Електрични машини

Сакам да се произјаснам... или, ова е еден сосема краток курс за проширување на научно-техничките хоризонти на учениците/студентите кои ќе запишат студии по нформатички, автоматски, електроничко-телекомуникациски насоки,… затоа што впрочем преостанатите студенти кои ќе ги продолжат студиите на ФЕИТ, ќе имаат можност и подробно и многу посеопфатно и проширено да се запознаат со проблематиката произнесена подолу Електрични машини – основни поими Преобразувањето на механичката енергија во електрична и обратно, како и трансформирањето на електричната енергија од една големина на електрична струја и напон во друга големина на електрична струја и напон, се остварува со помош на електрични машини. Според тоа и вршиме поделба на електричните машини на: електрични генератори, мотори и трансформатори. Електричните мотори и генератори, се група на уреди кои ја преобразуваат механичката енергија во електрична енергија, или електричната во механичка, преку електромагнетни средства и медиуми. Машината која ја претвора механичката во електрична енергија, наречена е генератор, алтернатор или динамо, а машината која ја преобразува електричната во механичка енергија претставува мотор. Два основни физички принципа лежат во основата на работата на генераторите и моторите. Првиот принцип на електромагнетна индукција, откриен од британскиот научник и пронаоѓач, Мајкл Фарадеј во 1831 год., ни покажува дека проводник кој се придвижува во магнетно поле, или пак проводник поставен во променливо поле, создадено од еднонасочна струја која наизменично ја менува својата насока, во него се индуцира електрична струја. Обратниот процес на овој принцип е електромагнетната реакција, најпрво проучувана од францускиот физичар Андре Мари Ампер во 1820 год. Ако пропуштиме струја низ проводник сместен во магнетно поле, полето ќе манифестира механичка сила на проводникот. Овие појави лежат во основните принципи на работа на сите електрични машини. Магнетното поле на еден перманентен магнет е доволно јако за работа само на мали динамо машини или мотори. Одовде произлегува дека за работа на големи машини потребно е да се користат електромагнети.

Вртливите електрични машини (моторите и генераторите) можат да бидат за наизменична струја и за еднонасочна струја, додека пак поделбата на машините за наизменична струја се состои во два основни типа: синхрони и асинхрони машини. Синхрона машина ја нарекуваме онаа кај која брзината на вртењето на роторот (вртливиот дел од машината) е во строго постојана релација со фреквенцијата на електричната мрежа. Асинхрона машина, пак, е онаа кај која брзината на вртење на роторот при одредена фреквенција на електричната мрежа, зависи од оптоварувањето. (Најстариот асинхрон мотор е конструиран уште во 1885 година од научникот Никола Тесла, а денеска со развојната технологија се постигнати далеку помали физички димензии на истиот). Синхроните машини се изведуваат како електрични генератори и како електрични мотори, но најмногу се застапени како трифазни генератори во производството на наизменична електрична струја. Според видот на машината која ги погонува, односно задвижува, синхроните машини се поделени на: 1. Турбогенератори – кои се задвижувани од парни или гасни турбини (присутни во термоелектричните централи) 2. Хидрогенератори – кои се задвижувани од водени турбини (хидроелектричните централи) 3. Дизел генератори – задвижувани од дизел мотори 4. Компензатори – посебен тип синхрони машини кои имаат функција само за компензирање на јаловата (реактивна) енергија на енергетскиот систем 5. Синхрони мотори – кои се употребуваат за погони со константна брзина на вртење (пр. вентилатори, компресори). Асинхроните машини се најчесто асинхрони мотори (ретко се произведуваат и користат генератори), додека машините за еднонасочна струја се во изведби и на мотори и на генератори, а особено моторите се употребени нашироко во многубројни уреди, предмети кои не опкружуваат и се дел од нашите секојдневни потребности.

