AC mašine: uređaj, princip rada, primena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Električne mašine obavljaju kritičnu funkciju konverzije energije u radnim mehanizmima i proizvodnim stanicama. Takvi uređaji nalaze svoje mjesto u različitim oblastima, snabdijevajući izvršne organe dovoljnim energetskim potencijalom. Jedan od najpopularnijih sistema ovog tipa su AC mašine (ACM), koje imaju nekoliko varijanti i razlika unutar svoje klase.

Opće informacije o MAT

Segment MPT ili elektromehaničkih pretvarača može se uslovno podijeliti na jednofazne i trofazne sisteme. Takođe, na osnovnom nivou razlikuju se asinhroni, sinhroni i kolektorski uređaji, dok opšti princip rada i dizajn dizajna imaju mnogo zajedničkog. Ova klasifikacija AC mašina je uslovna, jer moderne elektromehaničke pretvaračke stanice delimično uključuju tokove rada iz svake grupe uređaja.

U pravilu, MPT se zasniva na statoru i rotoru, između kojih je predviđen zračni razmak. Opet, bez obzira na tip mašine, radni ciklus se zasniva na rotaciji magnetnog polja. Ali ako u sinhronoj instalaciji kretanje rotora odgovara smjeru polja sile, onda se u asinkronoj mašini rotor može kretati u drugom smjeru i s različitim frekvencijama. Ova razlika određuje i karakteristike upotrebe mašina. Dakle, ako sinhroni mogu djelovati i kao generator i kao elektromehanički motor, onda se asinhroni uglavnom koriste kao motori.

Što se tiče broja faza, razlikuju se jednofazni i višefazni sistemi. Štaviše, sa stanovišta praktične upotrebe, predstavnici druge kategorije zaslužuju pažnju. To su uglavnom trofazne mašine naizmenične struje, u kojima magnetno polje samo obavlja funkciju nosioca energije. Monofazni uređaji, s druge strane, zbog operativne nepraktičnosti i velikih dimenzija postepeno nestaju iz prakse, iako je u nekim oblastima odlučujući faktor pri njihovom izboru niska cijena.

Razlike od DC mašina

Osnovna strukturna razlika leži u lokaciji namotaja. U sistemima naizmenične struje pokriva stator, a u DC mašinama rotor. U obje grupe, elektromotori se razlikuju po vrsti strujne pobude - mješoviti, paralelni i serijski. Danas se mašine naizmenične i jednosmerne struje koriste u industriji, poljoprivredi i domaćem sektoru, ali prveopcija je atraktivnija u smislu performansi. Alternatori i AC motori imaju koristi od poboljšanog dizajna, pouzdanosti i visoke energetske efikasnosti.

Upotreba jednosmjernih uređaja je rasprostranjena u područjima gdje zahtjevi za preciznošću regulacije radnih parametara dolaze do izražaja. To mogu biti transportni vučni mehanizmi, alatni strojevi i složeni mjerni instrumenti. U pogledu performansi, DC i AC mašine imaju visoku efikasnost, ali sa različitim mogućnostima tehničkog i strukturnog prilagođavanja specifičnim uslovima primene. DC rad daje više opcija za kontrolu brzine, što je važno kod servisiranja servo i koračnih motora.

Asinhroni MPT uređaj

Za tehničku osnovu ovog uređaja u vidu rotora i statora korišćen je čelični lim koji je pre montaže obostrano premazan izolacionim uljno-kolofonijskim slojem. U mašinama male snage jezgro se može napraviti od električnog čelika bez dodatnog premaza, jer u ovom slučaju prirodni oksidni sloj na metalnoj površini djeluje kao izolator. Stator je fiksiran u kućištu, a rotor na osovini. U asinhronim mašinama velike snage naizmenične struje, jezgro rotora se takođe može montirati na ivicu kućišta sa čahurom postavljenom na osovinu. Sama osovina mora da se okreće na štitovima ležaja, koji su takođe pričvršćeni za bazu kućišta.

Vanjske površine rotora i unutrašnje površine statora u početku su opremljene žljebovima za smještaj provodnika za namotaje. U statoru mašina naizmenične struje, namotaj je često trofazni i povezan na odgovarajuću mrežu od 380 V. Naziva se i primarnim. Slično se izvodi i namotaj rotora, čiji krajevi obično čine vezu u zvjezdastoj konfiguraciji. Obezbeđeni su i klizni prstenovi preko kojih se dodatno može priključiti reostat za podešavanje ili trofazni startni element.

Takođe je važno obratiti pažnju na parametre zračnog raspora, koji djeluje kao prigušna zona koja smanjuje buku, vibracije i toplinu tokom rada uređaja. Što je mašina veća, to bi trebalo da bude veći razmak. Njegova vrijednost može varirati od jednog do nekoliko milimetara. Ako je konstrukcijski nemoguće ostaviti dovoljno prostora za vazdušnu zonu, onda je obezbeđen dodatni sistem hlađenja za jedinicu.

