutatja 50 Hz-en:

Motor	Névleges fordulatszám
A	1450 1/min
B	970 1/min
C	2880 1/min

Határozd meg mindháromra a szinkron fordulatszámot, a póluspárszámot, a pólusszámot és a szlipet!

A módszer

1. A névleges fordulatszám MINDIG KISEBB a szinkronnál, de közel
   van hozzá. Keresd meg a LEGKÖZELEBBI 50 Hz-es szinkron értéket:
   3000 / 1500 / 1000 / 750 / 600 ...
2. A póluspárszám: p = 60 · f / n_0.
3. A pólusszám: 2 · p.
4. A szlip: s = (n_0 - n) / n_0.

A motor

n_0 = 1500 1/min (ez van 1450-hez a legközelebb felülről)

p = 60 · 50 / 1500 = 3000 / 1500 = 2 → 4 pólusú motor

s = (1500 − 1450) / 1500 = 50 / 1500 = 0,0333 = 3,33 %

B motor

n_0 = 1000 1/min

p = 3000 / 1000 = 3 → 6 pólusú motor

s = (1000 − 970) / 1000 = 30 / 1000 = 0,030 = 3,0 %

C motor

n_0 = 3000 1/min

p = 3000 / 3000 = 1 → 2 pólusú motor

s = (3000 − 2880) / 3000 = 120 / 3000 = 0,040 = 4,0 %

Összefoglalva

27.4. mintapélda – Fordulatszám a szlipből; frekvenciaváltós üzem

Egy 4 pólusú (p = 2) aszinkronmotort 50 Hz-es hálózatról táplálunk, a szlip 4 %.

a) Mekkora a fordulatszáma? b) Mekkora lesz a fordulatszám, ha egy frekvenciaváltó 35 Hz-re állítja a frekvenciát (a szlip változatlanul 4 %)? c) Ugyanennél a motornál 50 Hz-en 1470 1/min-t mérünk. Mekkora a szlip?

a) Fordulatszám 50 Hz-en

n_0 = 60 · 50 / 2 = 1500 1/min

n = n_0 · (1 − s) = 1500 · (1 − 0,04) = 1500 · 0,96 = 1440 1/min

b) Fordulatszám 35 Hz-en

n_0 = 60 · 35 / 2 = 2100 / 2 = 1050 1/min

n = 1050 · 0,96 = 1008 1/min

50 Hz  ->  n_0 = 1500,  n = 1440 1/min
35 Hz  ->  n_0 = 1050,  n = 1008 1/min
A fordulatszám a frekvenciával ARÁNYOSAN csökken:
   1008 / 1440 = 0,70  =  35 / 50

c) A szlip 1470 1/min-nél

s = (1500 − 1470) / 1500 = 30 / 1500 = 0,020 = 2,0 %

Válasz: a) 1440 1/min · b) 1008 1/min · c) 2,0 %.

- Kis fordulatszámon a saját ventilátor KEVESEBB levegőt mozgat,
  miközben a motor akár NÉVLEGES NYOMATÉKOT ad, tehát névleges
  áramot vesz fel.
- Ilyenkor a motor kis fordulatszámon TARTÓSAN NEM terhelhető
  a névleges nyomatékkal.

27.5. mintapélda – Felvett és leadott teljesítmény, hatásfok

Egy háromfázisú aszinkronmotor adattáblája (feladatadat):

Adat	Érték
Feszültség	400 V (vonali)
Leadott teljesítmény	7,5 kW
Névleges áram	14,6 A
Teljesítménytényező	cos φ = 0,84
Hatásfok	η = 0,88

a) Mekkora a felvett teljesítmény a névleges áramból számolva? b) Mekkora a felvett teljesítmény a hatásfokból számolva? c) Egyezik-e a kettő? Mit jelent az eltérés? d) Mekkora hatásfokot ad az a) pont eredménye?

a) A felvett teljesítmény az áramból

P_fel = √3 · U_v · I_v · cos φ

P_fel = 1,732 · 400 · 14,6 · 0,84

Lépésenként:

