Elektrotechnika

ELŐSZÓ Könyvünk első kiadása viszonylag rövid idő alatt elfogyott. E körülmény arra utal hogy a műszaki tudományok nagyfokú specializálódása mellett is jó szolgálatot tehetnek egy-egy szélesebb témakört átfogóan tárgyaló munkák. Azonban éppen a témakör széles volta az, amely korlátozza a kérdések feldolgozásának részletességét, és kényszeríti a szerzőket, hogy bizonyos fejezetekkel egyáltalában ne foglalkozzanak. E könyv szerzői tudatában vannak hogy az Elektrotechnika cím nem fedi pontosan a tartalmat, hiszen még az erősáramú elektrotechnikának is olyan fontos fejezetei hiányoznak, mint pl. a villamosenergia-elosztás, a villamos készülékek stb. Mégis megtartottuk az említett címet, ragaszkodván ahhoz a hagyományhoz, amelyet Bolemann Gézának a magyar technikai irodalomban úttörő Elektrotechnika című, mintegy negyven évvel ezelőtt megjelent, a mienkével egyező című és hasonló tárgykörű alapvető munkája jelent. A második kiadás előkészítésénél tekintettel voltunk arra, hogy az első kiadás megjelenése óta eltelt időszakban az erősáramú elektrotechnika magyar nyelvű irodalma olyan - könyvünk tematikáját érintő - kiváló alapvető művekkel gazdagodott, mint Liska-Retter: Váltakozó áramok elmélete, Simonyi: Elméleti villamosságtan, Urbanek: Bevezetés a műszaki elméleti villamosságtanba, Liska József ötkötetes Villamosgépek című munkájából négy kötet, Kovács K. Pál: Villamosgépek üzemtana, Kovács-Rácz: Váltakozó áramú gépek tranziens folyamatai, Istvánfy: Villamos gépek mérése és Retter Gyula szerkesztésében Elektrotechnikai számítások c. példatársorozat. A második kiadás előkészítése során felhasználtuk azokat a javaslatokat, amelyeket a Magyar Elektrotechnikai Egyesület által az első kiadás bírálatára összehívott ankéton tettek, továbbá a két kiadás között eltelt hét esztendő alatt az egyetemi oktatásban és egyebütt szerzett tapasztalatainkat. Vissza TARTALOM Bevezetés 15 B.1. Egyenletek írásmódja és az MKS mértékrendszer 15 B.2. Elektrosztatikai alapfogalmak 20 1. ÁLTALÁNOS ELEKTROTECHNIKA 1.1. Egyenáramú körök 29 1.11. Alapfogalmak 29 1.12. Kirchhoff-törvények 36 1.13. Párhuzamosan és sorba kapcsolt ellenállások eredője 39 1.14. A Kirchhoff-törvények néhány alkalmazása 40 1.15. Lineáris hálózatok megoldását egyszerűsítő két tétel 46 1.16. Egyenfeszültség bekapcsolása sűrítőt tartalmazó körre 49 1.2. Mágneses tér 54 1.21. Mágneses alapjelenségek 54 1.22. Mágneses anyagok 66 1.23. A gerjesztési törvény néhány alkalmazása 75 1.24. Elektromágneses indukció 82 1.25. Önindukció és kölcsönös indukció 85 1.26. Egyenfeszültség kapcsolása induktivitást tartalmazó körre 90 1.27. A mágneses térben felhalmozott energia 95 1.28. Mágneses vonzóerő 100 1.3. Egyfázisú váltakozó áramok 102 1.31. Váltakozó feszültség előállítása 102 1.32. Váltakozó mennyiségek ábrázolása és jellemzése komplex számokkal 102 1.33. Váltakozó mennyiségek középértékei 108 1.34. Váltakozó áramú körök elemei 112 1.35. A Kirchhoff-törvények általánosítása 117 1.36. Impedanciák soros és párhuzamos