Princip rada asinhronog MPT

Trofazni namotaj je u ovom slučaju povezan na simetričnu mrežu sa trofaznim naponom, usled čega se formira magnetno polje u vazdušnom rasporu. Što se tiče namotaja armature, poduzimaju se posebne mjere za postizanje harmonične prostorne raspodjele polja za prigušni razmak, koji formira sistem rotirajućih magnetnih polova. Prema principu rada mašine naizmenične struje, na svakom polu se formira magnetni tok koji prelazi krugove namotaja, izazivajući tako stvaranje elektromotora.snagu. U trofaznom namotaju indukuje se trofazna struja koja obezbeđuje obrtni moment motora. Na pozadini interakcije struje rotora sa magnetnim tokovima, na provodnicima se formira elektromagnetna sila.

Ako se rotor, pod djelovanjem vanjske sile, pokrene, čiji smjer odgovara smjeru fluksova magnetnog polja AC mašine, tada će rotor početi da prestiže brzina rotacije polja. Ovo se događa kada brzina statora premašuje nazivnu sinhroni frekvenciju. Istovremeno će se promijeniti smjer kretanja elektromagnetnih sila. Na taj način se formira kočioni moment sa povratnim djelovanjem. Ovaj princip rada omogućava da se mašina koristi kao generator koji radi u režimu izlazne aktivne snage u mrežu.

Dizajn i princip rada sinhronog MPT

U pogledu dizajna i lokacije statora, sinhrona mašina je slična asinkronoj. Namotaj se naziva armatura i izvodi se s istim brojem polova kao u prethodnom slučaju. Rotor je opremljen uzbudnim namotom, čije se napajanje energijom osigurava pomoću kliznih prstenova i četkica povezanih na izvor jednosmjerne struje. Izvor je generator-pobuđivač male snage montiran na jednoj osovini. U sinhronoj mašini naizmenične struje, namotaj deluje kao generator primarnog magnetnog polja. Tokom procesa projektovanja, dizajneri nastoje da stvore uslove tako da induktivna distribucija pobudnog poljana površinama statora bio što bliže sinusoidalnom.

Pri povećanim opterećenjima, namotaj statora stvara magnetno polje sa rotacijom u pravcu rotora sa istom frekvencijom. Tako se formira jedno polje rotacije u kojem će polje statora utjecati na rotor. Ovaj uređaj AC mašina omogućava im da se koriste kao elektromotori, ako se trofazna struja u početku dovodi u sinhroni namotaj. Takvi sistemi stvaraju uslove za koordiniranu rotaciju rotora sa frekvencijom koja odgovara polju statora.

Istaknute i neupadljive sinhrone mašine

Glavna razlika između sistema istaknutih stubova je prisustvo izbočenih stubova u dizajnu, koji su pričvršćeni za posebne izbočine osovine. U tipičnim mehanizmima, fiksacija se vrši uz pomoć repnih zatvarača u obliku slova T na rub križa ili osovinu kroz čahuru. Kod uređaja naizmenične struje male snage isti problem se može rešiti vijčanim spojevima. Kao materijal za namotavanje koristi se trakasti bakar, koji je namotan na ivicu, izolovan posebnim brtvama. U ušice sa stubovima u žljebovima postavljaju se motačke šipke za pokretanje. U ovom slučaju se koristi materijal visoke otpornosti poput mesinga. Konture namota na krajevima su zavarene na elemente kratkog spoja, formirajući zajedničke prstenove za kratki spoj. Mašine sa istaknutim polovima sa potencijalom snage 10-12 kW mogu se izvesti u tzv. obrnutom dizajnu, kada se armatura rotira, a polovi induktora miruju.stanje.

U mašinama sa neupadljivim polovima, dizajn se zasniva na cilindričnom rotoru napravljenom od čeličnog kovanja. U rotoru postoje žljebovi za formiranje pobudnog namota, čiji su polovi izračunati za velike brzine. Međutim, upotreba takvog namotaja u električnim strojevima s naizmjeničnom strujom velike snage je nemoguća zbog visokog stupnja istrošenosti rotora u teškim radnim uvjetima. Iz tog razloga, čak i u instalacijama srednje snage, za rotore se koriste komponente visoke čvrstoće od čvrstih otkovaka na bazi krom-nikl-molibdena ili krom-nikl čelika. U skladu sa tehničkim zahtjevima za čvrstoću, maksimalni prečnik radnog dijela rotora rotora neupadljive sinhrone mašine ne može biti veći od 125 cm elemenata. Maksimalna dužina rotora je 8,5 m. Nenametljive polne jedinice koje se koriste u industriji su različiti turbogeneratori. Uz njihovu pomoć, posebno povezuju radne momente parnih turbina sa termoelektranama.

