Белешки за електрификација на транспортот во Град Скопје – инженерски антиупатства | Кирил Минанов

Исправувачки трансформатор се комбинира со диоди или тиристори за исправување. Може да биде вклучена и регулација на напон. Се користи каде што има значителни количини еднонасочна струја. Повеќето технологии се темелат на постоење на трафо во преобразувач со што би се намалиле несакани хармоници.

Преобразувач според тоа, зависи од извор на еднонасочен напон, од транзистори и други полупроводнички елементи со голема моќ коишто можат да „достават“ големи струи до навивки на мотори, како и од трафо.

Преобразувач е „мозок“ на електрично возило: Фреквенција на бран (компресија ала спирала) регулира брзина, а амплитуда на бран регулира излезна моќ. Во литература често се среќава и зборот ,,инвертер” којшто е транслитериран во македонскиот јазик. Исто така се користи и зборот ,,конвертор”, но сепак сето тоа се преобразувања на поток за потреби на соодветно коло. Според тоа: Преобразувач!

Фазната контрола, фазното сечење на напонот или „сецкањето“ напон или контрола на агол на палење е метод за контрола на моќ кај наизменичен напон којшто функционира на начин што прави модулација на уреди со контрола на „порта“ кај тиристори и транзистори со ефект на поле и други полупроводнички уреди, коишто се вклучуваат и исклучуваат од состојба на спроведување, со контрола на преддетерминирана фаза од бранов облик.

Хармоници се чистат со филтри, а тоа се придушници или кондензатори. Филтри служат и за подобрување на влезна моќност.

18 пулсен исправувач е супериорен во однос на 6 пулсен и 12 пулсен и прави значително намалување на хармоници, но е поскап.

Цена на инвертори коишто користат GTO, IGBT, IGCT е до 50% од цена на влечна единица. Па според тоа збирот од исправувачко трафо и полупроводнички елементи ги дава најскапите делови од набавка на влечни единици и гарнитури.

GTO gate turn off

Тријак спроведува во две насоки и е добар за наизменична струја, GTO е сличен на тријак со тоа што обезбедува уште подобра контрола при прекин на сигналот на порта. Тиристори се уреди контролирани од струја, мала струја на порта контролира голема струја на анода. Спроведуваат само во една насока, впрочем тиристор е верзија на диода, но наместо два слоја има четири полупроводнички слоја со две сонди.

Тријак е осетлив и на позитивен и на негативен сигнал којшто се управува од порта (gate).

Дијак нема тригер и е сличен на зенерова диода, но разлика со зенерова диода е во тоа што, за да работи мора да е над одреден потенцијал, односно напон, впрочем за да спроведува, дијак „колабира“ поле.

Тиристор е според тоа подобрување на диода. Целта на диода во принцип е да биде упориште на моќ – искачување на брдо или потенцијална „планина“ или потенцијална „јама“, којашто е „бариера“ којашто мора да се премости. Во момент кога коло коешто располага со напон поголем од бариера на диода, тогаш бран преминуваат блокада на енергетска зона од атоми коишто формираат блокада и спроведуваат големи струи.

Зенерова диода се смета за референтна позиција на напон, а по таа аналогија и друг тип на диода е референтен напон. Диода лимитира напон, доведува напон во „граници“, празни статички електрицитет или кондензатор во земја. Диода се користи во кола со радиофреквенции, за да преобрази радиофреквенции во аудиофреквенции, електромагнетен бран припремен за трансформирање во звук, според тоа, за радио; диода се занимава со „откривање“ и насочување.

Тиристор е линијски комутатор.

Тиристори контролирани со поле

Иако GTO доминираат во апликации со високи моќности со линијска комутација, нови типови на тиристори се во развој со напонска контрола на порта. Тиристор се управува со позитивен напон на порта, а се гаси со негативен напон. Се нарекуваат и тиристори со контрола на поле коешто прави аналогија и сличност со транзистори со ефект на поле, коишто се напонски контролирани.

ФЕТ

Транзистор со ефект на поле – фет, е специјален тип на транзистор којшто е соодветен за апликации за супербрзи и висок број на форсирани комутации. Главна предност им е што портата е контролирана од напон, а не од струја како кај тиристори. Се работи за напонски контролиран блок којшто има капацитет на фреквенции многу поголем од тиристор. Специјална конструкција на фет е позната како мосфет што доаѓа од, метал-оксид-силикон.

MOSFET има три терминали и тоа извор и одвод коишто формираат аналогија на влез на поток и излез на поток, како и порта со којашто се контролира блокот, а сето тоа соодветствува на емитер, колектор и порта кај npn-тип на транзистори, имајќи во предвид и pnp-тип на транзистори. МОС транзистори имаат две генерални поделби и тоа тип на мосфет со n-канал и тип на мосфет со p-канал, според градбата на полупроводнички уреди. Употреба кроз време покажа дека мосфет со n-канал е фундаментален блок.

Транзистор се пали и гаси кога синусоида минува низ 0.

Енергетски МОСФЕТ

Дизајнот на овој тип на транзистор е таков за да ,,издржи” големи моќи. Се користи само во ,,активна” или ,,исклучена” состојба, поради што се користи како нисконапонски прекинувач. Споредено со биполарен транзистор со изолирана порта, мосфет со голема моќ е во предност поради високите комутацијски брзини и поголемата ефикасност при ниски напони. Може да издржи блокада на висок напон, а во исто време да спроведува висока струја. Тоа е поради вертикалната градба и структура кај блокот, споредбено со планарна структура. Напонското ниво е во директна функција од допинг и дебелината на слој (n-слој), а струјното ниво е директно врзано со ширина на канал, имено, колку е поширок каналот за спроведување, повисоки се струите. Поради ефикасност, енергетски мосфет транзистор се користи кај напојување, dc/dc преобразувачи и управување на мотори со низок напон.

IGBT – биполарен транзистор со изолиран гејт

Има три терминали, порта, колектор, емитер и е комплетно контролиран прекинувач. Контролниот сигнал се вклучува помеѓу гејт и емитер, а прекинувачки терминали се на дрејн и емитер. Се работи за блок којшто е комбинација помеѓу едноставна карактеристика којашто ја има мосфет на порта како „гејт-драјв“ карактеристика, во комбинација со нисконапонска сатурација на биполарен транзистор.

Блокот е формиран така што користи изолирана порта од транзистор со ефект на поле како контрола на влез и биполарен транзистор со висока моќ како прекинувач.

IGBT е специјално дизајниран за да се вклучува и исклучува рапидно. Всушност, репетитивноста на пулсирање е во фреквентен ултрасоничен домен. Поради таквата специјалност, се користат за појачала за синтетизирање на комплексни брановидни форми со модулација на бран со ширина на пулс и филтри (low-pass / high-pass).

Бран со ниска фреквенција
Бран со висока фреквенција

Објаснувањата се контраинтуитивни. Филтер што „пропушта“ бранови со ниски фреквенции и блокира бранови сo високи фреквенции се нарекува филтер за нископропусни фреквенции – нискофреквентен, а во спротивен случај, филтер што „пропушта“ бранови со високи фреквенции и блокира бранови со ниски фреквенции се нарекува филтер за високопропусни фреквенции – високофреквентен.

Исто така, се користат и за репродукција од пулсирања со големи моќи во дисциплини како физика на плазма и физика на елементарни честички, но се етаблирани како незаобиколни кај апликации како електрични возила во широк опсег, електрични возови, фрижидери со променливи брзини на двигатели, клима и тн.

За да се ,,вози” MOSFET или IGBT, се вклучува напон на гејт релативен во однос на сорс-емитер во блокот.

Низок напон, ниска струја и брзи прекинувачки секвенци припаѓаат во домен на MOSFET.

Висок напон, висока струја и ниски прекинувачки пулсови се третираат во домен на IGBT.

Огромни напони и струи со мали фреквенции: Домен на GTO и Thyristor.

Во енергетска електроника, полупроводници функционираат во две насоки и се третираат како двонасочни, што значи дека работат во една од двете стабилни состојби и тоа:

• состојба на блокада, кога блок е исклучен при што напонот низ модул е „висок“, а струјата низ компоненти е „ниска“, кога поток протечува, но не тече, и
• состојба на спроведување кога блок е комплетно вклучен, при што напон е „низок“, а струење „високо“. Диоди и тиристори се двонасочни, но транзистори не се. Транзистори мора да се доведат до состојба за да се однесуваат како двонасочен блок, со поставување на работна точка.

Работна точка е подесување на коректна оперативна точка на работа на транзистор со помошни елементи како на пример отпорници, коишто се поставуваат на порта и коишто припремаат порта за поларизација којшто пак е од дополнително коло со коешто се гаси и пали енергетски прекинувач, пулсирање.

Транзистор како дискретен елемент (пред да се појават интегрирани кола, сите елементи во кола беа единечен блок, имено, дискретен елемент е конечен блок во коло, еден транзистор, една диоада, и тн, еден вид праисторијска електроника), мора да се третира до оперативна точка на работа, пред да се вклучи во работа, затоа што фабрички произведен, не може да работи без подесување на оперативната точка на работа за што треба да се чита препорака од репродуктор.

Резонантни системи – резонанца
Квадратни системи – квадратни бранови

Наизменични кола
Еднонасочни кола

Голем дел од товарите во електрични кола се збир од отпорници и индуктивитети, отпорник-индуктивни, што значи дека енергетски прекинувач мора да биде способен за спроведување двонасочна струја и мора да има можност да блокира позитивни и негативни напони.

Кај еднонасочни кола, кондензаторите имаат бесконечна импеданса и претставуваат отворено електрично коло. Кај наизменични резонантни кола со средни и високи фреквенции на влезен наизменичен сигнал, кондензатори со мала импеданса претставуваат куса врска. Голема вредност на капацитет опфаќа низок фреквенцијски опсег. Мала вредност на капацитет опфаќа висок фреквенцијски опсег.

Физички изглед на кондензатор е генерално третиран како голем против мал, што дава рамка за визуелна мисла.

Во наизменични кола напон на краеви на капацитет или индуктивитет е често поголем од влез, којшто вообичаено е 220 [V].

Имено, ако чуете дека се спомнува батерија од 100 [V], веројатно човекот што кажува е енергетичар. На тема 220: Тоа често се случува во наизменични кола. Напонот не се додава или одзема како во еднонасочни кола. Електроничар размислува за батерии од околу 1 [V], на пример.

За јазикот на физиката да биде разбирлив во овој дел потребен ни е јазикот на математика и пресметка на вектори.

Кондензатор се користи за да се заземји еднонасочна компонента којашто се вози со носач на сигнал (радиобранови), а во обратен случај изолира наизменичен сигнал (шум), од еднонасочна компонента, што користи кај напојувања.

Индуктивитет се противи на брзо менување на струја низ навивки, па затоа се нарекува и придушница и се третира како извор на константна струја. Електрони во индуктивитет мора да се движат за да акумулираат енергија.

Кондензатор се противи на брзо менување на напон, па се користи за „пеглање“ на напон и се третира како извор на константен напон. Електрони во кондензатор не мора да се движат за да акумулираат енергија. Кондензатор се користи за фино подесување на варијации на моќ, набива енергија затоа што е де-факто резервоар и е доста осетлив на нагли промени.