kapcsolása 123 1.37. A váltakozó áram teljesítménye 134 1.38. Váltakozó feszültség bekapcsolása 141 1.4. Többfázisú áramok 144 1.41. Háromfázisú rendszer 144 1.42. Háromfázisú rendszer csillag- és háromszögkapcsolása 147 1.43. Szimmetrikusan terhelt háromfázisú rendszer teljesítménye 151 1.44. Háromfázisú rendszer aszimmetrikus terhelése 155 1.45. Többfázisú rendszerek 165 1.5. Nem szinuszosan váltakozó áramok 167 1.51. Összetett görbe alakú mennyiségek analízise 167 1.52. Többhullámú mennyiségek effektív érteke és teljesítménye 173 2. AKKUMULÁTOROK 2.1. Ólomakkumulátorok 176 2.2. Lúgos akkumulátorok 180 2.21. Vas-nikkel akkumulátor 180 2.22. Kadmium-nikkel akkumulátor 181 2.3 Akkumulátorok töltése 181 2.4. Akkumulátorok alkalmazása 182 3. EGYENÁRAMÚ GÉPEK 3.1. Egyenáramú gépek elvi szerkezete és működése 185 3.11. Működési elvek 185 3.12. A mágneses kör 189 3.13. Armatúratekercselések 191 A) Hurkos tekercselés 194 B) Hullámos tekercselés 198 C) Többjáratú tekercselések 202 D) Kiegyenlítő kötések 203 3.14. Az armatúratekercselésben indukált feszültség 205 3.15. Nyomaték 206 3.16. Az armatúravisszahatás és kompenzálása 209 3.17. A kommutálás és a segédpólusok 215 3.2. Egyenáramú gépek üzeme 218 3.21. Generátorok jelleggörbéi 220 A) Külső gerjesztésű generátor 221 B) Párhuzamos gerjesztésű generátor 225 C) Soros gerjesztésű generátor 229 D) Vegyes gerjesztésű generátor 230 3.22. Generátorok párhuzamos üzeme 231 3.23. Motorok jelleggörbéi 233 A) Külső és párhuzamos gerjesztésű motor 235 B) Soros gerjesztésű motor 239 C) Vegyes gerjesztésű motor 241 3.24. Motorok indítása 243 3.25. Motorok forgásirányának megváltoztatása és fordulatszámának szabályozása 249 3.26. Motorok féküzeme 253 3.27. Motorok párhuzamos üzeme 256 3.28. Veszteségek és hatásfok 257 3.29. Egyenáramú gépek jellemző üzemi adatai 261 3.3. Egyenáramú gépek szerkezete 266 3.31. Forgórész 266 3.32. Állórész 270 3.4. Különleges egyenáramú gépek 274 3.41. Gépkocsi-világítás 274 3.42. Vonatvilágítás 276 3.43. ívhegesztő generátorok 280 3.44. Mérlegdinamó 283 3.45. Kommutátor nélküli (unipoláris) gépek 284 3.46. Háromvezetékes generátor 285 3.47. Amplidin 287 3.5. Egyenáramú gépeli vizsgálata 291 3.51. Típusvizsgálat és darabvizsgálat 291 3.52. A tekercsek ohmos ellenállásának mérése 292 3.53. A kefék beállítása 293 3.54. Üresjárásnál végzendő próbák 294 3.55. Terhelési és melegedési próba 291 3.56. A kommutálás vizsgálata 297 3.57. Szigetelési próba 298 3.58. A hatásfok megállapítása 298 4. TRANSZFORMÁTOROK 4.1. Transzformátorok elvi szerkezete és működése 302 4.11. Egyfázisú transzformátorok működési elvei 302 4.12. Háromfázisú transzformátorok működési elvei 308 4.13. Helyettesítő kapcsolási vázlat 313 4.14. Terhelési állapotok és vektorábráik 310 4.15. Üresjárási áram és vasveszteség 321 4.16. Háromfázisú transzformátorok üresjárási árama 326 4.17. Rövidzárási feszültség és tekercsveszteségek 331 4.2. Transzformátorok üzeme 335 4.21. Terheléstől függő feszültségváltozás 335 4.22. Egyoldalú terhelés 