Zašto je poželjno da je magnetski tok stroja konstantan

Kako se bira nazivna vrijednost magnetskog toka stroja i zašto je poželjno da je on konstantan bez obzira na uvjete rada?
Rješenje:
Stroj je projektiran za određeni (nazivni, kratica naz.) magnetski tok. Ukoliko je magnetski tok veći od nazivnog iz krivulje magnetiziranja (sl. 1.) slijedi da je potrebna struja koja stvara magnetsko polje veća od nazivne struje, odnosno da električni stroj ulazi u područje zasićenja (desno od Inaz).
Sl. 1. Kvalitativna krivulja prvog magnetiziranja feromagnetskog materijala (npr. željeza)
Povećanje struje koja stvara magnetsko polje povećava magnetsku indukciju B . Povećanje magnetske indukcije ovisi o permeabilnosti feromagnetskog materijala (nagiba karakteristike). Budući da svako povećanje struje povećava magnetski tok Φ postavlja se pitanje zašto se magnetski tok ne bi neizmjerno povećao? Na taj način bi bilo moguće dobiti stroj koji bi imao neizmjerno male magnetske dijelove, a time i neizmjerno male dimenzije. Stroj bi mogao imati samo jedan zavoj u kojem bi se mogao inducirati neizmjeran napon. Takav slučaj u praksi nije moguć jer ne postoji idealan feromagnetik. Također ne postoji niti idealan vodič(sapravodič) koji bi provodio struju koja bi stvarala takvo magnetsko polje. Drugim riječima gubici u namotima stroja su uvijek prisutni te rastu s kvadratom struje. Također je moguće reći da između električnih i magnetskih veličina postoji analogija. Glede na to da gubici u namotima rastu s kvadratom struje, a porast magnetskog toka ovisi o nagibu krivulje radna točka se postavlja u blizinu zasićenja (sl. 1). Na taj način je stroj optimalno iskorišten. U primjeru kada bi za nazivni magnetski tok (ili struju) bila odabrana manja vrijednost stroj bi bio veći i teži od svog optimuma. Glede na to da optimalan magnetski tok znači da je stroj optimalno (magnetski) iskorišten elektronički pretvarač koji je priključen na stezaljke električnog stroja mora to omogućiti.
Magnetski tok, odnosno struja nisu veličine koje se mogu neovisno mijenjati već su posljedica naritug napona. Zato je potrebno definirati vezu između narinutog napona i magnetskog toka. Analiza je provedena na prigušnici, a zatim je raširena na transformator i na (ostale) električne strojeve.
Sl. 2. Shema spoja nastalog spajanjem sinusnog napona napajanja i prigušnice
Kao posljedica priključivanja napona napajanja na prigušnicu poteći će struja i (sl. 2). Iz osnova elektrotehnike je poznato da struja zaostaje za naponom što se maže zapisati matematički
Prema Faradayevom pravilu (II. Maxwellova jednadžba)
uz pretpostavku sinusne struje napon je opisan kosinusnom funkcijom
gdje je ω kutna frekvencija. Glede na to da je svaki valni oblik prema Fouriereru mogućee rastaviti u Fourierov red odnosno predstaviti signal u frekvencijskoj domeni (kao amplitudni i frekvencijki spektar) napisane jednadžbe moguće je raširiti na različite valne oblike napone napajanja. Za promatrani primjer valni oblici struje i napona su poznati (sinusni) pa je moguće zapisati i omjer njihovih maksimalnih i efektivnih vrijednosti
odnosno
jer je ω =2πf. Za periodične (sinusne) signale vrijedi da je magnetski tok određen omjerom napona i frekvencije (V/f) pa je taj omjer potrebno održavati konstantnim kod upravljanja stroja. Metoda upravljanja koja osigurava konstantan Φ se naziva V/f metoda (engl. constant Volts/Hertz control). Kada nije moguće spomenuti omjer držati konstantnim (ulazni napon je ograničen) moguće je povećavati brzinu vrtnje stroja slabljenjem polja.
|