Реактивни елементи како индуктивитет и кондензатор чуваат и враќаат енергија во систем како силос или танкер, се полнат и празнат. Кондензатор „се однесува“ како „гравитација“, како тег којшто е закачен на плафон на пружина и е привлечен од сила, а индуктивитет „се однесува“ како маса со инерција, како клатно кај часовник на навивање или како метроном.

Кондензатор впива електрони како ,,црна дупка” и ги ,,пораѓа од нигде”, тоа се метафори за знакче минус и знакче плус кај електростатско поле, а индуктивитет го згуснува магнетното поле како ,,густа магла”, но само прави закривување на просторот со силови линии по коишто патуваат брановите но не ги ,,всисува” електроните, туку само ги упатува.

Поле репродуцирано од електричен полнеж во движење се нарекува електрично поле, а кога полето се репродуцира од полнеж којшто не се движи имаме електростатско поле.

Соленоид или кондензатор

Калем е всушност проводник, жица којашто е намотана во форма на соленоид, спирала. Калем може да има една или повеќе намотки, може да има повеќе редови на намотки една над друга, може да биде намотан без јадро, а може се разбира да биде намотан и на железно или на феритно јадро. Ферит е мелена метална прашина залепена со смола за да биде тврда и се прави во форма на шипка или геврек како торус.

Карактеристика на калем е индуктивитeт и се мери во Хенри [H]. Бидејќи оваа единица е голема и се користи за електромагнети, во резонантни системи се користат помали единици:

• мили-хенри [mH] со 0.001 [H],
• микро-хенри [μH] со 0.000001 [H],
• наноо-хенри [nH] со 0.000000001 [H],
• пикоо-хенри [pH] со 0.000000000001 [H].

Калем со 4 намотки со радиус од 1 [sm] има околу 100 [nH]. Повеќе кругови на бакарна жица околу цилиндер, поголемо впивање на нискофреквентен опсег.

И права жица има индуктивитет, не мора да биде намотана во геврек, иако во торус индуктивитет е поголем, а габаритот на калем е помал. Како аналогија за индуктивитет може да ја земеме способноста на калемот да биде електромагнет кога поток бруи низводно и угореводно или, надолу по ток и нагоре по ток.

Карактеристики и употреба на калем како елемент. Има две класични употреби:

• како електромагнет, жица низ која тече струја формира електромагнет без оглед дали е намотана или не е намотана околу железно јадро со повеќе навивки,
• во осцилаторни кола како филтер.

Однесување на калем приклучен на еднонасочна струја

Ако соленоид се приклучи директно на еднонасочна струја претставува кратка врска или мал отпорник, а бидејќи жица на калем има мал отпор поради должината ќе настане проблем, ќе изгоре осигурувач или ќе се стопи дискретен елемент. Калем може да се врзе серијски и така приклучен може да служи како заштита од шум – пригушница.

Однесување на калем приклучен на неизменична струја

Калемот формира електромагнет откако ќе биде вклучен на напон на краевите, но треба малку време додека жицата да се магнетизира. Тоа време е поголемо доколку има повеќе намотки, што математички дава поголем индуктивитет. Ова значи дека поток нема веднаш, туку пополека струјата расте додека не достигне максимум. Ова од друга страна значи дека доколку ја поставиме намотката во коло со наизменична струја, елементот нема да се однесува како кратка врска, бидејќи нема време за доволно поток. Слично како и кај кондензаторот, се јавува привиден отпор којшто се нарекува импеданса, односно реактанса. Реактанса на калем зависи од индуктивитет и фрекфенција. Поголем индуктивитет или поголема фрекфенција дава поголема реактанса, а и помал поток на струја во калем.

Микрокалем или пригушница

Ова е калемче мотано со тенка жица со многу намотки коешто личи на отпорник и е обележано со бои. Има величина во микро-хенри и служи во коло за да блокира високофрекфентни струи; се работи за филтер којшто пропушта само ниски фрекфенции, а тоа е поради релативно голема индуктивност. Проблем е што жицата со којашто е намотан е толку мала што има значителен отпор при еднонасочна струја од неколку оми, што доведува до греење во коло, а често и до прекин.

Кондензатор и индуктивитет се однесуваат спротивно во однос на другиот како елементи во кола. Со висока фреквенција, повеќе поток се набива во кондензатор, а зголемена фреквенција прави струја да се придуши, да се намали низ индукт. Индуктивитет е реактанса. Поток од наизменична струја со ниска фреквенција тече низ индукт, но низ кондензатор сосем малку.

Индуктивитет и кондензатор коишто создаваат осцилаторно коло коешто овозможува реакција кај два елементи да биде еквивлентно еднаква се нарекува резонантна фреквенција.

Секој објект има фундаментална резонанца, тоа е фреквенција при која се појавува неприродна вибрација којашто има аплитуда којашто е поголема од амплитудата при билокоја друга вибрација при друга фреквенција којашто би ја имал истиот објект. Ако имаме електрон со големина на топка којшто е закачен вертикално со спирала за плафон и ако го удриме електронот од лево или од десно, од долу или околу странично, без оглед на аголот и енергијата што ќе ја внесеме во системот, електронот порано или подоцна ќе се подеси ,,самостојно” во сопствената резонантна ,,позиција” и ќе вибрира во системот со пружина, нагоре и надолу со амплитудна величина.

Секој објект има една и единствена резонантна фреквенција, на пример кај лулашка во парк за забава за мали и големи деца, лулањето на системот има една резонантна фреквенција во која амплитудата на системот, синџири и седиште, заедно со железната конструкција во форма на голема буква А, споени со бетонски фундамент, долу, а горе, во спој со вратило, како и лизгачки прстени за лизгање на лулашка со синџири и седло и тн., формираат систем на резонанца со амплитуден максимум при лулање, којшто доколку се наруши, лулањето драматично се пореметува, иако максимална амплитуда е одлична за големи деца кога си играат скок во далечина.

Кола со коишто се овозможува бранување во етер и пренос на податоци на големи далечини, функционираат со осцилаторни кола; кола коишто формираат осцилации – резонантни системи. Резонантни кола се кола коишто пропуштаат едни фреквенции, а ги блокираат сите останати фреквенции. Резонантно коло со соодветна осцилација на осцилаторно коло коешто трансмитира електромагнетен бран, мора да биде ,,примено” од приемник со осцилаторно коло коешто ќе демодулира и интерпретира осцилација, и во таа смисла коло на трансмитер е ,,симетрично” на коло на приемник со логика во обратна насока. Всушност, се работи за брановиден и по малку ист, но крив правец.

Трансмитер има потреба од осцилаторно коло за да репродуцира носач на бран, а според принципот на симетрија, применик има потреба од осцилаторно коло за да третира носач на бран.

Симетријата е сеприсутна. Во кола со трансмитери и приемници, типична симетрична логика владеат парот микрофон и звучник, коишто трансформираат електромагнетен бран во механички бран којшто репродуцира аудио бранови и обратно, звук трансформиран во механички бран репродуцира индукција и сигнал.

RLC кола и филтри
Електроенергетски систем
Eлектромагнетен спектар

Во разни кола на филтрирање на бранови, филтрите вклучуваат формации од отпорници, индуктивитети, кондензатори.

Зголемено консумирање на активна моќ ја намалува фреквенцијата во системот.

Зголемено конзумирање на реактивна моќ го намалува напонот во системот.

Кондензатор со голем капацитет се користи на места каде што е потребно подигнување и ,,држење” на напон на соодветна величина и компензирање на реактивна моќ поради дефазирање или визуелно, се работи за просторно поместување во кумулативен бран помеѓу бран на струен вруток и бран на електромоторна сила.

Жица на индуктивитет и плочи без диелектрик кај кондензатор се електричен дел на кола, а железо во трансформатор и челични ламинати во вртлива машина околу и кај коишто се намотани електрични жици се магнетен дел на коло.

Индуктивитет со голем капацитет се користат на места каде што е потребно ,,држење” на струја на соодветна величина со компензирање на реактивна моќ поради дефазирање во бран помеѓу електромоторна сила и струен вруток или визуелно, се работи за просторно поместување во кумулативен бран помеѓу бран на електромоторна сила и бран на струен вруток.

Трафо репродуцира и активна и реактивна моќ, без оглед на величина и фактор на моќ на товар, и иако и вртлива машина репродуцира и активна моќ и реактивна моќ, кај мотори се користи само активна компонента од моќ којашто се трансформира во механичка моќ како полезна работа, во рамка на индустријска цивилизација од XX век. 

Во кола, полесно е да се обезбеди константен напон, отколку константна струја.

Мотор се проектира според излезна механичка моќ и поради тоа се цени и третира во киловати [kW], за разлика од трансформатор којшто се проектира и вреднува во „киловолт-ампери“ или во енергетика во „мегаволт-ампери“, [kVA] и [MVA] каде што е битно разбирање на абстрактната логика на равенката за моќ којашто е дадена со изразот:

P = V*I*cos(φ), 

P = V*I*cos(φ)*1.73, за трофазна компонента, 

според што, товарот може да биде со фактор на моќност 1, 0.9 или 0.8 или друго, што дава математичка рамка за тоа зошто трансформаторот се гледа како силос којшто во себе содржи количина на енергија којашто се трансформира во моќ во зависност од факторот на моќност на товарот.

Ток на моќ по фази кај полифазен и еднонасочен систем
Број на жици и врзување кај системи
Когнитивни вежби со бројки без формули

Излезна моќ од една фаза не е константна и средна моќ има вредност од половина од максимална моќ. Систем од една фаза има две или три жици, влезна и излезна, или, влезна, повратна и заземување.

Излезна моќ од две фази е константна и средна моќ има вредност од максимална моќ на една фаза. Две фази може да имаат уште една или уште две жици, од кои кај систем со три жици една може да биде неутрална или заземување, а струја низ заедничка линија е 1.41 пати поголема од струја по фаза, корен од 2, а во случај на плус две жици со две фази, една жица може да биде земја, а друга неутрална и тука не важи принцип на симетрични компоненти како кај трофазна мрежа, за равенка за моќ важи множење на напони и струи по два пати од фаза.

Излезна моќ од три фази е константна и средна моќ има вредност на максимална моќ од еден до пет пати од максимална моќ на една фаза. Три фази може да имаат плус една или две жици како четирижичен или петжичен систем (5), плус една жица (4) или да немаат дополнителна жица (3) што бара решение за заземјување на страна на шасија на апарат зошто дисбаланс ќе се враќа преку другите две до размрежување во 4.

Формули од полифазни системи не важат за системи со еднонасочна струја. Кај еднонасочни системи нема множење со фактор на моќ, ниту со бројка 1.73, корен од 3, како кај трифазни симетрични компоненти, ниту пак множење со број 2, помножено два пати кај двофазни системи со плус уште една или две жици, затоа што, еднонасочни струи и напони немаат реактивна компонента, туку само активна компонента.