1,732 · 400          =    692,8
692,8 · 14,6         = 10 114,9
10 114,9 · 0,84      =  8 496,5 W  =  8,50 kW

P_fel = 8 496,5 W ≈ 8,50 kW

b) A felvett teljesítmény a hatásfokból

P_fel = P_le / η = 7 500 / 0,88 = 8 522,7 W ≈ 8,52 kW

c) Az összehasonlítás

Az áramból:      8 496,5 W
A hatásfokból:   8 522,7 W
Eltérés:         8 522,7 - 8 496,5 = 26,2 W
Relatív eltérés: 26,2 / 8 522,7 = 0,0031 = 0,31 %

Az eltérés 0,31 % – azaz a két számítás gyakorlatilag ugyanazt adja. Az eltérés oka az adattáblai adatok kerekítése (a 14,6 A, a 0,84 és a 0,88 mind kerekített érték).

d) A hatásfok az a) pont eredményéből

η = P_le / P_fel = 7 500 / 8 496,5 = 0,8827 = 88,3 %

Ez az adattáblai 88 %-kal egyezik a kerekítés pontosságán belül.

Válasz: a) 8,50 kW · b) 8,52 kW · c) igen, az eltérés 0,31 %, kerekítésből · d) 88,3 %.

1. ELOLVASTAD ROSSZUL valamelyik adatot (pl. a 400 V-hoz a 690
   V-os áramot);
2. NEM UGYANARRA a kapcsolásra tartozó adatokat használtad
   (delta vs. csillag);
3. az adattábla SÉRÜLT, olvashatatlan vagy nem ehhez a motorhoz
   tartozik.

27.6. mintapélda – Az adattábla és a kapcsolás eldöntése

Egy motor adattáblája (feladatadat):

Adat	Érték
Teljesítmény	11 kW
Kapcsolás / feszültség	Δ / Y 400 / 690 V
Áram	21,8 A / 12,6 A

a) Melyik kapcsolást és melyik áramadatot kell használni egy 400 V-os hálózaton? b) Miért kb. √3 az arány a két áramadat között? c) Lehet-e ezt a motort csillag-delta indítással indítani? d) Mi történik, ha 400 V-on csillagba kötik, és tartósan így üzemeltetik?

a) A 400 V-os hálózat

Az adattábla párokat ad meg: Δ ↔ 400 V és Y ↔ 690 V.

400 V-os hálózaton: DELTA kapcsolás, I_n = 21,8 A

b) A √3-as arány

21,8 / 12,6 = 1,730
gyök3       = 1,732
Az arány gyakorlatilag a gyök3.

Miért? Mert ugyanaz a motor ugyanazt a teljesítményt adja le mindkét kapcsolásban:

S = √3 · U_v · I_v = állandó

Ha a vonali feszültség √3-szorosára nő (400 → 690 V), akkor a vonali áramnak 1/√3-szorosára kell csökkennie:

21,8 / √3 = 21,8 / 1,732 = 12,59 A ≈ 12,6 A

Ellenőrzés a tekercsre jutó feszültséggel:

690 V vonali, CSILLAGBAN:  U_f = 690 / 1,732 = 398,4 V
400 V vonali, DELTÁBAN:    U_f = 400 V
A tekercs mindkét esetben kb. 400 V-ot kap.

c) Csillag-delta indítás

Igen, lehet – mert az üzemi kapcsolás 400 V-on a DELTA, tehát a csillag az „alacsonyabb feszültségű”, indítási állapot.

Az indításnál a tekercs csillagban csak 400/√3 = 231 V-ot kap, ezért kisebb az áram és a nyomaték; a felfutás után átkapcsolnak deltába, és a tekercs a névleges 400 V-ot kapja.