Електрични машини за еднонасочна струја За разлика од претходното издание, каде зборувавме за општата поделба на електричните машини, овдека ќе се задржиме на некои детални карактеристики на машините за еднонасочна струја. Генератори за еднонасочна струја (ГЕС) и мотори за еднонасочна струја (МЕС)

Работата на машините за еднонасочна струја се базира врз физичките закони на електромагнетната индукција и електромагнетните сили. Првиот закон е основа за работата на генераторите, а вториот закон е основа за моторите на еднонасочна струја. Гледано конструктивно, два неподвижни магнети (перманентни или електромагнети) создаваат магнетен флукс чии силови линии се насочени од северниот кон јужниот пол. Во просторот помеѓу магнетите се движи железен цилиндар – индуктор преку чија должина дијаметрално е поставена рамка од проводник (бакар). Индукт се нарекува другиот дел, кој е задвижуван помеѓу половите со помош на надворешна погонска машина. Краевите на рамката се врзани за два метални прстени, прицврстени на индуктот и изолирани од него и од оската. На прстените се наоѓаат четкички (графитни) кои се неподвижни. Претпоставуваме дека роторот (во случајов со улога на индукт), се движи со постојана брзина и проводниците заземаат во секој момент еднаква положба во однос на оската. Тогаш моменталната вредност на електромоторната сила, која се индуцира во проводникот поради тоа што проводникот ги сече силовите линии на статичниот (електро)магнет, се одредува по законот за електромагнетна индукција.

Во проводникот се индуцира електромоторна сила, променлива по големина и правец, која го менува својот правец двапати при едно вртење на индуктот, ако машината има два пола, а доколку станува збор за четириполна машина, тогаш индуцираната електромоторна сила ќе го промени својот правец четири пати. Одовде следува дека на четкичките кои лежат на прстените во текот на времето ќе има променлив напон. За исправување на овој напон служи колекторот (составен од ламели, односно станува збор за повеќесегментен комутатор), со чија помош струјата низ намотката на роторот станува привидно константна. Генераторите за еднонасочна струја ги класифицираме според типот на “возбуда”, односно начинот на создавање на магнетно поле: електрични генератори со независна возбуда, и електрични генератори со: паралелна, сериска и мешана возбуда. Моторите за еднонасочна струја по својата конструкција се слични како генераторите, односно можат да се опишат како генератори кои “работат инверзно”. Кога ќе протече струја низ намотката на роторот, се создава електромагнетна реакција која го придвижува роторот. Придвижувањето на роторот индуцира напон во неговата намотка и овој напон е со обратна насока од тој однадвор донесениот почетен напон, и затоа уште може да се нарече контра електромоторна сила. Како забрзува вртењето на роторот, индуцираниот напон постепено ќе ја достигне големината на доведениот напон, и тогаш струјата е мала, а брзината на вртење ќе биде константна с# додека моторот не е оптоварен, не извршува никаква механичка работа освен вртењето на самиот ротор. При оптовареност, роторот се развртува бавно, со намален индуциран напон и со поголема струја на проток низ роторот. Тогаш моторот добива поголема енергија од изворот на напојување за да изврши поголема механичка работа. Бидејќи брзината на вртење го контролира протокот на струја низ роторот, се користат посебни уреди за погонување на еднонасочните мотори. Кога роторот е во мирување, привидно нема отпорност, и ако се доведе нормален работен напон, ќе протече голема струја која може да го оштети комутаторот или намотката на роторот. За да се спречи оваа појава се користи почетен отпор сврзан сериски на роторската намотка за да ја намали почетната струја с# до постигнување на соодветната индуцирана електромоторна сила од страна на моторот. Откако моторот ја постигне потребната брзина, овој отпор се исклучува, рачно или автоматски. Исто така, важно е да се напомене дека брзината на вртење на моторот може да се контролира со промена на големината на струјното поле кое зависи од силата на доведеното магнетно поле на роторот. Колку е појако полето, побавна е брзината на вртење потребна за создавање на индуциран напон. Марјан Гацоски, and PANTONE® CorelDRAW Graphics Suite