Mașini AC: dispozitiv, principiu de funcționare, aplicare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Mașinile electrice îndeplinesc funcția critică de conversie a energiei în mecanismele de lucru și stațiile de generare. Astfel de dispozitive își găsesc locul în diferite zone, furnizând organelor executive un potențial de putere suficient. Unul dintre cele mai populare sisteme de acest tip sunt mașinile AC (ACM), care au mai multe varietăți și diferențe în cadrul clasei lor.

Informații generale despre MAT

Segmentul de convertoare MPT sau electromecanice poate fi împărțit condiționat în sisteme monofazate și trifazate. De asemenea, la nivel de bază, se disting dispozitivele asincrone, sincrone și colectoare, în timp ce principiul general de funcționare și proiectarea au multe în comun. Această clasificare a mașinilor de curent alternativ este condiționată, deoarece stațiile moderne de conversie electromecanică implică parțial fluxuri de lucru din fiecare grup de dispozitive.

De regulă, MPT-ul se bazează pe un stator și un rotor, între care este prevăzut un spațiu de aer. Din nou, indiferent de tipul de mașină, ciclul de lucru se bazează pe rotația câmpului magnetic. Dar dacă într-o instalație sincronă mișcarea rotorului corespunde direcției câmpului de forță, atunci într-o mașină asincronă rotorul se poate mișca într-o direcție diferită și cu frecvențe diferite. Această diferență determină și caracteristicile utilizării mașinilor. Deci, dacă sincronul poate acționa atât ca generator, cât și ca motor electromecanic, atunci cele asincrone sunt folosite în principal ca motoare.

În ceea ce privește numărul de faze, se disting sistemele monofazate și multifazate. Mai mult, din punct de vedere al utilizării practice, reprezentanții celei de-a doua categorii merită atenție. Acestea sunt în cea mai mare parte mașini trifazate de curent alternativ, în care câmpul magnetic îndeplinește doar funcția de purtător de energie. Dispozitivele monofazate, pe de altă parte, din cauza imposibilității operaționale și a dimensiunilor mari, dispar treptat din practica aplicării, deși în unele zone factorul decisiv în alegerea lor este costul scăzut.

Diferențe față de aparatele DC

Diferența structurală fundamentală constă în locația înfășurării. În sistemele de curent alternativ, acesta acoperă statorul, iar în mașinile de curent continuu, rotorul. În ambele grupuri, motoarele electrice diferă în ceea ce privește tipul de excitație a curentului - mixt, paralel și în serie. Astăzi, mașinile AC și DC sunt folosite în industrie, agricultură și sectorul casnic, dar primeleopțiunea este mai atractivă din punct de vedere al performanței. Alternatoarele și motoarele de curent alternativ beneficiază de un design îmbunătățit, fiabilitate și eficiență energetică ridicată.

Utilizarea dispozitivelor de curent continuu este larg răspândită în zonele în care ies în prim-plan cerințele pentru acuratețea reglării parametrilor de funcționare. Acestea pot fi mecanisme de tracțiune de transport, mașini-unelte și instrumente complexe de măsură. În ceea ce privește performanța, mașinile DC și AC au o eficiență ridicată, dar cu posibilități diferite de ajustare tehnică și structurală la condițiile specifice de aplicare. Funcționarea în curent continuu oferă mai multe opțiuni pentru controlul vitezei, ceea ce este important atunci când întrețineți servomotoare și motoare pas cu pas.

Dispozitiv MPT asincron

Pentru baza tehnică a acestui dispozitiv sub formă de rotor și stator, se folosește tablă de oțel, care este acoperită cu un strat izolator de ulei-colofoniu pe ambele părți înainte de asamblare. La mașinile cu putere redusă, miezul poate fi realizat din oțel electric fără acoperire suplimentară, deoarece în acest caz stratul de oxid natural de pe suprafața metalului acționează ca un izolator. Statorul este fixat în carcasă, iar rotorul pe arbore. La mașinile asincrone cu curent alternativ de mare putere, miezul rotorului poate fi montat și pe marginea carcasei cu un manșon montat pe arbore. Arborele însuși trebuie să se rotească pe scuturile lagărelor, care sunt, de asemenea, fixate la baza carcasei.