Ha az adattáblán 400 V-on CSILLAG üzem szerepelne (Y 400 V), akkor nem lehetne csillag-delta indítani – nincs „alacsonyabb” indítási állapot.

d) Tartós csillagüzem 400 V-on

A tekercsre csak 231 V jut a névleges 400 V helyett. Ennek következményei:

1. A NYOMATÉK a harmadára csökken. A motor nem tudja felvenni a
   névleges terhelést.
2. Terhelés alatt a motor LEBILLEN vagy nem indul el; a szlip
   megnő, a fordulatszám leesik.
3. A megnövekedett szlip miatt az áram nő, a motor MELEGSZIK -
   és mivel lassabban forog, a saját ventilátora is kevesebbet
   hűt.
4. Eredmény: a tekercselés TÖNKREMEGY, ha a hőrelé nem kapcsol le
   időben.

Válasz: a) delta, 21,8 A · b) mert S = √3·U_v·I_v állandó, tehát a feszültség √3-szorosához az áram 1/√3-szorosa tartozik · c) igen · d) a nyomaték a harmadára esik, a motor lebillen és kiég.

27.7. mintapélda – Fázisjavítás egy ipari elosztóban

Egy műhely háromfázisú fogyasztóinak összesített hatásos teljesítménye P = 25 kW, a mért teljesítménytényező cos φ_1 = 0,72. A cél cos φ_2 = 0,96. A vonali feszültség 400 V.

a) Mekkora kompenzáló meddő teljesítmény kell? b) Mennyivel csökken a felvett vonali áram? c) Miért nem 1,0-ra kompenzálunk? d) Mire kell figyelni, ha a műhelyben frekvenciaváltók és LED-világítás van?

a) A kompenzáló meddő teljesítmény

Q_C = P · (tg φ_1 − tg φ_2)

A tangensek kiszámítása a koszinuszból:

cos fi_1 = 0,72
sin fi_1 = gyök(1 - 0,72^2) = gyök(1 - 0,5184) = gyök0,4816 = 0,6940
tg fi_1  = 0,6940 / 0,72 = 0,9639

cos fi_2 = 0,96
sin fi_2 = gyök(1 - 0,96^2) = gyök(1 - 0,9216) = gyök0,0784 = 0,2800
tg fi_2  = 0,2800 / 0,96 = 0,2917

Q_C = 25 000 · (0,9639 − 0,2917) = 25 000 · 0,6722 = 16 805 var ≈ 16,8 kvar

b) Az áramcsökkenés

Kompenzálás előtt:

I_1 = P / (√3 · U_v · cos φ_1) = 25 000 / (692,8 · 0,72) = 25 000 / 498,8 = 50,1 A

Kompenzálás után:

I_2 = P / (√3 · U_v · cos φ_2) = 25 000 / (692,8 · 0,96) = 25 000 / 665,1 = 37,6 A

Kompenzálás előtt:  50,1 A
Kompenzálás után:   37,6 A
A csökkenés:        12,5 A,  azaz  12,5 / 50,1 = 25,0 %

c) Miért nem 1,0-ra?

A szokásos célérték cos φ = 0,95 és 0,98 között; a teljes, 1,0-ra való kompenzálás nem célszerű. Ennek okai:

- A KOMPENZÁLÁS TÚLLÖVÉSE (túlkompenzálás) kapacitív jelleget
  ad a hálózatnak, ami éppolyan kellemetlen, mint az induktív.
- A fogyasztás VÁLTOZIK: ami az egyik üzemállapotban pontosan
  1,0, az egy másikban túlkompenzált lesz.
- A 0,95-0,98-as tartományban a haszon nagy része már megvan,
  a ráfordítás viszont jóval kisebb.

d) Frekvenciaváltók és LED-világítás esetén

Ezek felharmonikus-termelő fogyasztók. Felharmonikusokkal terhelt hálózaton a kondenzátortelep és a hálózat induktivitása rezgőkört alkot; a kondenzátor impedanciája a frekvenciával csökken, ezért a felharmonikus áramok a kondenzátorba folynak, és rezonancia esetén az áram felerősödhet, a kondenzátor túlterhelődik és tönkremegy.

