Vypracováno jako projekt Soustředění mladých fyziků a matematiků pořádaného MFF UK v Nekoři roku 2013.



Podobné dokumenty
1 ELEKTRICKÉ STROJE - ZÁKLADNÍ POJMY. 1.1 Vytvoření točivého magnetického pole

Asynchronní stroje. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TUO. Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Katedra elektrotechniky.

Elektřina a magnetizmus závěrečný test

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Ele 1 asynchronní stroje, rozdělení, princip činnosti, trojfázový a jednofázový asynchronní motor

21. Výroba, rozvod a užití elektrické energie

Stejnosměrné stroje Konstrukce

4.7.1 Třífázová soustava střídavého napětí

Vznik střídavého proudu Obvod střídavého proudu Výkon Střídavý proud v energetice

Synchronní generátor. SEM Drásov Siemens Electric Machines s.r.o. Drásov 126 CZ Drásov

Synchronní stroj je točivý elektrický stroj na střídavý proud. Otáčky stroje jsou synchronní vůči točivému magnetickému poli.

Digitální učební materiál

Vítězslav Stýskala TÉMA 1. Oddíly 1-3. Sylabus tématu

Stejnosměrné generátory dynama. 1. Princip činnosti

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Elektřina a magnetizmus rozvod elektrické energie

AS jako asynchronní generátor má Výkonový ýštítek stroje ojedinělé použití, jako typický je použití ve větrných elektrárnách, apod.

Několik projektů z tábora, tentokrát na téma Objevy a vynálezy, které změnily svět aneb od kola k tabletu

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Příklady: 31. Elektromagnetická indukce

Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D , Ostrava

Několik způsobů měření otáček

Princip alternátoru. Usměrňování, chod, chlazení automobilového alternátoru.

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, transformátory a jejich vlastnosti

Pohony šicích strojů

MO ceník náhradní díly drtiče platný od 1.7. do

Osnova kurzu. Elektrické stroje 2. Úvodní informace; zopakování nejdůležitějších vztahů Základy teorie elektrických obvodů 3

Několik netradičních pokusů z magnetismu

Úvod. Rozdělení podle toku energie: Rozdělení podle počtu fází: Rozdělení podle konstrukce rotoru: Rozdělení podle pohybu motoru:

FYZIKA II. Petr Praus 10. Přednáška Elektromagnetické kmity a střídavé proudy (pokračování)

MO ceník náhradní díly drtiče platný od 1.7. do

NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

ELEKTRICKÉ STROJE ÚVOD

ELEKTRICKÉ STROJE Ing. Eva Navrátilová

PROTOKOL O LABORATORNÍM CVIČENÍ - AUTOMATIZACE

Základy elektrotechniky

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2)

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Výukový materiál zpracovaný v rámci operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost

MO ceník náhradní díly drtiče platný od 1.7. do

Věra Keselicová. květen 2013

Stirlingův motor. Řešitelé: Jan Bohuslav, Jindřich Bareš Vedoucí: Mgr. Zdeněk Polák

Rychlostní a objemové snímače průtoku tekutin

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROMECHANIKY A VÝKONOVÉ ELEKTRONIKY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

1 JEDNOFÁZOVÝ INDUKČNÍ MOTOR

Systémy analogových měřicích přístrojů

STŘÍDAVÝ PROUD POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Fyzika 2 - rámcové příklady Magnetické pole - síla na vodič, moment na smyčku

sběrací kroužky, 8) hřídel. se střídavý elektrický proud odebírá a vede

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, konstrukce a princip činnosti stejnosměrných strojů

Střídavý proud, trojfázový proud, transformátory

Elektrický výkon v obvodu se střídavým proudem. Účinnost, účinník, činný a jalový proud

Synchronní stroje 1FC4

4.7.1 Třífázová soustava střídavého napětí

Základy elektrotechniky

20ZEKT: přednáška č. 10. Elektrické zdroje a stroje: výpočetní příklady

Technická fakulta ČZU Praha. Vodní elektrárna. Autor: Martin Herčík. Semestr: letní Konstrukční schéma:

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

Magnet 1) Magnet těleso, kolem kterého je magnetické (silové) pole 2) Mg.pole pozorujeme pomocí účinků mg. síly

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, synchronní stroje. Pracovní list - příklad vytvořil: Ing.