Во принцип, можат да се користат повеќе фази во полифазен електричен систем различни од стандардниот трифазен систем, но трифазниот систем е наједноствен и ги има сите предности на балансиран полифазен систем. Полифазни системи со шест и девет жици се експериментално потврдени, но пренос и дистрибуција на ниво на вмрежување и размрежување, на пример кај трансформатори е сложена и скапа операција, трансформаторите треба да се шест и деветнамотни и тн. Идејата за полифазен систем којшто ќе има повеќе жици доаѓа од таму што се размислува за трансфер на поголема количина енергија од колку што носи трифазен систем.

Формули за еднофазен систем не користат множење со број 2 или со број 1.73, корен од 3. Формули за двофазен, четирижичен систем не користат множење со 1.73, корен од 3. Формули за трифазни системи не користат множење со број 2, помножено два пати. Формули со три жици со две фази имаат струја во заеднички спроводник којшто е 1.41 пати поголема од величината на струја во фазна жица, според тоа, корен од 2.

Трафо врзано за потрошувач и апарат врзан за трафо

Збир на сите трансформатори во електроенергетски систем, ја дава големата слика за конзумен лимит и е добра позиција за пресметки.  Збир на сите трансформатори во еден град дава конзумен лимит на град, на пример просечна потрошувачка во лето и зима, ноќе и дење. Збир на сите потрошувачи во една зграда репродуцира логика на симетрија при проектирање на величина на трансоформатор со којшто ќе се поддржува конзумен лимит во сите станови со просечен број на апарати по квадратен метар со агрегирани вредности на товари и тн.    

Според тоа, раздвојување на електромагнетниот бран на компоненти, кај машини во електроенергетскиот систем е лесно објаснив, да повторам, како електричен дел којшто е директно поврзан со поток којшто тече низ бакарни навивки, а сите компоненти коишто се поврзани со реактивна моќ како железо и изолација при репродукција на магнетно поле се поврзани со напон, и напон и кај електростатско поле.

Најголем дел од товарите во системот се отпор-индуктивни и затоа тука пишувам само за магнетно поле, а не за електростатско поле, коешто исто така е реактивно, кај кондензатори.

Зошто реактивно поместување кај електромоторна сила и електричен бран од индуктивитет со магнетно поле, се решава со елементи коишто создаваат електростатско поле коешто по природа не е исто со поле од индукција, затоа што се работи со различни просторни диспозиции и дисторзии на атомско јадро низ просторот? Не сум читал истражувања коишто укажуваат на симетрични резонанци меѓу хармоници коишто меѓусебно си влијаат внатре во системот по линија на парови полиња со иста природа на поле; разлики меѓу природа на електростатско и магнетно поле, според тоа, ставам знак на прашање за теза, но ако ништо друго барем да побарам дали има истражувања за.

Но, да продолжам, според тоа, загуби во електричен дел се по квадрат на струја според универзална равенка за моќ во електроенергетски систем, а кај магнетен дел, загуби зависат од електромоторна сила.    

Синхрон компензатор

И денес, но почесто порано беа користени синхрони компензатори за компензација којашто денес ја прават кондензатори. Се работи за синхрони машини коишто работат во „празен од“ со тенденција, реактанса од бакарните навивките на машината, фазно да ги синхронизира напонот и струјата во однос на системот. Синхрони компензатори порано се користеа почесто, но поради цена денес се користат не толку често.

Визија за автомобилски троли
Електрификација на автопат

Може да замислиме користење на надземна мрежа за возила од калибар на автомобили, мали камиони и камиони коишто влечат напон со трола по улици и булевари како и автопатишта, коишто имаат или векторско или скаларно управување во зависност од типот на мотор којшто влече. 

Когнитивен експеримент

Ако надземната мрежа е на еднонасочен или пак на наизменичен напон, во автомобилот ќе има соодветен преобразувач за соодветниот тип на мотор, што значи ќе имаме меѓуниво за преобразување коешто ќе вклучи од спуштање и исправување на напон до преобразување за потребата на моторот. Ако се работи за индукцијски мотор, тогаш ќе ни биде потребна контрола со променлива фреквенција. Ако надземната мрежа е со еднонасочен напон и ако имаме еднонасочен мотор тогаш контролата ќе биде скаларна. Ако пак имаме еднонасочен мотор, а влечеме напон од мрежа со наизменичен напон, тогаш ќе треба да се спушти напонот, да се исправи и да се управува. Ако пак имаме Тесла мотор, а влечеме напон од еднонасочна мрежа, тогаш напонот може да биде третиран како еднонасочен линк, а потоа со преобразувач ќе управуваме со моторот.

Моторите исто како и мрежата може да ги поделиме на нисконапонски и високонапонски, како и на среднонапонски, но тоа е само за да ги одвоиме составните елементи на системите кои ја прават целината на инфраструктурата во абстрактен, мисловен домен. Нисконапонската мрежа во принцип под 1000 [V] или 10/0.4 [V], не подразбира дека и поделбата на моторите може да се направи под тој лимит, но сепак, моторите на напон под 1000 [V], без оглед дали се мотори на еднонасочна или наизменична струја, се третираат како нисконапонски, коишто во исто време користат големи струи, а високонапонските мотори, во принцип над 1000 [V] трошат помали струи.

Принципот, повисок напон, помали струи како и понизок напон, високи струи е логички. Секако, моторите можат да се делат на многу начини, но следствено на претходното и по големина на моќ.

Триаголник-ѕвезда
Ѕвезда-триаголник

Моторите можат да се поделат на синхрони и асинхрони. Асинхрони мотори над 3 киловати се пуштаат со склопка триаголник-ѕвезда при што струјата се намалува за една третина од вредноста при директното пуштање на мрежа. Ако моторот е вразан во триаголник и е под 3 киловати струјата е над десет пати поголема од номиналната. Време на пуштање е до 5 секунди. Кога моторот доаѓа до стабилна состојба, контакторите на пуштање се враќаат во првобитните ѕвезда-триаголник. Индукцијските мотори се дизајнирани да работат поврзани во делта.

Врзување во ѕвезда и делта кај мотори со перманентни магнети на роторска страна.

Заземјување и неутрална линија

Струјата се затвора во моторот и се враќа назад по неутрална линија ако има небалансираност на системот или се заземјува во шини, а ако нема неутрална линија или заземјување, струјата се води низ другите навивки до моментот на спојување со земја. Разни системи постојат за неутрална линија и заземјување, некаде неутралната и линијата за заземјување се една линија. Трифазниот систем е генијална идеја со фазно поместени струи и напони за агол од 120 степени во една фаза во однос на останатите две фази репродуцирани во генератор, а коишто се „затвораат“ на другата страна на системот во една од другите две фази, со што енергијата може да се ,,носи” на огромни растојанија без големи загуби. Небалансирана енергија се враќа по неутралана линија наместо по фаза.

Визуелни облици на машини во режим на генератор и мотор

Обликот на машините е цилиндричен со радиус на ротор и радиус на статор, како и соодветни висини. Синхроните машини, без оглед дали се дизајнирани за репродукција на електрична енергија или работат во моторен режим, имаат визуелен облик како тркало, во делот на статорот, додека индукцијските мотори се со издолжена цилиндрична форма и личат на цевки, а роторските цилиндри кај индукцијските мотори во најголем број случаи имаат облик на кафез составен од два прстени на краевите коишто се споени со плоснати или кружни бакарни водови.

Алтернатор во сите автомобили има облик како и класична синхорона машина, впрочем алтернатор е генератор.

Синхрон или асинхрон мотор
Електромагнетно поле или магнетна релуктанса
Еднонасочен или наизменичен напон

Поделбата на моторите е различна според употребната вредност, ефикасноста, методот на управување на вртливото електромагнетно поле, употребените материјали за подобрување на дизајнот, напојувањето и тн.

Дистрибуирани или концентрирани намотки
Аксијален или радијален флукс
Кафезен или намотан, перманентни магнети или лимови на ротор

Индукцијските мотори на статорските навивки се со дистрибуирани навивки коишто имаат форма слична на синусоидата како и брановото движење на енергијата или пак бранувањето на водата, а статорот или е кафезен ротор во форма на кафез или пак е со „намотан“ ротор, a името, намотан доаѓа од таму што роторските навивки се мотаат во роторските канали. Концентрирани навивки се практикуваат кај мотори со радијален флукс, а кај мотори со аксијален флукс се користат комбинации од дистрибуирани и концентрирани мотања со бакарна жица.

Постојат и индукцијски мотори со намотан ротор во аксијална изведба со плоснати бакарни филаменти. Плоснати ленти од бакар се користат и кај аксијални мотори поради пакирање на флукс на мал простор за специјални апликации како ветeрници. Моќта на моторите со енергетика на топлина не можат да се споредуваат со овие решенија.

На пример, мотор со внатрешно согорување со килажа од 180 [kg] со излезна моќ на вратило на моторот од 140 [kW] има однос на килажа/тежина од 0.8 [kg/kW], а веќе се градат електромотори со тежина од 30 [kg] со моќ од 270 [kW] коишто имаат однос помеѓу килажа/тежина од 8.5 [kg/kW].

Разлики меѓу синхрон и асинхрон мотор

Конструкцијата на синхрона машина е комплицирана, додека конструкторската шасија кај индукцијска машина е едноставна, особено со кафезен ротор. Синхрониот мотор не може да се придвижи самостојно, додека асинхрона машина со закачување на трофазен извор тоа го прави самостојно. За старт кај синхрона машина е потребен извор на еднонасочен поток, а кај индукцијска машина, тоа го прави електромоторната сила како реакција на полето во статорот, со што посебен извор не е потребен. Кај синхрона машина брзината е синхрона без оглед на товарот, а кај индукцијска брзината се намалува со зголемување на товарот. Фактор на моќ може да се менува со менување на ексцитацијата кај синхрона машина, со што можно е да има каснење и предничење на компонентите коишто го образуваат факторот на моќ, а кај индукцијска машина, не е можна контрола на факторот на моќ и тука факторот секогаш касни како во рамката којашто овозможува индукција со каснење и лизгање, такаречи пливање на едно поле низ енергијата на другото поле по линија, вортекс или друг формат. Синхроната машина може да се користи за корекција на фактор на моќ, и се користи и како кондензатор – синхрон компензатор, којшто генерира реакција, додека индукцијската машина го нема тоа својство. Синхроната машина е скапа и одржувањето е често, а индукцијската машина е ефтина и за неа не се потребни посебни одржувања. При нагло додавање на товар кај синхрона машина, машината е осетлива и функционира со „враќање“ во синхрон еквилибриум, со таканаречен „лов“ до синхроната позиција, додека кај индукцијската машина нема таков феномен.      

Енергетика на магнетни полиња

Моторите лесно можат да надминат 10000 [rpm/min], a има и апликации до 18000 [rpm/min], додека кај возилата со мотори за внатрешно согорување, поради лимитите на енергетиката на топлина, клиповите, осовините и тн, бројот на вртежни не може да надмине 6000 [rpm/min] и поради тоа снажни електромотори не смеат директно да се врзат на оската на пренос, ако се прави конверзија на стари возила коишто се тркалаат по булеварите, но тоа исто така значи дека мора да се размислува и за отфрлање на принципот на пренос и влез со радикални решенија без пренос.