A megoldás: FOJTOTT (védőfojtós) kompenzálás vagy hangolt passzív szűrő.

Válasz: a) 16,8 kvar · b) 50,1 A-ről 37,6 A-re, azaz 25 %-kal · c) mert a szokásos célérték 0,95-0,98, és a túlkompenzálás rossz · d) fojtott kompenzálás kell.

27.8. mintapélda – Párhuzamos üzem és a kapcsolási óraszám

Két transzformátort kellene párhuzamosan üzemeltetni:

	T1	T2
Teljesítmény	400 kVA	400 kVA
Feszültség	20 / 0,4 kV	20 / 0,4 kV
Kapcsolás	Dyn11	Dyn5
Zárlati feszültség	4 %	4 %

a) Párhuzamosíthatók-e? Miért? b) Mi történne, ha mégis párhuzamosítanák őket? c) Ha a T2 is Dyn11 lenne, de a zárlati feszültsége 6 %, párhuzamosíthatók lennének?

(Az adatok a feladat megadott adatai.)

a) A négy feltétel végigvétele

1. AZONOS ÁTTÉTEL:              20/0,4 = 20/0,4        TELJESÜL
2. AZONOS KAPCSOLÁSI ÓRASZÁM:   Dyn11 <-> Dyn5         NEM TELJESÜL
3. AZONOS ZÁRLATI FESZÜLTSÉG:   4 % = 4 %              teljesül
4. AZONOS TELJESÍTMÉNY-ARÁNY:   400 kVA = 400 kVA      teljesül

A 2. feltétel nem teljesül, ezért a két transzformátor nem párhuzamosítható.

b) Mi történne?

Számoljuk ki a fáziseltolás-különbséget:

Dyn11 fáziseltolása:  11 · 30 = 330 fok,  azaz  -30 fok
Dyn5  fáziseltolása:   5 · 30 = 150 fok
A KÜLÖNBSÉG:          150 - (-30) = 180 fok

180° – azaz a két szekunder feszültség egymással ellentétes fázisban van. Párhuzamosan kötve a két szekunder tekercs zárt kört alkot, amelyben a két feszültség nem kioltja, hanem összeadja egymást.

Ez a kétszeres feszültség egy nagyon kis impedanciájú körre esik (a két transzformátor belső impedanciájának összegére), ezért óriási körkeringő áram folyik – terhelés nélkül is. A gépek azonnal, súlyosan károsodnak.

c) Dyn11 + Dyn11, de 4 % és 6 % zárlati feszültséggel

1. AZONOS ÁTTÉTEL:              TELJESÜL
2. AZONOS KAPCSOLÁSI ÓRASZÁM:   TELJESÜL (mindkettő Dyn11)
3. AZONOS ZÁRLATI FESZÜLTSÉG:   4 % <-> 6 %   NEM TELJESÜL
4. AZONOS TELJESÍTMÉNY-ARÁNY:   TELJESÜL

A 3. feltétel nem teljesül, ezért a terheléselosztás NEM lesz egyenletes: a kisebb zárlati feszültségű (tehát kisebb belső impedanciájú) T1 arányosan többet vesz át a terhelésből, mint a T2.

Ennek a következménye:

- A T1 előbb telítődik: ELŐBB ÉRI EL a névleges terhelését,
  míg a T2-ben még tartalék van.
- A pár EGYÜTTES terhelhetősége így KISEBB lesz, mint a két gép
  teljesítményének összege (2 x 400 = 800 kVA).
- Körkeringő áram itt NEM folyik (a fázishelyzet azonos), tehát
  ez NEM azonnali kár, hanem KIHASZNÁLTSÁGI probléma.

Válasz: a) nem, mert a kapcsolási óraszám eltér · b) 180°-os fáziseltérés, a szekunder feszültségek összeadódnak, óriási körkeringő áram, azonnali károsodás · c) formálisan igen, de a terheléselosztás nem lesz egyenletes, ezért a pár együttes terhelhetősége csökken.