339 A) Egyfázisú transzformátorok egyoldalú terhelése 340 B) Háromfázisú transzformátorok egyoldalú terhelése 344 4.23. A tekercselések kapcsolási módjai 349 4.24. Párhuzamos üzem 354 4.25. Hatásfok 361 4.26. Transzformátorok jellemző üzemi adatai 365 4.3. Transzformátorok szerkezete 370 4.31. A vasmag 370 4.32. A tekercselés 372 4.33. Hűtés 376 4.34. Külső szerelvények 378 4.35. Az olaj 379 4.4. Különleges transzformátorok 381 4.41. Takarékkapcsolású transzformátorok 381 4.42. Feszültségszabályozó transzformátorok 383 4.43. Fázisszám-változtató transzformátorok 385 4.44. Mérőtranszformátorok 389 4.45. Ívhegesztő transzformátorok 393 4.46. Indukciós kemencék 395 4.47. Fojtótekercsek 396 4.5. Transzformátorok vizsgálata 397 4.51. Típusvizsgálat és darabvizsgálat 397 4.52. Áttételmérés és a kapcsolás megállapítása 398 4.53. Üresjárási mérés 400 4.54. Rövidzárási mérés 402 4.55. Terhelési próba 403 4.56. Szigetelési próba 406 4.57. Olajminta-vétel 407 5. VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ GÉPEK TEKERCSELÉSEI 5.1. A tekercsek kapcsolása 408 5.11. Háromfázisú feszültség előállításának alapelve 408 5.12. Egész horonyszámú tekercselések 413 A) Egyrétegű csévetekercselés 413 B) Egyrétegű rúdtekercselés 418 C) Kétrétegű csévetekercselés 418 D) Kétrétegű rúdtekercselés 421 5.13. Tört horonyszámú tekercselések 423 5.2. A tekercselések villamos és mágneses tulajdonságai 426 5.21. Az indukált feszültség számítása 426 A) Lépésrövidítés nélküli tekercselés 426 B) Lépésrövidítéses egész horonyszámú tekercselés 429 C) Tört horonyszámú tekercselés 430 D) Felharmonikus feszültségek 431 5.22. Az armatúraáram mágneses tere 434 5.23. Az armatúragerjesztési görbe 438 A) Alapharmonikus 438 B) Felharmonikus 442 C) Lépcsős gerjesztési görbe 443 6. SZINKRON GÉPEK 6.1. Hengeres forgórészű szinkron gépek elvi szerkezete és működése 446 6.11. Pólusfluxus 446 6.12. Üresjárás 451 6.13. Armatúravisszahatás, indukált feszültség 453 6.14. Szinkron gép ellenállása és szórási reaktanciája 455 6.15. Helyettesítő kapcsolási vázlat és vektorábra 456 6.16. Viszonylagos egységek 458 6.17. Nyomaték 459 6.18. Kördiagram 463 6.19. Meddő teljesítmény 469 6.2. Kiálló pólusú szinkron gépek elvi szerkezete és működése 475 6.21. Pólusfluxus 475 6.22. Armatúravisszahatás 477 6.23. Vektorábra 479 6.24. Teljesítmény és nyomaték 482 6.3. Egyfázisú szinkron gépek elvi szerkezete és működése 484 6.4. Szinkron gépek üzeme 486 6.41. Szinkron gépek jelleggörbéi 486 A) Üresjárási jelleggörbe 487 B) Rövidzárási jelleggörbe 487 C) Terhelési jelleggörbe 489 D) Gépállandók meghatározása a terhelési és rövidzárási jelleggörbéből 491 E) Terhelési gerjesztés, feszültségemelkedés, túlterhelhetőség 493 F) V görbe 495 G) Szabályozási jelleggörbe 496 H) Külső jelleggörbe 497 6.42. Szinkron gépek tranziens jelenségei 499 A) Fluxusállandóság elve 499 B) Háromfázisú rövidzárlat 500 C) Tranziens és szubtranziens feszültség 506 D) Szinkron gépek stabilitása 509 E) Szinkron gépek kis amplitúdójú lengései 511 6.43. Szinkron