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_354

19. Elektromagnetická indukce

Transformátor trojfázový

TRANSFORMÁTORY Ing. Eva Navrátilová

Příprava učitele na VH

Návrh a realizace regulace otáček jednofázového motoru

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Bc. Karel Hrnčiřík

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_11_ZT_E

rozdělení napětí značka napětí napěťové hladiny v ČR

Zdroje napětí - usměrňovače

Stacionární magnetické pole

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

PŘÍLOHA A. ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií 72 Vysoké učení technické v Brně

Ele 1 RLC v sérií a paralelně, rezonance, trojfázová soustava, trojfázové točivé pole, rozdělení elektrických strojů

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

Projection, completation and realisation. MHH Horizontální odstředivá kondenzátní článková čerpadla

Revize elektrických zařízení (EZ) Měření při revizích elektrických zařízení. Měření izolačního odporu

Kategorie Ž1. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení!

3.1 Magnetické pole ve vakuu a v látkovén prostředí

Mgr. Jan Ptáčník. Elektrodynamika. Fyzika - kvarta! Gymnázium J. V. Jirsíka

Název: II.FYZIKÁLNÍ TESTY SOUHRNNÉ OPAKOVÁNÍ VY_52_INOVACE_F2.19. Vhodné zařazení: Časová náročnost: 45 minut Ověřeno:

3. Komutátorové motory na střídavý proud Rozdělení střídavých komutátorových motorů Konstrukce jednofázových komutátorových

STREN turbína typu NTR je náporová točivá parní redukce určena k redukci tlaku páry a následné výrobě elektrické energie.

MECHANICKÉ PŘEVODOVKY S KONSTANTNÍM PŘEVODOVÝM POMĚREM

Elektrotechnika SOUBOR PŘÍPRAV PRO 3. R. OBORU M/01 Strojírenství

Ele 1 Synchronní stroje, rozdělení, význam, princip činnosti


Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_355

REGULACE AUTOMATIZACE BOR spol. s r.o. NOVÝ BOR

PARAMETRY MĚŘENÉ NA DVOUPROUDÉM MOTORU

Toroidní generátor. Ing. Ladislav Kopecký, červenec 2017

5. POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

Evropský sociální fond "Praha a EU: Investujeme do vaší budoucnosti"

Transkript:

Parní elektrárna Soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř, 13. 27. července 2013 Vedoucí projektu: Martin Hájek Konstruktéři: Jan Šetina, Michael Němý, Adam Tywoniak Vypracováno jako projekt Soustředění mladých fyziků a matematiků pořádaného MFF UK v Nekoři roku 2013. 1) Úvod/Anotace Za cíl našeho projektu jsme si dali sestrojit parní turbíny a generátoru, tak jak jsou používány v tepelných elektrárnách. Naší vizí bylo, vytvořit model, který bude poháněn párou a bude generovat takový proud, který by stačil na rozsvícení alespoň jedné led diody. Nejprve jsme zvažovali možnost sestrojit i vlastní parogenerátor; ale tento nápad jsme po nějaké době zavrhli. To z důvodu nedostatku času a technické náročnosti daného úkonu. Po sestavení modelu a ověření jeho funkčnosti jsme změřili některé jeho výstupní charakteristiky jako zdroje elektrické energie. 2) Popis konstrukce Nejdříve ze všeho jsme z počítačového chladiče vypreparovali samotné rotory. U každého z nich jsme měřili napětí; u velkého rotoru jsme naměřili až 8 voltů. Poté jsme samotné rotory umístili na kovovou osu. Dále jsme zjistili, že jsou rotory moc těžké a způsobují excentricitu osy. Museli jsme z nich proto vyndat magnetické pásky, které v nich byly umístěny. Po umístění na osu bylo zjištěno, že dva z dodaných rotorů jsou opačně orientované, a tak jsme zredukovali počet rotorů z původně zamýšlených šesti na čtyři. obr 1: Zkoušení PC chladičů