Секако, кај влечните шински единици, како трамваи и метро, пренос мора да постои, но исто и кај електричните автобуси, електричните камиони со трола, како и автобусите со трола односно тролејбусите. Причините за тоа е што во транспортот има лимит на брзини на движење по трасите без оглед дали се работи за асфалт или за шини.

Мотор во тркало

Се* почесто се размислува за комплетно отфрлање на преносот кај сите видови на електромобили и автобуси со вградување на мотори во тркалата, капиталистичката индустрија веќе го прифати предизвикот за серијска репродукција.

Од друга страна, на вода и под вода како и во воздух, отпорот на триење е различен од допирна површина меѓу тркала и земја. Апликации кај лесни електрични авиони и електрични хеликоптери како идни прототипови за воздушен такси превоз на добра и хумани, апликации за електрични бродчиња и лесни ненуклеарни подморници. Кај воздухоплови освен отпор од воздух, мора да се совлада и гравитацијата. Во вода, отпор на вода.

Логика на механички пренос
Тракцијски мотор. Хидротурбина. Ветерница

Аксиома без аксиома

Синхрони и асинхрони мотори вообичаено се користат на места каде што има потреба од константна брзина, а еднонасочни вообичаено се користат на места со променлива брзина на вртење. Но, надвор од аксиоми постојат исклучоци.

Индукцијски или еднонасочен?

Индукцијски мотор е полесен, има помала цена на производство, помал волумен, а лимитите за напон, брзина и моќност не се стриктни како кај еднонасочни мотори и можат рапидно да се променат од разни причини. Исто така, механички, индукцијски се поснажни, а сето тоа е поврзано со одржување, ако споредуваме трошоци во животен век на користење на електромагнетни машини, имено, во временски размер од дваесет до педесет години.

За електрични возила е битно да се сфати дека 3 фазните индукцијски мотори се само-стартни, со тоа што на саторските навивки е инсталиран извор, како варијабилен фреквентен преобразувач од кадешто моторот добива напојување и лесно управување на брзина со фреквенција, тоа е индукцијата, а пример и паралела, кај машините со енергетика на топлина, потребен е посебен еднонасочен мотор за да го придвижи вратилото на коешто се монтирани во линеарна конструкција клиповите за согорување на енергенсот.

Еднонасочни мотори се управуваат лесно, а асинхрони не се управуваат лесно.

Еднонасочни мотори
Серијски, паралелни, мешани

Кај серијските, статорските и роторските навивки во машината се поврзани во серија. Моментот во серијски врзаните еднонасочни мотори е директно пропорционален со струјата на квадрат, со што моментот е доста висок и таквата карактеристика се употребува кај мотори како лифтови, елевација и тракција. Кај паралелните, навивките на роторот и статорот во машината се поврзани во паралела. Кај мешаните, два типа, во комбинација се паралелни и серијски навивки поврзани прво со статорот, коишто го врзуваат роторот. Ако навивките поврзани за статорот се додаваат, варијантата се нарекува кумулативна или адитивна, а ако се дифиренцираат, што е глупав збор за одземање или минусирање, се нарекуваат мешана диференцијална.

Постојат и одделно ексцитирани еднонасочни машини, со одделна ексцитација за секоја од навивките поодделно, за ротор и за статор со одделни извори на напојување, што дава фини можности и слобода за регулација на моменти, брзини, моќи.

Елементарни својства на еднонасочни машини

• за фиксен товар, брзината на оската е пропорционална на напонот на арматурата
• за фиксен напон, брзината на вратилото е пропорционална на моментот којшто го вози вратилото
• моментот е пропорционален со струјата, без оглед на величината на напонот
• внатрешно, постои отпор и механичко триење, лизгања

Принципи на магнетика
Разлики во конструкција и карактеристики помеѓу исти типови на мотори

Серијски еднонасочни мотори и индукцијски наизменични мотори работат со интеракција помеѓу две одделни магнетни полиња коишто се привлекуваат и одбиваат. Индукцијска машина е иста како полифазен трансформатор со краткоспоен секундар и поради тоа се третира и како вртлив трансформатор. Кај синхроните машини има „заклучување“ во електромагнети, коишто формираат интеракција во заедничко вртливо поле коешто се бранува по временски променлив синусоидален закон. Синхрона машина има статор на индукцијска машина, а ротор на еднонасочен мотор, според тоа, се работи за конструкторска комбинација од еднонасочна и индукцијска машина. Релуктантниот мотор е стриктно магнетно привлекување. Релуктанен мотор стартува како индукцијски мотор, а се вози како синхрон мотор, поради тоа што е де-факто синхрон мотор, поради кострукцијата на испакнати полови во роторот и останатиот дел од роторската структура во машината.

Асинхроните мотори се разликуваат помеѓу себе само по конструкција на ротор, со тоа што со разни конструкции се овозможуваат разни облици на каракатеристика на момент. Намотани ротори кај асинхроните мотори по конструкција се во принцип исти, а кафезни ротори можат да бидат различни и тоа со бакарни прачки коишто се врзани со прстени на два краја, жлебови во ламинати на ротор во којшто се мотаат роторски бакарни навивки, па до два кафези вградени на иста оска, еден во друг. Во конструкција и карактеристики кај синхроните мотори практично не постојат разлики. Синхроната машина е дизајнирана за да одржува константна брзина. Кај еднонасочните мотори разликите во конструкција и карактеристики меѓу разните типови на мотори се огромни и според тоа има и огромен број на варијанти на мотори.

Еднонасочен мотор без четкички има лимит на брзини. Парадоксот на решението со ослабување на поле со физичко поместување меѓу ротор и статор може да се објасни ако го третираме полето како маса. Ако полето се третира како ,,планина”, самата идеја за придвижување има голем момент со еквивалеција на мала брзина и според тоа, ако масата е помала, брзината е поголема. Голема маса бара голема енергија за двигателот. Мала маса дава обратно, попрецизно ослабување на поле дава поголеми брзини, а за двете ,,брзини”, имаме две можности: Голем момент и мала брзина и мал момент со голема брзина. Ова решение се базира на импулсна модулација со ширина на бран или попознато како PWM pulse width modulation.

Овој мотор којшто парадигматски се нарекува, еднонасочен без четкички, е всушност импулсен, со наизменична ексцитација на навивките и контрола на наизменични бранувања со модулација на бранови. Еднонасочен, поради перммагнети коишто проектираат непроменлив флукс и наизменичен поради наизменичните импулси.

На линија на еднонасочен со четкички и еднонасочен без четкички, разликата е во повратните информации коишто во првиот случај ги обезбедува комутатор, а во вториот сензори (hall effect). Еднонасочните без четкички имаат ефикасност од 85-90%, додека еднонасочните со четкички ефикасност околу 75-80%. Кога магнетните полови поминуваат покрај сензорите, тие генерираат сигнали, HIGH или LOW, според што се определува позицијата на вратилото, оската. Ако насоката на магнетното поле е со обратна позиција, се менува и знакчето на напонот. Контролата кај еднонасочните мотори без четкички овозможува прецизна позиција на моторот.

Постои изведба којашто не смееме да ја заборавиме, а којашто често се среќава кај лесни електрични возила, од тип пред еволуцијата до еднонасочни мотори без четкички, имено, се работи за еднонасочен мотор со перманентни магнети со четкички, при што на статорската страна се фиксирани перманентни магнети, коишто репродуцираат непроменлив флукс и непроменливо магнетно поле низ ширината на роторот, а роторската страна, може да има две, три или повеќе намотки во зависност од структурата на моторот, коишто преку комутатор со две или четири четкички добиваат напон на 24 до 48 волти и повеќе, при што со едноставна напонска контрола, без посебни електронски преобразувачи како кај еднонасочен мотор без четкички, се обезбедува двигател. Оваа варијатна во режим на генератор е позната и како динамо, типична апликација со светло кај предно и задно тркало на велосипед и генератор на предно тркало коешто индуцира струја. Моторот на ниво на магнетни полиња работи со интеракција меѓу две одделни магнетни полиња, како кај еднонасочен мотор со четкички, всушност самата структура на ниво на видно поле е како да се работи за еднонасочна серијска машина со четкички, со специфично решение за статорот.

Фреквенција е директно врзана со брзина на мотор [rpm/min]. Поголема фреквенција, поголема брзина на мотор. Ако моторот нема потреба од полна брзина, максимум, фреквентниот преобразувач може да се искористи за намалување на фреквенцијата и напонот, според тоа подесувањето е фино според потребата за брзина. Овој тип на преобразувач обезбедува брзина на мотор којашто е пропорционална со товарот.

Фреквентен регулатор кај еднонасочен мотор без четкички
Забелешки за дизајн на фреквенцијски опсег  

Според научни студии, регулација со импулсни фреквентни наизменични сигнали е добра регулација, се обезбедува енергетска ефикасност. Со импулсна регулација се обезбедува аналоген сигнал од дигитален извор. Кај импулсната модулација, при дизајн на фреквентен регулатор, битно е да се разберат две компоненти и тоа, работен циклус, односно процентот на вклученост и исклученост на полупроводниците во еден циклус, и второ, односот којшто го има работниот циклус со фреквенцијата, односно со импулсите коишто се генерираат кадешто фреквенцијата одредува колку брзо се комплетира еден циклус, имено за 1000 херци, говориме за 1000 циклуси во секунда, а за 10 килохерци, зборуваме за 10000 циклуси во секунда.

Две работи за дизајн на контрола, имено, за дефинирање на спектар на фреквенции за импулсна модулација кај еднонасочен мотор без четкички: Загубите во железо се зголемуваат со зголемување на фреквенција и со „откинување“ на струјата, „откинување“ при вклучување и исклучување на прекинувачите, а загубите во преобразувачот се зголемуваат со зголемена фреквенција во ултрасоничен домен (околу 20 килохерци). Според тоа, дизајнот е зависен од загубите во системот. Дискусија околу возење над 20 килохерци би била интересна, поради тоа што се работи за домен вон подрачје на орган на човек за слушање: Уво. Средина меѓу двата фактори ќе даде сооднос на добар фреквентен домен и рамка за фреквенцијата за возење, со тоа што, битно е да се напомне дека еднонасочните мотори без четкички подобро возат на високи фреквенции, но фреквенцијата мора да се одбере така што нема да има големи пулсирања, „откачувања“, и „излегувања“ надвор од природната брановидност на струјата.

Заклучок за избор при дизајн на фреквентна рамка за имуплсна модулација: При 50 процентен циклус на импулсниот воз, мора да се измери брановидноста на струјата така што да е доволно мала, на пример под 5 проценти „излет“ од обликот на струјата во синусна форма во вообичаен циклус. Секако, додавање на индуктанса во серија со моторот е исто така опција, како придушување, ако електрониката не е во можност да вози доволно големи фреквенции. Клучно, загубите во системот ја дефинираат рамката на фреквентното возење.

Системите со електрични мотори консумираат 65% од електричната енергија во индустријата. Фреквентните преобразувачи обезбедуваат мек старт на мотори, регулација во широк опсег на фреквенции и напони, регулација при термички напрегања и тн.

Константното магнетно поле во роторот кај овие мотори (еднонасочни без четкички и синхрони мотори со перммагнети) не може да користи индукција за старт и поради тоа овие мотори имаат потреба од варијабилен фреквентен извор на моќ, односно, инвертер или електронска контрола на брзина.

