Električni strojevi, transformatori, pogoni i energetska elektronika
Ovo područje ispituje razumijevanje principa rada transformatora, asinkronih i sinkronih strojeva te primjenu energetske elektronike u pogonima. Tipična pitanja traže proračun klizanja, iskorištenja ili dimenzioniranje pretvarača, ali i prepoznavanje pogrešne pretpostavke u postupku pokretanja motora.
Transformatori
Inducirani napon slijedi E = 4,44·f·N·Φ_max, a prijenosni omjer određen je brojem zavoja. Napon kratkog spoja u_k u postocima istovremeno je mjera pada napona pri nazivnoj struji i struje kvara. Grupa spoja (npr. Dyn5, Yzn5) određuje fazni pomak i utječe na paralelni rad - uz isti omjer i istu grupu, moraju se podudarati i u_k te slijed faza. Gubici se dijele na gubitke praznog hoda (u željezu, stalni) i gubitke opterećenja (u bakru, rastu s kvadratom struje), a struja uklopa višestruko premašuje nazivnu.
Asinkroni strojevi i pogoni
Sinkrona brzina je n_s = 60·f/p, a klizanje s = (n_s − n)/n_s. Pokretanje je moguće direktno, zvijezda-trokut spojem (moment i struja padaju na trećinu), softstarterom ili frekvencijskim pretvaračem koji jedini omogućuje puni moment pri niskoj struji. Toplinska zaštita motora i kontaktori u kategoriji AC-3 prakticni su zahtjev pogona, a klase učinkovitosti IE3 i IE4 obvezne su prema ekodizajnim pravilima za nove motore.
Energetska elektronika
Osnovni sklopovi su ispravljač (diode, tiristori), izmjenjivač (IGBT/MOSFET, PWM) i DC/DC pretvarač. Tiristorsko fazno upravljanje stvara niskofrekvencijske harmonike, a PWM visokofrekvencijske smetnje; oboje se rješava filtrima i prigušnicama. EMC zahtjevi za pogone definirani su u HRN EN 61800-3 s kategorijama C1 do C4 ovisno o okruženju, a dugi kabelski spojevi prema motoru stvaraju dV/dt i ležajne struje.
Radni primjer
Transformator 630 kVA ima P_0 = 1,3 kW i P_k = 6,5 kW. Iskorištenje je najveće kada su gubici u željezu jednaki gubicima u bakru, tj. P_0 = β²·P_k. Slijedi β = √(1,3/6,5) = √0,2 = 0,447, odnosno oko 282 kVA. Provjera pri cos φ = 1: izlaz 282 kW, gubici 1,3 + 1,3 = 2,6 kW, iskorištenje 282/284,6 = 99,1 %.
Zamke
- Miješanje mehaničke snage na osovini s električnom snagom iz mreže.
- Zaboravljanje da zvijezda-trokut pokretanje smanjuje moment na trećinu.
- Izjednačavanje u_k s padom napona pri nazivnoj struji kao točnom vrijednošću.
- Paralelni rad transformatora s različitim grupama spoja.