Poté jsme z komínové trubky uřízli část dlouhou cca 15 cm k zhotovení těla turbíny. Museli jsme však zmenšit její průměr; a tak jsme ji rozřízli podélně, překryli nově vytvořené strany přes sebe a sešroubovali je. Poté jsme je pomocí pájky a kapesního plynového hořáku připájeli k sobě. Podobným způsobem jsme připevnili i vstupní kryt kuželového tvaru. obr 2: Výroba krytu turbíny Po provizorním namontování hřídele do roury, jsme začali s další zkouškou. Během zkoušky jsme zjistili, že páru je lepší vhánět přímo na lopatky, než přímo doprostřed rotoru; tak jak je to zkonstruováno v klasických elektrárnách. Při další zkoušce bylo zjištěno, že závitová tyč je z ložisek šroubována ven, a tudíž se netočí tak, jak by měla. (Zkoušeli jsme proto hřídel roztočit pomocí akumulačního šroubováku; hodnota zkratového proudu byla 196 ma.) Tak jsme se rozhodli, že na místě, kde byla tyč umístěna v ložiscích, tyč obrousíme. Museli jsme proto tyč zkrátit na nejmenší možnou délku. 3) Popis modelu Celý model je umístěn na dřevotřískové desce o rozměrech 36x33cm. Na desku jsou samořeznými vruty uchyceny dva kovové úhelníky a na každý je šrouby připevněno kovové kolo ze stavebnice Merkur. Jedním z vedlejších otvorů v každém kole je vedena osa celého soustrojí, kterou tvoří závitová tyč o průměru 4mm a délce 30cm. V místech, kde osa prochází otvorem v kovovém kole, je zbavena závitů, aby se při otáčení obr 3: Detail rotoru turbíny

neposouvala. Na ose jsou uchyceny celkem 4 rotory z ventilátorů používaných k chlazení počítačů. Jako první ve směru chodu přiváděné páry je umístěn rotor o průměru 7cm, po 2cm cm jsou na ose uchyceny další 3 rotory o průměru 11cm. Toto uspořádání odpovídá podobě turbíny ve skutečné elektrárně, kde je pára nejprve přiváděna na kolo o malém průměru, tzv. vysokotlaký díl, a postupně je vedena na kola o zvětšujícím se průměru, tzv. středo- a nízkotlaký díl, který lépe využívá už nižšího tlaku v tunelu. -Celé soustrojí turbín je umístěno v kovovém plášti kuželového tvaru, který je šroubem připevněn k základové desce. Plášť se skládá z válcového dílu, uříznutého z komínové trubky a z kuželové části, zakrývající malé kolo turbíny. Kuželová část je vystřižena a vytvarována z hliníkového plechu a připevněna k válcovému dílu. Směrem za výstupem páry z pláště je na konci osy pevně uchyceno další kolo ze stavebnice Merkur, které tvoří rotor generátoru. Na kole jsou umístěny dva permanentní neodymové magnety. Za nimi, na nejmenší možnou vzdálenost, je umístěn generátor, který je tvořen ze třech ručně vyrobených cívek o zhruba 1300 závitech, připevněných k svislé desce. Měděný drát na cívky byl získán z demagnetizačních cívek vyřazeného televizoru. Pro rychlejší navíjení cívek byl použit akušroubovák. obr 4: Schéma elektrárny