Suprafețele exterioare ale rotorului și suprafețele interioare ale statorului sunt inițial prevăzute cu caneluri pentru a găzdui conductorii de înfășurare. În statorul mașinilor de curent alternativ, înfășurarea este adesea trifazată și conectată la rețeaua corespunzătoare de 380 V. Se mai numește și primar. Înfășurarea rotorului se realizează în mod similar, ale cărei capete formează de obicei o legătură într-o configurație în stea. Sunt prevăzute și inele colectoare prin care se poate conecta suplimentar un reostat pentru reglare sau un element de pornire trifazat.

De asemenea, este important să rețineți parametrii spațiului de aer, care acționează ca o zonă de amortizare care reduce zgomotul, vibrațiile și căldura în timpul funcționării dispozitivului. Cu cât mașina este mai mare, cu atât decalajul ar trebui să fie mai mare. Valoarea acestuia poate varia de la unu la câțiva milimetri. Dacă este imposibil din punct de vedere structural să lăsați suficient spațiu pentru zona de aer, atunci este prevăzut un sistem suplimentar de răcire pentru unitate.

Principiul de funcționare a MPT asincron

Înfășurarea trifazată în acest caz este conectată la o rețea simetrică cu o tensiune trifazată, în urma căreia se formează un câmp magnetic în spațiul de aer. În ceea ce privește înfășurarea armăturii, se iau măsuri speciale pentru realizarea unei distribuții spațiale armonice a câmpului pentru golul de amortizare, care formează un sistem de poli magnetici rotativi. Conform principiului de funcționare al unei mașini cu curent alternativ, la fiecare pol se formează un flux magnetic, care traversează circuitele de înfășurare, provocând astfel generarea de electromotoare.putere. Un curent trifazat este indus în înfășurarea trifazată, care asigură cuplul motorului. Pe fondul interacțiunii curentului rotoric cu fluxurile magnetice, asupra conductorilor se formează o forță electromagnetică.

Dacă rotorul, sub acțiunea unei forțe externe, este pus în mișcare, a cărui direcție corespunde direcției fluxurilor câmpului magnetic al mașinii de curent alternativ, atunci rotorul va începe să depășească rata de rotație a câmpului. Acest lucru se întâmplă atunci când viteza statorului depășește frecvența sincronă nominală. În același timp, direcția de mișcare a forțelor electromagnetice va fi schimbată. În acest fel, se formează un cuplu de frânare cu acțiune inversă. Acest principiu de funcționare permite ca mașina să fie utilizată ca generator care funcționează în modul de ieșire a puterii active către rețea.

Proiectarea și principiul funcționării MPT-ului sincron

În ceea ce privește proiectarea și locația statorului, o mașină sincronă este similară cu una asincronă. Înfășurarea se numește armătură și se realizează cu același număr de poli ca în cazul precedent. Rotorul este prevăzut cu o înfășurare de excitație, a cărei alimentare cu energie este asigurată de inele colectoare și perii conectate la o sursă de curent continuu. O sursă este un generator-excitator de putere redusă montat pe un singur arbore. Într-o mașină sincronă de curent alternativ, înfășurarea acționează ca un generator al câmpului magnetic primar. În timpul procesului de proiectare, designerii se străduiesc să creeze condiții astfel încât distribuția inductivă a câmpului de excitațiepe suprafețele statorului a fost cât mai aproape posibil de sinusoidal.

La sarcini crescute, înfășurarea statorului generează un câmp magnetic cu rotație în direcția rotorului cu aceeași frecvență. Astfel, se formează un singur câmp de rotație, în care câmpul statorului va afecta rotorul. Acest dispozitiv de mașini de curent alternativ le permite să fie utilizate ca motoare electrice, dacă inițial este furnizat un curent trifazat înfășurării sincrone. Astfel de sisteme creează condiții pentru rotația coordonată a rotorului cu o frecvență corespunzătoare câmpului statorului.