Gyakorlatok

Összefoglalás

Ellenőrző kérdések

1. Mi a transzformátor működési elve? Írd fel az indukciótörvény vonatkozó alakját!
2. Írd fel az ideális transzformátor feszültség- és áramáttételét!
3. Miért fordított irányú a feszültség és az áram változása az áttétellel?
4. Miért nem véd a primer oldali biztosító a szekunder oldali túlterhelés ellen?
5. Miért közli a jegyzet a menetfeszültség képletét csak említésszinten?
6. Mi történik üresjárásban, és mi terheléskor?
7. Milyen kapcsolásokban készülhetnek a háromfázisú transzformátor tekercsei?
8. Mit fejez ki a kapcsolási óraszám, és milyen egységekben?
9. Mekkora fáziseltolást jelent a Dyn5 és a Dyn11?
10. Sorold fel a transzformátor három veszteségfajtáját, és mondd meg, melyik függ a terheléstől!
11. Miért lemezelt a vasmag?
12. Mi a hiszterézisveszteség oka, és mivel csökkenthető?
13. Írd fel a hatásfok összefüggését! Miért nem állandó a hatásfok?
14. Miért rossz a hatásfok üresjárásban és nagy terhelésen is?
15. Mit határoz meg az üresjárási és mit a rövidzárási mérés?
16. Miért éppen így mérnek? Mit „kapcsolnak ki” a két mérésben?
17. Mi a zárlati feszültség, és mit mond meg?
18. Sorold fel a párhuzamos üzem négy feltételét! Melyik mire kell?
19. Mi történik, ha két, eltérő kapcsolási óraszámú transzformátort párhuzamosítanak?
20. Mi történik, ha az áttétel vagy a zárlati feszültség tér el?
21. Hogyan alakul ki a forgó mágneses mező?
22. Írd fel a szinkron fordulatszám képletét, és magyarázd el a jelöléseket!
23. Mekkora a szinkron fordulatszám 50 Hz-en p = 1, 2, 3 és 4 esetén?
24. Mi a különbség a póluspárszám és a pólusszám között? Hogyan ellenőrizhető a számítás?
25. Mi jellemzi a szinkrongépet? Mi a terhelési szög?
26. Mi történik, ha a szinkrongép terhelése túl nagy lesz?
27. Mik a hálózatra kapcsolás (szinkronozás) feltételei? Miért nem szabad „szemre” szinkronozni?
28. Mi a különbség a sziget- és a kooperációs üzem között?
29. Mi jellemzi az aszinkrongépet? Miért nélkülözhetetlen a szlip?
30. Írd fel a szlip képletét és a fordulatszám képletét a szlipből!
31. Mit jelent az s = 0 és az s = 1 érték?
32. Miért nem érheti el az aszinkronmotor a szinkron fordulatszámot?
33. Mi a különbség a kalickás és a tekercselt forgórészű kivitel között?
34. Nevezd meg a nyomaték-fordulatszám jelleggörbe négy jellemző pontját!
35. Mi a billenőnyomaték, és mi történik, ha a terhelés túllépi?
36. Miért nagy az aszinkronmotor indítási áramlökése?
37. Miért csökkenti a csillagkapcsolás az indítóáramot? Mi ennek a hátránya?
38. Sorolj fel három fordulatszám-változtatási módot!
39. Miért nem indul el magától az egyfázisú aszinkronmotor?
40. Sorolj fel négy motorvédelmi fajtát, és mondd meg, mi ellen védenek!
41. Mit jelent az adattáblán szereplő kW? Hogyan számolható ebből a felvett teljesítmény?
42. Mit jelent a „Δ / Y 400 / 690 V” jelölés? Miért éppen ez a két érték tartozik össze?
43. Mikor lehet és mikor nem lehet egy motort csillag-delta indítással indítani?
44. Mi történik, ha egy 400 V-on deltára készült motort csillagba kötnek és tartósan így járatnak?
45. Miért a névleges áram a legbiztosabb méretezési adat az adattábláról?
46. Sorold fel az egyenáramú gép négy gerjesztési módját!
47. Miért szalad meg a soros gerjesztésű gép terhelés nélkül? Mi ennek a gyakorlati szabálya?
48. Mi az univerzális motor, és hol találkozunk vele? Mi a hátránya?
49. Mi a BLDC motor előnye, és miért nem szabályozható hagyományos dimmerrel?
50. Sorolj fel három ipari elosztóhálózati eszközt, és mondd meg, mire jók!
51. Sorold fel az ipari elosztóberendezés fő részeit!
52. Miért nem közli a jegyzet az MSZ EN IEC 61439 sorozat számadatait?
53. Miért dolgozik egymás ellen a védettség és a hőelvezetés?
54. Írd fel a fázisjavítás meddőteljesítmény-képletét! Mi a szokásos célérték?
55. Miért nem célszerű 1,0-ra kompenzálni?
56. Milyen veszélyt jelent a kondenzátortelep felharmonikusokkal terhelt hálózaton, és mi a megoldás?
57. Sorold fel a három UPS-topológiát, és mondd meg, melyiknél nincs átkapcsolási idő!
58. Miért nem automatikusan biztonsági tápforrás az UPS?
59. Miért a rezgésmérés a legjobb korai jelző a villamos gépeknél?
60. Sorold fel a javítás utáni ismételt üzembe helyezés lépéseit!
61. Miért nem hagyható ki soha a forgásirány ellenőrzése? Mondj három következményt!