Напон и фреквенција кај наизменични машини, без оглед дали изворот е вод или инвертер, се пропорционални со број на вртежи во минута со вратило на машина – ротор. Така што со контрола на фреквенцијата се контролира брзината на моторот, а со амплитуда на инвертиран бран, се контролира моќта на моторот.

Во тестовите на мотор со ослабување на поле, со физичко поместување на цел статор, можеме да го сопоставиме тестирањето на ист тип на мотор, но со ротор којшто не е надворешност, туку е внатре во „дупката“ како кај класична машина.

Препознавање на моторите е когнитивна вежба, во случаите со овој тип на мотор, гледаме каде се проектира флуксот, имено, кон внатре или кон надвор.

Четкичките кај еднонасочните мотори се тектонска точка. Еднонасочните мотори како стандард се покажаа како одлични во големи порции во индустријата во дваестиот век, а четкичките се третираат како зафат и операција и потребно е сериозно одржување. Четкичките може да искрат и не се добро решение во средини со запалливи соединенија. Исто така, искрењето прави електромагнетни интерференции – шум, коишто може да наштетат во близина на трансмитери и емитери на електромагнетни бранови, телевизија и тн.

Момент е директно поврзан со струја во навивки.

Кај мотори со перммагнети се појавува дополнителен ефект којшто го прават магнети на статорски челични лимови поради тоа што магнети создаваат дополнително бранување, без оглед дали статорските навивки се ексцитирани или не. Таквиот ефект го нема кај Тесла мотори, еднонасочни мотори и синхрони машини со намотан ротор.

Тешки или лесни мотори
Мотори за автобуси, тролејбуси, трамваи
Робусни или микромашини

Синхрон или асинхрон?

Синхрони машини со перманентни магнети се градат за моќности над 750 киловати за генератори и за апликации под 6 киловати за електрични возила, а како и синхроните со намотан ротор имаат поголема ефикасност и фактор на моќност отколку индукцијски, но цена за репродукција за исти номинални параметри е повисока.

Наизменични машини, се составени од ротор == којшто репродуцира поле и систем од инвертeр + (извор) без којшто арматура не може да функционира.

Вратило со ротор прави целина. Кај синхрона машина од вертикален тип, има конструкторски предизвик кај системот на лагери коишто ја оптоваруваат спојката на машината дополнително поради тоа што целата тежина ,,лежи” вертикално. Кај хоризонтални машини и од синхрон и од асинхрон тип, и кај еднонасочни, овој тип на проблем на постои поради тоа што тежината рамномерно е распределена на системот, ротор, вратило, лагери и тн.

Примарна страна на трафо е еквивалентна со примарна страна на синхрона и асинхрона машина

Наизменични напони кај асинхрона и синхрона машина се исти, затоа што доаѓаат од мрежа, што дава одговор на тоа дека по конструкција овие две машини на статорски дел во однос на напојување се идентични. Ако одиме и понатаму, примарна страна кај трансформатор е електрично идентична со статорска страна на синхрона и асинхрона машина.

Реверзибилен или нереверзибилен мотор

Се сведува на способноста на системот за комутација.

Синхроните машини пак со перманентни магнети се делат на две насоки, на синхрони машини со перманентни магнети и синхрони машини без четкички. Разликата е во статорските навивки при што кај едните има дистрибуирани навивки коишто се слични како кај индукцијските мотори и симулираат синусоидална форма, но исто така имаат и синусоидално напојување како и синусоидални струи, а кај другиот тип навивките се трапезоидни и симулираат форма на напојување и струи коишто по формата на брановите се квадратни.

Аксијална или радијална изведба

Пакирањето на флуксот кај машините со перманентни магнети може да се изведува со силување на линиите по линија на радиус од тркалото или круг, или по линија на теснолнејка којашто е паралелна со оската на кругот или минимално, со центарот на кругот.

Според тоа, кај изведбите со овој тип на конструкција, ако се следи ленцово правило по радиус или по оска, а коишто се затвораат низ магнети и ламинати до соседна навивка, го даваат соодветното магнетно поле.

Изведбата со радијален флукс може да има две верзии кадешто магнетите се монтираат или на статор или на ротор.

Изведбата со аксијален флукс може да има безброј варијанти, но во принцип се работи за магнети само од една страна на навивките или пак за специјални варзии на моќни машини со два пара магнети од двете страни на навивките коишто прават структурен конструкторски проблем поради јаки магнетни полиња коишто се затвораат и ја деформираат конструкцијата, што додава нов елемент кон решението а тоа се карбонски филаментации и влакненца.

Ретки елементи и хистерезис

Овие два типа на машини денес претставуваат сериозна „закана“ за индукцијските мотори поради се* почестата употреба на ретки природни елементи од Менделеевиот систем коишто овозможуваат густ флукс, а по перформанси, споредено меѓусебе се слични. На крај, се работи за два типа на синхрони мотори со перманентни магнети на роторите.

Синхроните машини без четкички се „возат“ на електроника со форсирани или линијски комутации, прецизно, на импулсна модулација, а не на механички четкички за контрола на струјата во навивките.

Управување на мотори
Скаларна или векторска контрола

Моторите се конструираат да работат со константна брзина на вртење и со константна моќ. Потенцијал со знакче плус и знакче минус на напон и на струја контролираат брзина на вртење на влечна единица кај еднонасочен мотор.

Векторска контрола е контрола на моќ или контрола на поле, каде што реактивен елемент преку навивки во мотор контролира поле, а активна моќ контролира момент. Векторска контрола се користи кај двигатели со променлива фреквенција со индукцијски мотори коишто работат на фреквенции различни од системска фреквенција.

Скаларна контрола е контрола на величината на напон при константен момент. Типична е кај еднонасочни мотори со управување на брзина со контрола на напон на арматура, со контрола на импеданса во арматура и со контрола на флукс.

Релуктантни мотори
Долга или кратка патека на флукс
Симетричен или асиметричен мост

Се користат за контрола на брзина, а денес се интересни поради тоа што роторот е од парчиња лим коишто се вртат врзани во електромагнет со статорските навивки преку флукс којшто се проектира низ ѕјајот. Но, флуксот „патува“ 1000 пати подобро во магнети или во железо, отколку низ воздухот. За да се намали ѕјајот, се репродуцираат специјализирани полови на роторот и на статорот коишто овозможуваат доста помало „шетање“ на флуксот низ воздухот, имено, половите се блиску едни до други.

Истражувањето на релуктантните мотори е добра можност за пробив поради ниските трошоци за производство, а Европската унија има програми дизајнирани токму за истражувања на овој тип на мотори. Релуктантни мотори имаат големи вибрации и бучава, па истражувања се насочени и кон регулирање на брзина на статорско поле, бучава, ламинати на ротор и вибрации на лежишта на оска на ротор.

Симетричниот мост ги напојува сите влезни гранки со иста величина на напон, според тоа и излезните напони од секоја гранка имаат иста величина, но доколку барем една од фазите не се напојува со иста величина на напон, мостот станува асиметричен. 

Комутација е состојба на менување на фазните струи во навивките на моторот доволен број на пати за да се провоцира движење, попрецизно да се репродуцира момент во роторот.

Дистрибуираниот тип на навивање на статорот е најчесто користената техника кај наизменичните мотори.

Индукцијски мотор

Робусен, оперира лесно во тешки услови, ефтин и има лесна конструкција, нема четкички, лесно се одржува, нема потреба од комплексен систем за старт, трифазните и двофазните се стартуваат автоматски со вклучување на мрежа, работат во хазардни услови, немаат искрења како во случајот со еднонасочни мотори. Можат да работат со големи преоптеретувања, но тоа не ја менува драстично брзината што значи дека при преоптеретување, брзината е скоро иста со константната и затоа индукцијските се добри на места каде што има потреба од констатна брзина на вртење. Стартот на индукцијскиот мотор е предизвик, поради тоа што струите се од 4 до 6 пати поголеми од номиналните.

Кај асинхрониот мотор со два кафези, на роторска страна, ако ја гледаме базната идеја дека почетниот момент зависи од отпорот во роторот, тогаш, како во типичен случај со асинхрон мотор со еден кафез, не можеме да додаваме надворешен отпор на моторот, со што не можеме да го зголемуваме и намалуваме почетниот момент, затоа што на пример кај асинхрон мотор со намотан ротор којшто има голема импеданса, на којшто исто така може да се монтираат лизгачки прстени, се зголемуваат загубите во бакар, и со тоа и ефикасноста.

Почетниот моментот на асинхрона машина со два кафезни ротори е голем, надворешниот кафез има големи загуби поради големата импеданса, внатрешниот кафез го редуцира факторот на моќ, а поради помалата ефикасност, но и со големата цена на репродукција, овој тип на изведба е повеќе исклучок, отколку стандардна опција, но е добра меѓу зона за размислување од асинхрон мотор со еден кафез до асинхрон мотор со намотан ротор.

Сите варијанти на асинхрони мотори, со намотан ротор и со лизгачки прстени, со кафезен ротор или со два кафезни ротори, имаат своја логика во разни апликации, вклучувајќи ги почетниот момент, загубите и ефикасноста, брзината на вртење со воедначена моќ во разни режими на работа и тн. кај кранови, компресори, кај чести пуштања и стопирања на подвижни траки во фабрики.

Да го деструктурираме индукцијскиот мотор со два кафези, затоа што за таа машина не сум пишувал. Имаме надворешен и имаме внатрешен кафез. Надворешниот или кафезот „горе“ е стартен кафез, додека внатрешниот кафез е кафез којшто го вози моторот, по постигнување на номинални параметри. На старт, отпорот во внатрешниот кафез е голем и тука струјата е мала, за разлика од внатре, надворешниот кафез има мал отпор и тука струјата е поголема, а моментот и струјата се пропорционални, што значи и моментот како активна компонента од електромагнетниот бран дава резултат на зголемен почетен момент од 2 до 2,5 пати од моментот којшто го има моторот при полн товар, а струјата од 3 до 5 пати поголема од струјата на полн товар.

Во точка кога моторот достигнува номинална брзина на возење според табличка на моторот и веќе е одмината фазата на старт, улогата на овие два кафези по сила на физика инверзно се менуваат, види дијаграм, при што фреквенцијата на роторската струја се намалува, импедансите си ги менуваат улогите, кадешто внатрешниот кафез има мала импеданса и голема струја, а надворешната страна има голема импеданса и мала струја, со што се добива посакуваниот момент за апликацијата. Секако, тука улога при овие инверзии на струи и моменти игра и конструкцијата на бакарните прачки и во двата случаи, види слика.

Синхрони мотори со кафезни ротори

Пресек на индукцијска машина

Како и кај трафо, иницијалната струја повлечена од примарот е голема, во краток период. Голема струја на старт повлекува пад на напон на линија на трифазен вод, според тоа, стартот мора да се регулира.