gépek párhuzamos üzeme 512 6.44. Szinkron gépek hálózatra kapcsolása 514 6.45. Szinkron gépek gerjesztői 518 6.46. Szinkron motorok 521 6.47. Szinkron gépek vesztesége és hatásfoka 523 6.48. Szinkron gépek melegedése és főméretei 525 6.49. Szinkron gépek jellemző üzemi adatai 527 6.5. Szinkron gépek szerkezete 531 6.51. Hengeres forgórészű gépek 531 A) Turbógenerátorok 531 B) Több póluspárú generátorok 537 6.52. Kiálló pólusú gépek 539 6.6. Különleges szinkron gépek 542 6.61. Önszabályozós generátorok 542 6.62. Középfrekvenciás generátorok 542 6.63. Rövidzárlati generátorok 544 6.64. Egyarmatúrás átalakítók 544 6.7. Szinkron gépek vizsgálata 548 6.71. Tekercsek ellenállásainak mérése 549 6.72. Üresjárási mérés 550 6.73. Rövidzárási mérés 551 6.74. Terhelési és melegedési próbák 552 6.75. Hatásfok megállapítása 555 7. ASZINKRON GÉPEK 7.1. Aszinkron gépek elvi szerkezete és működése 557 7.11. Teljesítményeloszlás 557 7.12. Helyettesítő vázlat, vektorábrák 560 7.13. Áramvektor-diagram 565 A) Egyszerűsített kördiagram 565 B) Kördiagram szerkesztése három pontból 567 C) Szlipskála szerkesztése 570 7.14. Teljesítmények meghatározása a kördiagramból 571 7.15. Szekunder mennyiségek átszámítása 575 A) Csúszógyűrűs motorok 575 B) Kalickás forgórészű motorok 577 7.2. Aszinkron motorok üzeme 578 7.21. Aszinkron motorok jelleggörbéi 578 7.22. Aszinkron motorok indítása 586 A) Csúszógyűrűs motorok indítása 586 B) Kalickás forgórészű motorok indítása 591 C) Különleges kalickás forgórészű aszinkron motorok 597 7.23. Aszinkron motorok fordulatszám-szabályozása 600 A) Szlipszabályozás 603 B) A primer frekvencia változtatása 603 C) Pólusszám-átkapcsolás 603 7.24. Aszinkron motorok fékezése 606 A) Áramvisszanyeréses fékezés 606 B) Ellenáramú fékezés 606 C) Különleges fékkapcsolások 607 7.25. A felharmonikus mezők befolyása az aszinkron motor működésére 608 7.26. Aszinkron gépek jellemző üzemi adatai 608 7.3. Aszinkron gépek szerkezete 612 7.4. Egyfázisú indukciós motor 616 7.41. Működési elvek 616 7.42. Az egyfázisú indukciós motor indítása 620 7.43. Ferraris-Arno-féle aszinkron fázisváltó 621 7.5. Különleges aszinkron gépek 622 7.51. Háromfázisú indukciós szabályozó transzformátor 622 7.52. Periódusátalakító 624 7.53. Villamos tengely 626 7.54. Szinkronozott aszinkron motor 628 7.6. Aszinkron gépek vizsgálata 629 7.61. Üresjárási mérés 630 7.62. Rövidzárási mérés 632 7.63. Terhelési és melegedési mérés 634 7.64. Hatásfok megállapítása 635 7.65. Felgyorsulás vizsgálata 639 7.66. Szlip mérése 639 8. VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ KOMMUTÁTOROS MOTOROK 8.1. Lüktető mágnestérben forgó kommutátoros armatúra 642 8.11. Az egyfázisú gép nyomatéka 642 8.12. Kefék között indukált feszültségek 643 8.13. A kommutáció 648 8.2. Egyfázisú kommutátoros motorok 651 8.21. Egyfázisú soros motor 651 8.22. Repulziós motor 658 8.23. Déri-féle két keferendszerű repulziós motor 662 8.3. Kommutátoros armatúra forgó mezőben 663 8.4. Háromfázisú kommutátoros motorok 665 8.41. Kommutátoros