Tudáspróba

1. Egy transzformátor áttétele a = 10. Ha a szekunder áram 5 A, mekkora az ideális primer áram?

a) 50 A b) 5 A c) 0,5 A d) 2,5 A

2. Mit határoz meg a transzformátor üresjárási mérése?

a) a vasveszteséget és a mágnesező áramot b) a rézveszteséget és a soros impedanciát c) a zárlati feszültséget d) a hatásfokot névleges terhelésen

3. Mekkora fáziseltolást jelent a Dyn11 kapcsolási óraszám?

a) 150° b) 180° c) 0° d) −30° (azaz 330°)

4. Melyik feltétel kell az egyenletes terheléselosztáshoz párhuzamos üzemben?

a) azonos áttétel b) azonos zárlati feszültség (%) c) azonos kapcsolási óraszám d) azonos vasmag-anyag

5. Mekkora a szinkron fordulatszám 50 Hz-en, p = 3 póluspárszámnál?

a) 3000 1/min b) 1500 1/min c) 1000 1/min d) 750 1/min

6. Mit jelent, ha az aszinkronmotor szlipje s = 0?

a) a forgórész a szinkron fordulatszámmal forog, ezért nincs nyomaték b) a motor áll c) a motor névleges terhelésen jár d) a motor lebillent

7. Egy motor adattáblája 2910 1/min, 50 Hz. Mennyi a póluspárszáma?

a) 2 b) 3 c) 4 d) 1

8. Mit jelent az adattáblán szereplő 7,5 kW?

a) a felvett villamos teljesítményt b) a tengelyen leadott mechanikai teljesítményt c) a látszólagos teljesítményt d) a meddő teljesítményt

9. Egy motor adattáblája „Δ / Y 400 / 690 V”. Mit kell tenni egy 400 V-os hálózaton?

a) deltába kötni b) csillagba kötni c) bármelyik kapcsolás megfelel d) csak frekvenciaváltóval üzemeltethető

10. Miért szalad meg a soros gerjesztésű egyenáramú gép terhelés nélkül?

a) mert a kommutátor szikrázik b) mert a gerjesztő tekercs átmelegszik c) mert a terhelés megszűnésével az áram, tehát a mágneses mező is csökken d) mert a szénkefék elkopnak

11. Mekkora a szokásos célérték a fázisjavításnál?

a) 0,80–0,85 b) 0,95–0,98 c) pontosan 1,00 d) 0,70–0,75

12. Melyik UPS-topológiánál nincs átkapcsolási idő?

a) offline / standby b) line-interactive c) mindháromnál van d) online / kettős konverzió

Források

Amit a jegyzet szándékosan nem állít tényként vagy nem közöl

A fejezet a menetfeszültség képletét (U = 4,44·f·N·B_max·A) csak említésszinten közli, és nem használja számításban: a kutatási kör egyetlen forrásból tudta igazolni. Ugyanezért nem közöl transzformátorlemez-vastagságot sem (az 50/60 Hz-en szokásos 0,3-0,5 mm-es adat egyetlen forrásból sem volt igazolható).