Контролата на брзина е тешка при низок товар при што факторот на моќ е низок, а ефикасноста во таков случај паѓа затоа што факторот на моќ влече големи струи што дава големи загуби во бакар. Индукцијските мотори со кафезен ротор имаат слаб момент при старт, па за тракција и за дигалки тоа е проблем, а индукцијските мотори со намотан ротор и лизгачки прстени имаат добар стартен момент. За да се добие повисока брзина кај моторите се користат преобразувачи коишто снабдуваат повисока фреквенција, што е особено значајно кај асинхроните машини. Од друга страна стартен момент кај еднонасочни моторите е силен робусен удар.

Старт на индукцијска машина

Старт на индукцијска машина се прави на повеќе начини, со резистивна контрола, отпорници, којашто ги лимитира струите и со тоа и напоните во статорот и со тоа целиот процес, понатаму со автотрансформатор, или со склопка ѕвезда – триаголник. Сите имаат базична идеја да ја лимитираат струјата на удар во статорот и пад на напон во водот на којашто линија се закачени и други апарати.

Кај индукцијска машина на којашто со роторот врзан во ѕвезда се поврзани лизгачки прстени, додавањето на реостати – отпорници, ја регулира струјата на старт, ја намалува, иако, ако гледаме од статорска страна, статорот добива напон од линкот на водот, што значи, под системски напони и со тоа и струи, но контролата ја регулираме од страна на роторот, со реостатски ормари. Но, фина работа со индукцијска машина е што може да се вклучи директно на трофазна мрежа без преобразувачи и дополнителна опрема со стандардни параметри на системот, напони, струи, и се разбира, системска фреквенција.  

Старт на колекторски мотор

Кај еднофазните мотори потребно е коло за старт и движење, така на пример, за тоа се користат кондензатори кај кондензаторски мотори. Во принцип тоа се два кондензатори. Се нарекуваат и колекторски мотори, затоа што се напојуваат од наизменична мрежа, „собираат“ струја со четкички коишто прават комутација со механички комутатор, на пример кај бормашини. Сепак, четкички не можат да се дозволат кај апликации како фрижидери коишто работат по 40 до 50 години без прекин. Старт на колекторски мотор напојуван од една фаза од трофазен систем, значи дека статорот и арматурата мора да имаат електромагнетни полиња коишто се спротивставуваат едно на друго со аголна разлика меѓу флуксовите за да има принцип на индукција меѓу две намотки и тука на едната страна се монтира кондензатор којшто прави дефазирање на електромагнетниот бран во намотката (арматура) во којашто треба да се репродуција електромоторна сила, за да се случи развртување.

Еднофазен мотор има примарна и секундарна навивка. Ако нема кондензатор, двете навивки произведуваат магнетно поле од иста фаза којашто не создава момент. Со кондензатор серијски врзан за секундарната навивка, магнетното поле коешто го репродуцира, касни зад магнетното поле коешто се креира во примарната навивка, и оваа фазна разлика создава момент и моторот се развртува. Еднофазнте мотори имаат два кондензатори, за старт и за возење. Вредноста на кондензаторите за старт на моторот се и до 100 и повеќе микрофаради, додека кондензаторите што го возат моторот се помали и се од 25 до 50 микрофаради.

Табели за еднофазни и трофазни мотори
Струи, напони, фактор на моќ

На табелите, моторите се третирани под полн товар со 1450 [rpm/min] со средна ефикасност и фактор на моќ. Моторите со поголема брзина влечат помала струја отколку што обично се прикажува на тебелите. а моторите со помали брзини, имаат поголеми струи. За инженерски пресметки, бројките во табелите не треба да се земат како такви, туку, потребно е да се имаат во предвид реалните состојби, а стварните пресметки да се изведат рачно, секако на сите мотори постојат таблички со измерени и тестирани стандардни вредности.

Старт на еднонасочна машина

За заштита на еднонасочен мотор од оштетувања од високи струи и снажен момент при старт, се користи стартер, со отпорници, тиристори и тн. Стартерот кај еднонасочен мотор обезбедува надворешна отпорност за моторот, којашто се поврзува во серија за арматурната намотка со што се ограничува струјата на дозволено ниво. Равенка за напон кај еднонасочен мотор:

E = E_b + I_aR_a  или  

I_a = (E – E_b) / R_a

Кога моторот не работи, електромоторната сила е E_b = 0 (back emf). Од тука, струјата во момент на старт е I_a = E / R_a, каде што E е напон на изворот, а R_a е отпор. Практично, отпорот во арматурата е низок и до 0.5 [Ω]. Според тоа, голем поток струја тече низ арматурата на старт. Оваа струја е снажна до толку што може да го оштети арматурното коло. Поради тоа, можно е да се случат неколку феномени: Осигурувачите може да изгорат, а арматурната намотка и четкичките за комутација може да се оштетат, понатаму, се репродуцира снажен момент, а моментот е пропорционален на струјата и овој момент може да формира силна центрифугална сила којашто може да ја оштети арматурата, и доста битно, други товари закачени на истиот извор, како вод-линк или друго, може да имаат сериозен пад на напон.

Голем еднонасочен мотор споро ќе дојде до номинална брзина поради инерцијата на роторот. Од тука, спората реакција на електромоторната сила во арматурата, дава одржување на голема струја подолго на почетокот. Ова може да направи штети. Заштита за тоа е стартер. Мал еднонасочен мотор може директно да се врзе со изворот преку контактор или прекинувач. Тука нема оштетувања зошто до номинална брзина се доаѓа брзо поради мала инерција на роторот. Така, големата струја на старт ќе се намали поради брзото генерирање на електромоторна сила (back emf).

Структура на индукцијска машина
Намотан ротор или кафезен ротор.

Асинхрони мотори со кафезен ротор се користат кај пумпи коишто работат под вода, мотори со размена на топлина, транспортни уреди како лифтови, нуклеарни централи, а асинхрони мотори со намотан ротор се користат кај кранови. 3 фазни асинхрони мотори имаат помалку вибрации, кај пумпи, компресори и тн.

Индукција

Статор добива трифазен наизменичен напон. Се репродуцира наизменичен флукс во статорски навивки поради наизменично напојување. Флукс се движи со синхрона брзина, бран се движи заробен во круг во навивки. Вртлив флукс формира временски променливо ротирачко магнетно поле.

pic.twitter.com/SYBshVt6Qv

— dave 🐝💣 (@beesandbombs) June 3, 2019

Поле во статор и поле во ротор, коишто формираат резултантно поле меѓу индукт-индуктор, се движи едновремено. Сепак, колку и да се третира резултантно поле како временски променливо со иста резултантна брзина, ако системот на полиња се гледа како просторно изолиран, вкупното поле е неподвижно

Трансферзален бран се бранува во статорот и индуцира бранување во роторот. Бранувањето на брановите на водата ги вознемируваат воздушните маси над водата и водените маси под површината на водата да се брануваат во ритам на подем и пад и повторното подем и пад на бранот. Полето во статорот индуцира струја во роторските навивки, а кај кафезните ротори во прачките и според ленцовото правило на десна рака, во прва просторна димензија се бранува флукс, во втората просторна димензија се индуцира бран на струја, а во третата просторна димензија се бранува напон, при што во процесот се репродуцира електромоторна сила, кадешто сите величините се изместени во просторот под агол од 90 степени и репродуцираат кумулативна тродимензинална форма. Додавање на четврта димензија го дава променливото временско бранување на флуксот, струјата и нанопот, формирајќи носач на сила, имено електромоторна сила бранува во синусни подеми и падови.

Забелешка: Електромоторна сила не е напон, електромоторна сила не е исто што и напон. Кога ја формулирам визуелно логиката во текстот со наизменичко комбинирање на зборовите ,,напон” и ,,електромоторна сила”, тоа не значи дека тоа се синоними, ниту дека се работи за ист феномен со два различни називи. Математичката логика во електротехника понекогаш е проблематична. Електромоторната сила е сила којашто се појавува како феномен кога имаме густо пакирање на полнежи од електрони, имено, колекција од електрони создаваат напон, типичен случај е батерија, но кога електроните се пакирани и набиени едни до други, повторно пример со батерија, се случува феномен на одбивање меѓу електроните коешто формира електромоторна сила којашто движи, или познато како 1 од 4 фундаментални сили во природата, именувана како електромагнетна сила. Напон е разлика во потенцијал меѓу две точки, струја е ток на електрони, а електромоторна сила се појавува прво под дејство на снажна компресија на електрони коишто делуваат меѓусебно, а потоа поради потенцијална разлика меѓу две точки, силата добива насока; на пример кај пермманентни магнети може да се почувствува и види феноменот на привлекување и оддалечување, при што блискост на магнети со ист знак силно резултира со одбивање, тоа е силата, а магнети со обратна поларност се привлекуваат.

Кај перманентен МАГНЕТ, силата на привлекување и одбивање и флукс како магнетни силови линии се јавува како феномен поради спинот на електронот во атомското јадро. Бранот, приметуваме во вода, патува во далечината до релаксирање, по патот надминувајќи препреки и отпори, „индуктанси“ и тн. Според тоа, електрони имаат полнеж и репродуцираат електрично поле, без оглед дали се движат или не, а електрони коишто се движат проектираат и магнетно поле, според тоа унијата на полиња дава електромагнетната сила како кумулативна сила на електрично поле и магнетно поле.

Во ротор се побудува наизменичен флукс. Насоката на струјата во роторот е таква што се спротивставува на причината за нејзиното производство (Ленцово правило), а тоа создава електромоторна сила којашто репродуцира релативна брзина меѓу статорското ротирачко магнетно поле и роторот.

Ротор се обидува да го стигне ротирачкото магнетно поле, се случува „лизгање“, прецизно, роторот касни зад полето на статорот. Според тоа, роторот „се лизга“ и касни механички, иако резултантно поле коешто е збир од поле на индуктор и индукт се движи со иста брзина. Повеќе товар, поголемо „лизгање“, помал товар помало „лизгање“, според тоа, лизгање зависи од величина на закачен товар.

Ротација на мотор при движење за напред и за назад. Промена на насока на движење на мотор.

Со измена на редоследната позиција од напојувањето на билокои две од три фазни гранки, се менува ротацијата на движење на моторот, просто, од напред за назад или од назад за напред, со запирање во место, помеѓу движење за напред или за назад. Промената се прави со промена на местата на фазите на треминалите на било кои две намотки, при што така променети, сите намотките со „новата“ конфигурација го менуваат редоследот на ексцитација. Што значи тоа? Во статорски дел, намотките се фиксни, но на надворешната шасија на моторот се менуваат контактни терминали од напојувањето со склопка, a овој принцип важи и за менувач кај електрично возило.

Брзина на ротација на вратило кај индукцијска машина 

Во режим на генератор и мотор, кај индукцијски генератор vs. индукцијски мотор, ротација на вратило со излезна механичка моќ и ротација на магнетно поле во синусни навивки, имено, во режим на генератор, брзина на вратило-ротор е поголема од брзина на вртливо магнетно поле во статор, а повисока фреквенција на ексцитација од вртливото магнетно поле коешто ги ексцитира навивките во статорот со што се добива повисок потенцијал во нив од роторско поле кое е добиено со индукција, но роторот мора да биде врзан за извор за ексцитација за да се случи генераторски режим, интересен наизменичен механизам – енергијата добива обратен ток, а во режим на мотор, вртливо магнетно поле на статор има поголема брзина од брзина на вратило на ротор.