periódusátalakító 665 8.42. Kétoldalról táplált indukciós motor 668 8.43. Sönt jellegű háromfázisú kommutátoros motorok működési elve 671 8.44. Háromfázisú sönt motorok kapcsolásai 676 8.45. Scherbius-motor 681 8.46. Kommutátoros kompenzátor 683 9. KÜLÖNLEGES TÖRPE VILLAMOS GÉPEK 9.1. Univerzális motorok 684 9.2. Reluktanciamotorok 687 9.3. Hiszterézismotorok 688 9.4. Árnyékolt pólusú motorok 690 9.41. Árnyékolt pólusú aszinkron motorok 690 9.42. Árnyékolt pólusú szinkron motorok 691 9.5. Állandó mágnesű gépek 692 9.6. Törpe átalakítók 694 9.7. Szervomotorok 695 9.8. Szöghelyzet-indikátorok 698 9.81. Szelszinek 698 9.82. Reszolverek 702 10. ÁRAMIRÁNYÍTÓK ÉS ERŐSÍTŐK 10.1. Egyenirányító- és erősítőkapcsolások alapelemei 705 10.11. Félvezetők 705 10.12. Vákuumcsövek 710 10.13. Gáztöltésű csövek 717 10.2. Egyenirányító-kapcsolások 726 10.21. Ohmos terhelést tápláló ideális egyenirányítók 726 10.22. Ideális egyenirányítók általános terhelése" 734 10.23. Fedés 742 10.24. Simítás és szűrés 744 10.25. Az egyenirányító transzformátora 749 10.26. Mechanikus egyenirányítók 759 10.3. Erősítőkapcsolások 760 10.31. Vákuumcsöves erősítők 763 A) Váltakozó áramú erősítők 767 B) Egyenáramú erősítők 771 10.32. Gáztöltésű csöves erősítők és rácsvezérlésű egyenirányítók 775 A) Gyújtásvezérlési módok 775 B) Egyenáramú kimenetű kapcsolások (vezérelt egyenirányítók) 780 C) Váltakozó áramú kimenetű kapcsolások 784 10.33. Ignitron 785 10.34. Inverterek 787 10.4. Mágneses erősítők 792 10.41. Áramváltó tulajdonságú mágneses erősítők 794 A) Egyenárammal előmágnesezett fojtótekercs 794 B) Kényszermágnesezésű mágneses erősítő 797 C) Szabad mágnesezésű soros kapcsolású mágneses erősítő 801 D) Párhuzamos kapcsolású mágneses erősítő 804 E) Mágneses erősítő jelleggörbéje 805 F) Teljesítményerősítés, időállandó, jósági szám 807 G) Mágneses erősítők külső visszacsatolása 810 H) A mágneses erősítő típusteljesítménye 814 10.42. Belső visszacsatolású (amplisztat kapcsolású) mágneses erősítők 816 10.43. Félhullámú mágneses erősítők 820 11. VILLAMOS HAJTÁSOK 11.1. Villamos motorok kiválasztása 823 11.11. Villamos motorok külső felépítése 823 11.12. Villamos motorok melegedése 825 11.13. Villamos motorok szigetelése 829 11.14. Villamos motorok egyenértékű teljesítménye változó terhelésű üzemben 830 11.15. Villamos motorok indítása, fékezése, forgásirány-változtatása 836 11.2. Kapcsolók. Indító és szabályozó ellenállások 842 11.21. Kapcsolók 842 11.22. Indító- és szabályozó ellenállások 846 11.3. Fordulatszám-szabályozásra szolgáló gépcsoportok 847 11.31. Aszinkron motorok kaszkád kapcsolása 848 A) Kaszkád kapcsolás egyenáramú segédmotorral 848 B) Kaszkád kapcsolás váltakozó áramú kommutátoros motorral 850 11.32. Egyenáramú rendszerek 852 11.4. Villamos vontatás 855 12. VILLAMOS MŰSZEREK ÉS MÉRÉSEK 12.1. Metrológiai alapfogalmak 862 12.2. A villamos mérő műszerekről általában 865 12.21. Áttekintés 865 12.22. Mérő műszerek általános jellemzői 867 12.221. Beállási viszonyok 867 12.222. Lengési és