4) Teorie Model naší elektrárny se sestává ze dvou částí turbíny a generátoru. Tyto komponenty jsou velmi blízce provázány. Pára získávaná z parního čističe vstupuje do turbíny, kde tlakem působí na listy rotoru. Ty jsou nuceny vykonávat rotační pohyb kolem hřídele, na kterou jsou připevněny. Vodní pára vstupuje nejdříve na menší listy( vysokotlaká část ), dále pak na listy o větší poloměru(nízkotlaká část). Společnou hřídelí je točivý moment přenášen do generátoru- třífázového alternátoru. Zde roztáčí rotor dva neodymové magnety. Stator je tvořen třemi cívkami vlastní výroby cca. 1300z). Ty jsou umístěny na kružnici 120 od sebe. Pomocí elektromagnetické indukce dochází k vzniku napětí na koncích cívek. Na cívkách je indukován třífázový proud. Rotor postupně indukuje napětí na jednotlivých cívkách. Fázový rozdíl jednotlivých napětí je pak shodný s úhlovou vzdáleností jednotlivých cívek - 120. Cívky jsou zapojeny do hvězdy; jeden konec každé cívky je veden do společného uzlu země. Toto spojení funguje díky fázovému rozdílu, neb se hodnoty indukovaného napětí odečte na nulu. Na zbylých třech koncích získáme zapojením proti zemi požadované tři fáze. Ty poté usměrňujeme přes tři diody a vedeme společným vodičem k šesti paralelně zapojeným LED-diodám. Těm je předřazen ochranný rezistor o odporu 22 Ω. Viz obr 5. obr 5: Schéma zapojení

5)Naměřené hodnoty naší soustavy Pomocí zařízení Vernier LabQuest a sondy Photogate jsme změřili frekvenci otáčení rotoru naší elektrárny. To jsme učinili tak, že jsme na rotor umístili referenční papírek, sonda poté počítala kolikrát se kolem ní otočil za jednotku času. Frekvence našeho zařízení byla 12Hz. Dále jsme také měřili hodnoty výstupního napětí a proudu. Ty činily 85mA a 3V. 6) Problémy a jejich řešení Excentricita osy Řešeno zkrácením osy na nejmenší možnou délku. Nedostatečně pevné uchycení pláště turbíny na základovou desku Řešeno aplikací lepidla tavnou pistolí do místa spoje šroubu s dřevěným kvádrem na desce. Později připevněním pomocí drátku k pracovní desce. Nepevný spoj válcové a kuželové části pláště Kuželová část pláště turbíny je z hliníku, nelze tedy na ní pájet (jak jsme se ostatně přesvědčili). Spoj je tedy vyztužen pomocí tavné pistole. Ztráta energie třením osy v úchytu Řešeno přesunutím osy do jiného než středního otvoru v kole, odstraněním závitů z příslušného úseku osy a aplikací mazacího tuku na bicykly do místa uchycení. Nízký tlak páry Řešeno přesunutím přívodu páry co nejblíže k lopatkám malého rotoru změna oproti původnímu plánu, kdy jsme počítali s přidáním přívodního dílu z novodurové trubky před plášť turbíny. Nízké výstupní napětí Původně proud usměrňován pomocí Graetzova zapojení pro třífázový proud s kondenzátorem. Kvůli nízkému výstupnímu napětí odstraněn kondenzátor, později celé Graetzovo zapojení s šesti diodami nahrazeno jednodušším tří diodovým usměrňovačem. Ztráta energie působením magnetu rotoru na turbínu Řešeno přidáním hliníkového stínění na zadní stranu rotoru.

obr 6: Konečná verze generátoru 7)Závěr Během deseti dní jsme nejen vyrobili funkční model parní elektrárny, na kterém jsme si mohli v praxi ověřit znalosti získané středoškolským studiem, ale i jsme se přiučili mnohým novým znalostem. 8)Zdroje [online]. [cit. 2013-07-23]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/steam_turbine JAROSLAV, Reichl. Generátor střídavého proudu. [online]. [cit. 2013-07-23]. Dostupné z: http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/324-generator-stridaveho-proudu [online]. [cit. 2013-07-23]. Dostupné z: http://img.ehowcdn.com/article-new/ehow/images/a05/4s/fi/types-steam-turbines800x800.jpg [online]. [cit. 2013-07-23]. Dostupné z: http://www.co2crc.com.au/images/imagelibrary/cap_diag/steam-turbine_media.jp g