Ова објаснување е доволно за разбирање на два режими кај електрични возила коишто се движат со качување по планина со влечење на напон од мрежа и со спуштање со враќање на енергија во мрежа или полнење на систем за напојување, или тргнување на возило и влечење струја од мрежа и кочење и враќање струја назад на мрежа или во системи во возилото со ползување на инерција на возило до застанување. Враќање енергија на мрежа е можно ако за тоа постојат услови и нема лимити во однос на мрежа, којашто може да биде еднонасочна и наизменична. Сепак, битен е принципот.

Квадранти и режими 

Движење за напред во моторен режим е познато како работа на машина во прв квадрант каде на х-оска може да се проектира брзина или струја, а на ипсилон-оска може да се проектира напон или момент во однос на тоа што бираме за носачи на 2Д матрица. Прв и трет квадрант во таа смисла резонираат, трет квадрант е движење во моторен режим за назад, (со почеток од 0 до 90 степени и од 180 до 270 степени).

Движење за напред во режим на генератор е познато како работа на машина во втор квадрант во насока обратна на сказалки на часовник каде на х-оска може да се проектира брзина или струја, а на ипсилон-оска може да се проектира напон или момент. Втор и четврт квадрант (со почеток од 90 до 180 степени и од 270 до 360 степени) во таа смисла резонираат, втор квадрант е режим на генератор за напред како на пример бесконечна удолница, а четврт квадрант обратно, режим на генератор за назад.

Ре-генерација – проста и строга дефиниција

Сите мотори се генератори.

Сè што е потребно за мотор да регенерира ел. енергија, имено, да работи во режим на генератор е да се овозможи брзината на роторот да биде поголема отколку што ја има роторот кога се движи во режим на мотор или, би се рекло, брзината на роторот да биде поголема отколку кога роторот се движи самостојно, но и да има ,,закачен” систем за ексцитација, на навивките на роторот, како вод под напон или инвертер. Способноста за регенеративно, рекуперативно кочење е особено битно за електрично возило, поради тоа што со систем на преобразување којшто овозможува двонасочен ток на енергија, преку тракцијата на објектот се добива и до 25%, а некаде поради топологијата на теренот и типот на возило и до 30% плус автономија – повеќе километри, според тоа ако има опција, кај возило да е овозможено регенеративно управување при набавка или ако се пак гради возило со регенеративна стратегија, тоа на долг рок, или во животен век на електрично возило од 20 до 40 години дава одлични резултати.

Синхрон мотор

Се напојува од 3 фази на статорски навивки, а ротор се напојува или од еднонасочен напон или од перманентни магнети. Магнетни полиња на статор и ротор се „привлекуваат“ и се заклучуваат во електромагнетна врска и нема лизгање меѓу статор и ротор како кај асинхрон мотор.

Синхрон мотор е мотор напојуван со наизменична струја, каде што ротацијата на вратилото е синхронизирано со фреквенцијата на струјата од напојувањето, ако е системска фреквенција, тогаш за циклус од 50 херци, менувањето на насоката на струјата е 100 пати, во секој циклус се менува насоката од плус кон минус и од минус кон плус 2 пати, според тоа, синхронизацијата на синхрониот мотор е со интегрален број на циклуси во смисла на наизменично менување на насоката на струјата. Синхроните мотори имаат мултифазни, статорски електромагнети коишто формираат магнетно поле коешто ротира во такт со осцилацијата на линијската струја. Ротор со перммагнети или електромагнет „чекори“ во исто време со статорот и тоа дава резултанта на второ синхронизирано ротирачко магнетно поле. Синхрониот мотор се третира и како двојно напојуван, ако има одделно ексцитирани електромагнети на статорот и роторот.

Синхрони машина и индукцијски машина работат со наизменична струја. Разликата меѓу двата типа е што синхрона машина ротира со брзина на линијска фреквенција на напојувањето, на пример, синхрони генератори работат типично на системска фреквенција, и во исто време, синхрониот мотор не работи на индукција за да произведе електромагнетно поле во роторот. Индукцијскиот мотор од друга страна, има потреба од лизгање меѓу статорското и роторското поле за да се случи развртување на моторот.

Синхрон генератор

Еднонасочниот напон создава стационарно магнетно поле коешто се развртува од надворешна дополнителна опрема или пак се ексцитира од самовозбуда од намотките на истата оска од намотаниот ротор со комутатор или од самовозбуда без четкички со серија на трансформации од еднонасочен во наизменичен напон; до постигнување на брзина којашто е синхрона со полето во статорските навивки и во тој момент двете полиња се во електромагнет. Полето на еднонасочниот напон на роторот се движи и индуцира струја во трифазни навивки на статор.

Стационарно магнетно поле се всушност силови линии коишто се „оптегнуваат“ помеѓу полови на магнет како праволинијски проектирани струни, за разлика од синусоидално временски променливо магнетно поле коешто не се бранува како бранување на вода затоа што вода де-факто тече, а магнетно поле формира згуснувања и опуштања на патеки по коишто се проектира флукс.

Перманентните магнети исто така создаваат стационарно магнетно поле, а тоа се содава поради спинот во атомското јадро кај електроните.

Демагнетизација кај перманентните магнети е од ред на дваесет години. Демагнетизација е процес на ослабување на полето со тек на време.

Синхроните машини се нарекуваат синхрони поради тоа што роторското и статорското поле се возат на иста фреквенција и полето во статорот се врти со иста брзина како аголната брзина на роторот и во обратна апликација правилото вреди; они се синхронизирани, брзината е синхрона.

Решенија со мотор кај корпоративни електрични возила

Поделбата на моторите ја раскршивме, но за практична апликација во електрични возила од сегментот на електромобили за булевари и за теренски возила, поделбата ќе ја сведеме на три гранки, имено, на еднонасочни, на наизменични и на мотори со специјална намена.

Опсег на напони кај мотори и батеријски модули во серијски производства: Еднонасочните мотори во пракса користат опсег на напони под 200 [V], а трифазни наизменични мотори се возат на напони под 400 [V], но секогаш има исклучоци во зависност од повеќе фактори. Nissan Leaf и Тесла работат на работни напони од околу 400 [V], но иако за моторите на Тесла нема јавни податоци, сепак, има здраворазумска логика. Номиналните напони пак, за батеријски модули за електрични и за хибридни возила, се движат во рамки на напони од 200 до 350[V], а лесни електрични возила, под 100 [V].

Еднонасочен серијски со четкички се користи кај Fiat Panda Elettra, предностите се, максимален момент при ниски брзини, а лоши страни се, робусен дизајн, генерирање на топлина околу четкички, и не доволно ефикасен како други мотори за електрични возила од ист сегмент. Еднонасочен паралелен со четкички се користи кај Mazda Bongo.Одделно ексцитиран еднонасочен мотор со четкички се користи кај Conceptor G-Van.

Еднонасочен без четкички или наизменичен импулсен се користи во Toyota Prius (2005), Suzuki Senior Tricycle. Поефикасен е од асинхрона машина, полесен, помал и има подобар трансфер на топлина, посигурен. Негативни страни се тоа што кога се зголемува брзината, се намалува моментот, доста е скап и најбитно има кратка континуирана моќ.

Синхрон мотор со перммагнети се користи кај Toyota Prius, Toyot RAV4, Nissan Leaf, Nissan Altra, Honda EV Plus, нема потреба од пренос, а во исто време овозможува различни брзински рангови, ефикасен е, компактен и добар за сегментот на in-wheel, дава голем момент при ниски брзини. Сепак има проблеми при високи брзини со магнетното поле во железото на страна на намотките, кадешто за загубата на железна „маса“ за полето се барат решенија со различни типови на намотки. Апликација: Leaf има синхрон мотор од 80 [kW] (107 hp) со 280 [Nm] (28 килограми на метар) со преден погон, со литиум-јонска батерија од 24 [kWh] со моќ од 90 [kW] (120 hp), а моторот има елегантна континуирана воедначена моќ и не му е потребно да менува повеќе брзини со пренос, туку се вози на една брзина, како еднобрзинска редукција, а за назад, по стоп, се прави елегантна електронска комутација и возилото се движи назад.

Индукцијски мотор се користи кај Tesla Model S, Tesla Model X, Toyota RAV4, GM EV1, Ford Think City, Fiat Seicento Elettra. Предноста е очигледна во системот за комутација, базиран на принципот на индукција. Контролата на полето е како кај одделно ексцитирани еднонасочни машини. Апликација: И Tesla и Leaf користат ист систем со еден степен за редукција, исто како и секој класичен диференцијал во возило. Редукцијата репродуцира мултиплициран момент.

Синхрон релуктантен се користи кај Chloride Lucas. Едноставен, робусен, со можност за високи брзини, ниска цена, константна моќ со голем опсег на траење, висока густина на моќ. Проблем со бучава, ниска ефикасност, голем зафат на шасија, потежок, комплексна контрола на релуктанса.

Синхрон релуктантен со перммагнети се користи кај BMWi3. Решени демагнетизирачки проблеми којшто ги има синхрон мотор со перммегнети во ротор, ако роторот е дизајниран како внатрешен дел на машината. Има повеќе моќ од синхрон релуктантен мотор.

Tesla Model 3 користи синхрон релуктантен со внатрешни перммагнети за задната оска на којашто е монтиран двигател со еднобрзинска редукција којшто е примарен, и 3 фазен индукцијски мотор којшто се користи и во моделите Tesla Model S/X за предната оска на возилото како секундарен двигател.

Аксијален со перммагнети се користи кај Renovo Coupe. Железо не се користи, нема статор, моторот има голема густина на моќ со минимални загуби во бакар, ефикасен, работи со високи напони под 1000 волти (микромашини) за да генерира ниски струи, има широк опсег на брзини, роторот може да се губи од центарот и да се стеснува со краевите на машината и да добие форма на гума на тркало од возило или просто и строго: геврек.

Наизменичниот напон се репродуцира во…

Синхрониот мотор има потреба од роторски намотки, а индукцијските се главно конструирани без намотани ротори, затоа што синхроните машини имаат потреба од лизгачки прстени и четкички за да обезбедаат ексцитација за еднонасочното поле, додека индукцијата кај моторот на Тесла нема потреба од лизгачки прстени, иако се репродуцираат и такви за да овозможуваат помали загуби на енергија при пуштање, при таканаречениот мек старт.

Фактор на моќ

Факторот на моќност кај синхроните и асинхроните машини е следен: Кај синхроните може да се подеси системот, струите и напоните да каснат или да се дефазирани едни од други или да бидат со фактор на моќ којшто е еднаков на единица со што нема никакво „каснење“ меѓу брановите на напонот и струјата, додека кај асинхроните машини, идејата на дизајнот е да постои каснење на струјата во однос на напонот, впрочем се работи за бакарна навивка којашто работи како придушница и е извор на реактивна моќ, а напонот предничи пред струјата, односно струјата касни зад напонот.

Подесување на фактор на моќ
Бранување на компоненти од бран и единство

Факторот на моќ кај синхроните машини може да се подесува со каснење или водење помеѓу електромоторна сила и струја, а бранот може да се модулира кадешто фактор на моќ има вредност единица во таканаречено единство, при што компонентите не каснат една зад друга.