csillapítási viszonyok 870 12.223. Pontosság 872 12.224. Érzékenység 875 12.225. Fogyasztás 876 12.226. Túlterhelhetőség 876 12.227. Méréshatár 876 12.23. Mérő műszerek közös szerkezeti elemei 877 12.3. Villamos műszerek működési elvei és szerkezeti felépítésük 880 12.31. Elektromágneses erőhatás alapján működő műszerek 880 12.311. Állandó mágnesű (Deprez-rendszerű) műszerek 880 A) Működési elv és szerkezeti felépítés 880 B) Deprez-műszerek általános tulajdonságai 883 C) Galvanométerek 885 12.312. Lengőmágneses műszer 892 12.313. Elektrodinamikus műszerek 892 A) Működési elv és szerkezeti felépítés 892 B) Elektrodinamikus műszerek általános tulajdonságai 900 12.314. Lágyvasas műszerek 902 A) Működési elv és szerkezeti felépítés 902 B) Lágyvasas műszerek általános tulajdonságai 905 12.315. Indukciós (Ferraris) műszerek 907 A) Működési elv 907 B) Szerkezeti felépítés és általános tulajdonságok 911 12.316. Vibrációs műszerek 916 12.317. Hányadosmérők 921 A) Állandó mágnesű hányadosmérő (kereszttekercses műszer) 922 B) Elektrodinamikus hányadosmérő 924 C) Indukciós-elektrodinamikus hányadosmérők 925 D) Indukciós hányadosmérők 928 12.32. Elektrosztatikus erőhatás alapján működő műszerek 929 12.321. Elektrosztatikus műszerek 929 12.33. Hőhatás alapján működő műszerek 933 12.331. Hődrótos műszerek 933 12.332. Ikerfémes műszerek 933 12.34. Elektronikus műszerek 934 12.35. Átalakítós műszerek 937 12.351. Műszer-egyenirányítók. Egyenirányítós Deprez-műszer 937 12.352. Hőelem. Hőelemes Deprez-műszer 941 12.353. Mérőváltók 942 12.36. Regisztráló műszerek 947 12.4. Villamos mérések 951 12.41. Feszültség és áramerősség mérése 951 12.411. Feszültség mérése 951 A) Feszültségmérés mutatós műszerrel 951 B) Feszültségmérés kompenzációval 954 12.412. Áramerősség mérése 966 12.42. Ellenállás mérése 971 12.421. Ellenállás meghatározása feszültség- és áramméréssel (voltamper módszerrel) 974 12.422. Ellenállás meghatározása egy ismert ellenállással való összehasonlítás útján 976 12.423. Ellenállás mérése közvetlenül mutató ellenállásmérő műszerrel 983 12.424. Földelési ellenállás mérése 984 12.425. Szigetelési ellenállás mérése 989 12.426. Hibahely meghatározása 991 12.43. Induktivitás és kapacitás mérése 995 12.431. Induktivitás és kölcsönös induktivitás mérése 999 12.432. Kapacitás mérése 1003 12.44. Villamos teljesítmény mérése 1011 12.441. Egyenáramú teljesítmény mérése 1011 12.442. Egyfázisú váltakozó áram hatásos teljesítményének mérése 1012 12.443. Háromfázisú hatásos teljesítmény mérése 1015 12.444. Meddő teljesítmény mérése 1019 12.45. Villamos energia (munka) mérése 1020 12.451. Egyenáramú villamos energia mérése 1021 12.452. Váltakozó áramú villamos energia mérése 1023 12.453. Meddő fogyasztás mérése 1025 12.46. Teljesítménytényező mérése 1025 12.47. Frekvencia mérése 1026 12.48. Mágneses mérések 1031 12.481. Első mágnesezési görbe felvétele 1031 12.482. Vasveszteség mérése 1035 12.49. Mérő műszerek hitelesítése 1038 Függelék 1046 Irodalomjegyzék 1083 Betűrendes tárgymutató 1091