Mașini sincrone proeminente și non-seleente

Principala diferență dintre sistemele de stâlpi proeminenti este prezența stâlpilor proeminenti în proiectare, care sunt atașați la proeminențe speciale ale arborelui. În mecanismele tipice, fixarea se realizează cu ajutorul elementelor de fixare a cozii în formă de T pe marginea crucii sau pe arbore prin bucșă. În dispozitivul mașinilor de curent alternativ cu putere redusă, aceeași problemă poate fi rezolvată prin conexiuni cu șuruburi. Ca material de înfășurare, se folosește cupru bandă, care este înfășurată pe o margine, izolând cu garnituri speciale. În urechile cu stâlpi în caneluri se pun tijele de bobinare pentru pornire. În acest caz, se utilizează un material cu rezistivitate ridicată, cum ar fi alama. Contururile înfășurării de la capete sunt sudate la elementele de scurtcircuit, formând inele comune pentru un scurtcircuit. Mașinile cu poli salient cu un potențial de putere de 10-12 kW pot fi realizate în așa-numitul design inversat, când armătura se rotește și polii inductori rămân staționaristare.

În mașinile cu stâlp nesălienți, designul se bazează pe un rotor cilindric din oțel forjat. Există caneluri în rotor pentru a forma înfășurarea de excitație, ai căror poli sunt calculați pentru viteze mari. Cu toate acestea, utilizarea unei astfel de înfășurări în mașinile electrice cu curent alternativ de mare putere este imposibilă din cauza gradului ridicat de uzură a rotorului în condiții grele de funcționare. Din acest motiv, chiar și în instalațiile de putere medie, pentru rotoare se folosesc componente de în altă rezistență din forjate solide pe bază de oțeluri crom-nichel-molibden sau crom-nichel. În conformitate cu cerințele tehnice de rezistență, diametrul maxim al părții de lucru a rotorului unui rotor de mașină sincronă non-solientă nu poate depăși 125 cm. elemente. Lungimea maximă a rotorului este de 8,5 m. Unitățile de poli nesălienți care sunt utilizate în industrie includ diverse turbogeneratoare. Cu ajutorul lor, în special, ele conectează momentele de funcționare ale turbinelor cu abur cu centralele termice.

Caracteristicile hidrogeneratoarelor verticale

O clasă separată de MPT-uri sincrone cu poli salienti prevăzute cu un arbore vertical. Astfel de instalații sunt conectate la turbine hidraulice și sunt selectate în funcție de puterea debitelor deservite din punct de vedere al frecvenței de rotație. Majoritatea mașinilor AC de acest tip sunt de viteză mică, dar în același timp auun număr mare de stâlpi. Printre componentele de lucru critice ale unui hidrogenerator vertical, se pot observa un rulment axial și un rulment axial, care suportă sarcina de la părțile rotative ale motorului. Rulmentul axial, în special, este de asemenea supus presiunii din fluxul de apă, care acționează asupra palelor turbinei. În plus, este prevăzută o frână pentru a opri rotația, iar în structura de lucru sunt prezenți și rulmenți de ghidare care percep forțele radiale.

În partea superioară a mașinii, împreună cu hidrogeneratorul, pot fi amplasate unități auxiliare - de exemplu, un excitator generator și un regulator. Apropo, acesta din urmă este o mașină independentă de curent alternativ cu o înfășurare și poli pentru magneți permanenți. Această setare oferă putere motorului pentru funcția de regulator automat. La hidrogeneratoarele mari verticale, excitatorul poate fi înlocuit cu un generator sincron, care, împreună cu unitățile de excitare și redresoarele cu mercur, furnizează energie dispozitivelor de alimentare care deservesc procesul de lucru al hidrogeneratorului principal. Configurația mașinii cu arbore vertical este folosită și ca mecanism de antrenare pentru pompele hidraulice de mare capacitate.

MPT de colectare

Prezența unei unități colectoare în proiectarea MPT-ului este adesea determinată de necesitatea de a îndeplini funcția de conversie a vitezei de rotație în conexiunea electrică a circuitelor de frecvență diferită de pe înfășurările rotorului și statorului. Această soluție vă permite să echipați dispozitivul cu suplimentarproprietăți operaționale, inclusiv reglarea automată a parametrilor de funcționare. Mașinile colectoare de curent alternativ care sunt conectate la rețele trifazate primesc trei degete de perie în fiecare segment al diviziunii de poli dublu. Periile sunt conectate între ele într-un circuit paralel cu jumperi. În acest sens, MPT-urile colectoarelor sunt asemănătoare cu motoarele de curent continuu, dar diferă de acestea prin numărul de perii folosite pe stâlpi. În plus, statorul din acest sistem poate avea mai multe înfășurări suplimentare.