Факторот на моќ кај индукцијските машини секогаш се формира да касни.

Ефикасност на мотори

Генерално, синхроните машини се поефикасни од асинхроните. Синхрониот мотор има потреба од дополнителни уреди за развртување на роторот којшто кога ќе достигне синхрона брзина прекинува со работа, а асинхроните можат да се пуштат директно на мрежа и немаат потреба од дополнителни кола.

Лизгање меѓу статор и ротор кај Тесла

Напонот од генераторите се подигнува и се праќа по мрежа за моментално користење или како во случајот со автомобилите, напонот од алтернаторот преку исправувачки елементи се води до кондензатори или батерии.

Мотори за помошни работи во автомобил

Во автомобилите има повеќе еднонасочни микромотори. На пример за „палење“ на мотор, со развртување на вратило на коешто се монтирани клипови на мотор со внатрешно согорување коишто обезбедуваат линеарно движење, потоа се користат еднонасочни мотори за движење на стакла на врати, како и движење на брисаќи во лево, па назад и мн други.

Постојат два концепта за ротори кај синхроните машини, имено, со намотан ротор којшто се напојува од еднонасочен напон со што можат да работат како алтернатори, односно како генератори или со перманентни магнети.

Универзален мотор

Мотор којшто може да се напојува или од наизменично или од еднонасочно напојување. Серијски еднонасочен мотор којшто на статорската шасија има челични ламинати со коишто може да процесира како наизменични така и еднонасочни, електромагнетни бранови.

Термички модел на мотор
Ладење од P = I(^2)*R

Сите мотори имаат термичка карактеристика којашто е директно поврзана со излезната моќ и ефикасноста на моторот. Впрочем, моторите се дизајнираат имајќи го во предвид токму термичкиот модел на моторот. Природно вентилирање и дисипација ја „носат“ топлината надвор од моторот, но се користат и методи со принудно вентилирање, со вода, гликол и тн.

Топлина се произведува според законот за моќ еднаков на квадрат од струјата помножена со импедансата на навивките. Еднонасочниот мотор во автомобилите којшто служи за „палење“ е голем потрошувач, а ако се погледне дебелината на жицата кај алтернаторот во автомобилите може да се примети дека е направена така што низ неа да поминува голема струја.

Импеданса
Референтен напон и заземјување

Висока влезна импеданса овозможува помали загуби на напон на излез, познато како напонски или импедансен мост. Напонот секогаш се референцира кон нешто, а тоа нешто е заземјување. Од друга страна кај локомотиви, порано се користело реостатско кочење со огромни отпорници коишто се поставувале на кровот на возилото. Денес тоа е заменето со електроника.

Регенерација на ел. енергија, пренос и дистрибуција до електровлечна постројка и до електровлечна единица
Наизменичен напон се репродуцира во…

…генераторски постројки во производствен погон којшто претвора механичката работа во електромагнетно вртливо поле во синхрон генератор, од потенцијална или кинетичка енергија којашто се добива од ветер во ветерни постројки, со вода во хидроагрегат од воден резервоар, од гасна турбина со вбризгување и согорување гас, потоа со јаглен и нафта со топлинска размена на енергија со парагенератор којшто движи турбина, радиоактивни елементи во топлинска разменска постројка со постројка со водена пареа којашто движи агрегат.

Баланс на производство и потрошувачка во секое време

Во енергетските системи на наизменична струја, со оглед на се* уште незначителните можности за складирање на електрична енергија, репродукцијата на ел. енергија и потрошувачката мора да се во баланс во секое време. Од тука, електричниот систем може да се третира и како саморегулирачки, до одреден степен. Ако производството е помало од оптоварувањето, напонот и фреквенцијата се намалуваат и со тоа и оптоварувањето се намалува за да се изедначи со производството, минус загубите во пренос. Сепак постои само маргина изразена во проценти за таква саморегулација. Ако напонот се одржува од системи за реактивна моќ како синхрони машини или пак кондензаторски системи, тогаш потрошувачката ќе се зголеми, но фреквенцијата ќе продолжи да паѓа, а системот може да доживее распад. Но, пак ако не постои соодветна реактивна моќ којашто се вбризгува во системот, системот ќе се распадне напонски.

Генерално, струја се генерира на среднонапонско ниво до 11 [kV]. Големи генератори се дизајнираат за напон од 11 [kV] до 28 [kV] со фреквенција од 50 или 60 [Hz]. За регенерација на електрична енергија од 33 [kV], големината на генераторите може да биде просторно и двојно поголема од генераторите на 11 [kV].

Генератор – синхрона машина работи на принципот на Фарадеeва електромагнетна индукција. Суштински дел од овој принцип е магнетното поле. Магнетното поле се произведува од еднонасочен извор на енергија, попрецизно од „возбудувач“ којшто е дел од системот на генератори. Се репродуцира еднонасочен флукс во роторските навивки поради еднонасочното напојување. Еднонасочен флукс формира временски непроменливо, но ротирачко магнетно поле коешто циркулира поради кружното движење на роторот. Главен услов за производство на електрична енергија, според тоа е магнетно поле. Контролирањето на магнетното поле го контролира излезниот напон на генераторот. Битен дел тука е идејата за ексцитација и репродукција на магнетно поле.

Mагнетното поле во голем генератор

Роторот или навивките коишто произведуваат поле во генераторот, создаваат магнетен флукс којшто е од суштинско значење за производство на електрична енергија. Роторот е ротирачки електромагнет кој има потреба од еднонасочна струја како извор на електрична енергија за да произведе возбуда на магнетното поле.

Ексцитација

Во минатото, возбуда се добиваше од мал еднонасочен генератор споен во иста оска со роторот. Кога роторот го ротира возбудувачот, се создава моќ за електромагнетите. Контролата на излезот на возбудата се врши со контрола на магнетното поле на роторот за да се произведе констатен напон од генераторот. Оваа еднонасочна струја „го храни“ роторот преку лизгачки прстени.

Статичка возбуда со лизгачки прстени

Во современите генератори, екситацијата е статична. Еднонасочната моќ за електромагнетот „доаѓа“ од „излезот“ на генераторот. Голем број тиристори со висока моќност ја исправуваат наизменичната струја за да произведат еднонасочна струја која го храни роторот преку лизгачки прстени. Ова ги елиминира проблемите со работење и одржување, поврзано со постоење на ротирачка машина – мал еднонасочен генератор споен во оска со роторот. Статичката ексцитација нуди подобра контрола на излезот отколку електромеханичка контрола. За време на пуштањето, кога нема „излез“ од генераторот, голем батеријски пакет ја обезбедува потребната моќност за возбуда.

Возбуда без четкички

Во овој систем возбудувачот добива еднонасочен напон од надворешeн извор и се наоѓа на статорот, а трифазни намотки на арматурата кружат во стационарното магнетно поле на возбудувачот. Се индуцира наизменичен напон на арматурата којшто потоа се исправува и се „носи“ на роторот на генераторот. Арматурата и роторот се на иста осовина со што се елиминира потребата од лизгачки прстени.

Пренос
Од 110 на 400 киловолти

Од генераторите во капацитетите за репродукција на електрична енергија, енергијата се подигнува на повисоко напонско ниво од трансформаторски станици на 10 [kV], 20 [kV], 35 [kV], 110 [kV] и/или 440 [kV], за да се пренесе преку мрежа до далечни места, па потоа во местата на користење се спушта од трансформаторски станици на 440 [kV], 110 [kV] и/или 35 [kV], 20 [kV], 10 [kV], а потоа и под 1000 [V], попрецизно на 1000/380 [V] и од тука се напојува соодветната влечна единица во Градот или вон Градот. За електрифицирана железница, стандардот во Македонија е 25 [kV] на системска фреквенција, што значи дека, спуштањето на напонот ќе биде со дистрибутивни трансформатори од 440 [kV] на 110 [kV] и 35 [kV] и потоа на 25 [kV] во локомотивите.

На железничката линија од Бугарија до Албанија преку Транспортниот центар во Скопје, има околу 250 километри, при што на 5 места мора да се проектираат трансформаторски станици на 110 [kV] за електрифицираната железничка пруга со секундар на 35 [kV], со голем број на тунели со голема должина.

Тунели на траса од Бугарија до Албанија. Најмногу тунели има на делницата Крива Паланка (МКД) – Ѓуешево (БГ). Многу тунели има на делницата Кичево – Струга. Доста тунели има и на делницата Бељаковце – Крива Паланка. Тунелите се деликатни објекти. Апроксимативно нивниот број на делницата од Ѓуешево до Струга е 30 (триесет). Вкупната должина на сите тунели е околу 20 [km] (дваесет километри). За нивна изградба мора да се ангажираат специјализирани фирми. Слободниот профил на тунелите мора да биде за електровлечна контактна мрежа. Од целиот коридор, овој дел со тунелите како инженерски и градителски потфат е голем предизвик. Не смее да се градат тунели со трета шина или на друг начин освен со контактен вод.

Безбедност, право на предност, едукација за шински транзит и трамвајски систем во градски урбани средини, видео.  

Ре-електрификација
TС 110/35/10 [kV]

Електрификацијата на транспортот е всушност ре-електрификација. Терциер на трафостаница за железнички транспорт на 110 [kV] би бил проектиран на 10 [kV], а од 110/35/10 може да се дистрибуира електрична енергија локално.

Пантограф влече струја од една фаза од надземна мрежа, а други начини за добивање напон за влечна единица се: Трета шина со папуча, „естетско“ напојување вградено под земја коешто полни во моментот кога трамвајот е над шината, кондензатори, батерии, горливи ќелии, електромагнетна индукција, линеарно магнетно поле.

На места помеѓу различни секции каде што има премин од систем на еднонасочна струја во систем на наизменична струја и обратно, мора интелигентно да се проектира системот.

Подземен катастар

Ако трамвајскиот систем е на еднонасочна струја, а напојувањето на наизменична, местата на спојување мора да ги предвидат, не само надземните туку и подземните инсталации од подземниот катастар на Град Скопје.

Еднонасочен систем пренесува само активна моќ, а наизменичен систем пренесува и активна и реактивна моќ, но енонасочните системи на висок напон можат да трансферираат и наизменична моќ со станици за преобразување и автоматска контрола за време на транзиентни состојби.

Мора да се предвидат и места каде што ќе има спојување на трамвајски со железничкиот систем, затоа што трамвајскиот систем може да се проектира да влече и на железнички пруги, сето тоа, во однос на системите за напојување коишто ќе се користат.

кон 14 дел – тиристори
кон 13 дел – електрична влеча – локомотиви
кон дванаесетиот дел – контрола и управување на микромотори
кон единаесетиот дел – топологии на напојувања и подстаници
кон десетиот дел – формули
кон деветиот дел – ЛРТ мастер план
кон осмиот дел – инженерски антиупатства
кон седмиот дел – тракција и формирање трака
кон шестиот дел – култура X
кон петиот дел – возила и безбедност
кон четвриот дел – пантограф и троли
кон третиот дел – траси
кон вториот дел – шински систем
кон првиот дел – мотори

кон зеро – историја на макжелезници