A fejezet nem közöl számszerű hatásfokértéket transzformátor- vagy motorfajtánként, sem tipikus zárlati feszültség-értéket: ezek gyártói és teljesítményfüggő adatok.

A fejezet nem közöl indítónyomaték- és billenőnyomaték-arányt (M_ind/M_n, M_max/M_n), sem indítóáram-arányt: ezek motortípus- és gyártófüggő adatok, amelyek a motor adatlapján és jelleggörbéjén szerepelnek.

A fejezet nem közöl frekvencia-nyomaték terhelhetőségi diagramot vagy lekorlátozási tényezőt frekvenciaváltós üzemre – csak a kvalitatív összefüggést közli (kis fordulatszámon romlik az önhűtés).

A fejezet nem közli az IP-kód digitjeinek táblázatát, sem a szigetelési osztályok (B, F, H) hőmérséklet-értékeit, sem az üzemmód-jelölések (S1-S9) tartalmát: ezekre a jegyzetnek nem állt rendelkezésére forrás, és a jegyzet szerelési technológiákkal foglalkozó fejezete kifejezetten kimondja, hogy az IP-táblázatot nem közli.

A fejezet nem közöl MSZ EN IEC 61439 szerinti számadatot, vizsgálati értéket vagy táblázatot. A sorozat szövege nem állt a jegyzet rendelkezésére; a kutatási jegyzetben csak másodlagos, egyforrású ismertetés szerepel róla, ezért a sorozatra vonatkozó állításokat nem szabad szabványi tényként idézni. Amit a fejezet tényként közöl: a sorozat létezik és tárgya, a gyártói felelősség elve, valamint a vizsgálati fajták (dielektromos, hőtechnikai) tantervi felsorolása.

A fejezet nem közöl szekrényhőmérséklet-korrekciós tényezőt vagy hűtésméretezési képletet az ipari elosztókhoz: ezek gyártói méretezési adatok.

A fejezet nem közöl háromfázisú kondenzátortelep-kapacitás átszámítást: a C = Q_C/(2π·f·U²) összefüggés egyetlen kondenzátorra érvényes, a háromfázisú telep kapacitása a csillag- vagy deltakapcsolástól is függ. A 27.7. mintapélda ezért a kvar-értéket határozza meg – amit a gyakorlatban is így vásárolnak.

A fejezet nem közöl terheléselosztási képletet párhuzamosan üzemelő, eltérő zárlati feszültségű transzformátorokra. A kutatási jegyzet három forrása a feltételeket sorolja fel, a megosztás számszerű összefüggését nem adja meg – ezért a 27.8. mintapélda csak a kvalitatív következtetést közli.

A fejezet nem közöl rezgés- vagy hőmérséklet-határértéket a gépek karbantartásához, és nem közli az egyenáramú gépek jelleggörbéinek matematikáját: az utóbbi géptani szakterület, amelyhez nem állt rendelkezésre több forrásból igazolt anyag – csak a gerjesztési módok felsorolása és a soros gerjesztésű gép megszaladásának kvalitatív leírása.

A szinkrongenerátor hálózatra kapcsolásának részletes műszaki feltételeire és a szigetüzemi átkapcsolás automatikájára a fejezet nem közöl számszerű követelményt: ez erőművi és villamosenergia-rendszeri szakterület.

A mintapéldák és gyakorlatok minden transzformátor-, motor-, adattábla- és fogyasztásadata feladatadat, nem termékjellemző.