Înfășurarea armăturii închise atunci când se folosește un colector cu perii trifazate va fi o înfășurare complexă trifazată cu o conexiune delta. În timpul rotației armăturii, fiecare fază a înfășurării menține o poziție neschimbată, totuși, secțiunile trec alternativ de la o fază la alta. Dacă într-o mașină de comutator de curent alternativ se folosește un set de perii în șase faze cu o deplasare de 60 ° unul față de celăl alt, atunci se formează o înfășurare în șase faze cu o conexiune poligonală. Pe periile unei mașini multifazice cu un grup colector, frecvența curentului este determinată de rotația fluxului magnetic în raport cu periile fixe. Direcția de rotație a rotorului poate fi contrar sau potrivită.

Utilizarea MAT

Astăzi, MPT-urile sunt folosite peste tot acolo unde, într-o formă sau alta, este necesară generarea de energie mecanică sau electrică. Unitățile productive mari sunt utilizate în întreținerea sistemelor de inginerie, a centralelor electrice și a unităților de ridicare și transport, iar unitățile de putere redusă sunt utilizate în gospodăria obișnuită.echipamente de la ventilatoare la pompe. Dar, în ambele cazuri, scopul mașinilor de curent alternativ se reduce la dezvoltarea potențialului energetic în volum suficient. Un alt lucru este că diferențele structurale, implementarea configurației interne a statorului și rotorului, precum și infrastructura de control sunt de o importanță fundamentală.

Deși dispozitivul MPT general păstrează același set de componente funcționale pentru o lungă perioadă de timp, cerințele tot mai mari pentru funcționarea unor astfel de sisteme obligă dezvoltatorii să introducă controale și controale suplimentare. În stadiul actual de dezvoltare tehnologică, mai ales în contextul utilizării mașinilor de curent alternativ în sectorul industrial, este greu de imaginat funcționarea unor astfel de motoare și generatoare fără mijloace de în altă precizie pentru reglarea parametrilor de funcționare. Pentru aceasta, se utilizează o varietate de metode de control - puls, frecvență, reostat etc. Introducerea automatizării în infrastructura de reglementare este, de asemenea, o trăsătură caracteristică a funcționării moderne a MPT. Electronica de control este conectată la centrala electrică, pe de o parte, iar pe de altă parte - la controlerele software, care, conform unui algoritm dat, dau comenzi pentru a seta parametrii specifici ai mecanismului.

Concluzie

Generatoarele de putere și motoarele electrice sunt o componentă de putere indispensabilă în industria de astăzi. Datorită funcției lor, funcționează mașinile-unelte, instalațiile de transport, comunicații și alte unități și dispozitive electrice care necesită alimentare cu energie. LaÎn acest caz, există o gamă largă de tipuri și subspecii de mașini electrice AC și DC, ale căror caracteristici și caracteristici determină în cele din urmă nișa pentru funcționarea lor. Caracteristicile tehnice și operaționale ale MPT includ un dispozitiv structural mai simplu și cerințe de întreținere relativ scăzute. Pe de altă parte, mașinile de curent continuu se dovedesc a fi o soluție mai atractivă pentru problemele de alimentare cu energie în sistemele de alimentare critice complexe. Segmentul de producție internă de echipamente industriale de putere are o experiență vastă în proiectarea și producția ambelor tipuri de mașini electrice. Întreprinderile mari se concentrează din ce în ce mai mult pe dezvoltarea de soluții individuale cu caracteristici structurale și operaționale. Abaterile de la design-urile standard sunt adesea asociate cu necesitatea de a conecta unități funcționale și echipamente auxiliare, cum ar fi sistemele de răcire, echipamentele de protecție împotriva supraîncălzirii și fluctuațiile rețelei, putere suplimentară și de rezervă. În plus, mediul extern de operare are o influență considerabilă asupra unora dintre proprietățile structurale ale mașinilor electrice, care este luată în considerare și în etapele de proiectare și realizare a echipamentelor.