Karakteristike vertikalnih hidrogeneratora

Zasebna klasa sinhronih MPT-ova sa istaknutim polovima opremljenih vertikalnom osovinom. Takve instalacije su povezane na hidrauličke turbine i biraju se prema snazi opsluženih protoka u smislu frekvencije rotacije. Većina AC mašina ovog tipa su male brzine, ali u isto vrijeme imajuveliki broj stubova. Među kritičnim radnim komponentama vertikalnog hidrogeneratora izdvajaju se potisni ležaj i potisni ležaj koji nosi opterećenje od rotirajućih dijelova motora. Potisni ležaj je također izložen pritisku protoka vode, koji djeluje na lopatice turbine. Osim toga, predviđena je kočnica za zaustavljanje rotacije, a u radnoj strukturi su prisutni i ležajevi za vođenje koji percipiraju radijalne sile.

U gornjem dijelu mašine, uz hidrogenerator, mogu se postaviti i pomoćne jedinice - na primjer, generator generatora i regulator. Inače, potonji je nezavisna AC mašina sa namotajem i polovima za trajne magnete. Ova postavka osigurava napajanje motora za funkciju automatskog regulatora. U velikim vertikalnim hidrogeneratorima uzbudnik se može zamijeniti sinhronim generatorom, koji zajedno sa pobudnim jedinicama i živinim ispravljačima napaja energetske uređaje koji opslužuju radni proces glavnog hidrogeneratora. Konfiguracija mašine sa vertikalnim vratilom se takođe koristi kao pogonski mehanizam za teške hidraulične pumpe.

Collector MPT

Prisutnost kolektorske jedinice u dizajnu MPT-a često je određena potrebom da se izvrši funkcija pretvaranja brzine rotacije u električnom povezivanju kola različite frekvencije na namotajima rotora i statora. Ovo rješenje vam omogućava da uređaj opremite dodatnimradna svojstva, uključujući automatsku regulaciju radnih parametara. Mašine sa kolektorima naizmenične struje koje su povezane na trofazne mreže dobijaju po tri prsta četkice u svakom segmentu dvopolne podele. Četke su međusobno povezane u paralelni krug sa kratkospojnicima. U tom smislu, MPT kolektora su slični DC motorima, ali se razlikuju od njih po broju četkica koje se koriste na polovima. Osim toga, stator u ovom sistemu može imati nekoliko dodatnih namotaja.

Zatvoreni namotaj armature kada se koristi kolektor sa trofaznim četkicama biće trofazni kompleksni namotaj sa trougaonom vezom. Tokom rotacije armature, svaka faza namotaja zadržava nepromijenjen položaj, međutim, sekcije naizmjenično prelaze iz jedne faze u drugu. Ako se u AC komutatoru koristi šestofazni set četkica s pomakom od 60 ° u odnosu na drugu, tada se formira šestofazni namotaj s poligonskom vezom. Na četkicama višefaznog stroja s kolektorskom grupom, frekvencija struje određena je rotacijom magnetskog fluksa u odnosu na fiksne četke. Smjer rotacije rotora može biti kontra ili uparen.

Upotreba MAT

Danas se MPT koriste svuda gdje je, u jednom ili drugom obliku, potrebna proizvodnja mehaničke ili električne energije. Velike produktivne jedinice se koriste u održavanju inženjerskih sistema, elektrana i jedinica za dizanje i transport, a jedinice male snage koriste se u običnom domaćinstvu.opreme od ventilatora do pumpi. Ali u oba slučaja svrha AC mašina se svodi na razvoj energetskog potencijala u dovoljnoj količini. Druga stvar je da su strukturne razlike, implementacija unutrašnje konfiguracije statora i rotora, kao i upravljačka infrastruktura od fundamentalnog značaja.

Iako opšti MPT uređaj zadržava isti skup funkcionalnih komponenti dugo vremena, sve veći zahtevi za rad takvih sistema primoravaju programere da uvedu dodatne kontrole i kontrole. U sadašnjoj fazi tehnološkog razvoja, posebno u kontekstu upotrebe AC mašina u industrijskom sektoru, teško je zamisliti rad ovakvih motora i generatora bez visokopreciznih sredstava za regulaciju radnih parametara. Za to se koriste razne metode upravljanja - puls, frekvencija, reostat itd. Uvođenje automatizacije u regulatornu infrastrukturu također je karakteristična karakteristika savremenog rada MPT-a. Upravljačka elektronika je povezana sa elektranom s jedne strane, as druge - sa softverskim kontrolerima, koji po zadatom algoritmu daju komande za podešavanje specifičnih parametara mehanizma.

Zaključak

Generatori i elektromotori su nezamjenjiva komponenta energije u današnjoj industriji. Zbog svoje funkcije rade alatne mašine, transportne, komunikacijske instalacije i druge električne jedinice i uređaji koji zahtijevaju napajanje. AtU ovom slučaju postoji ogroman niz tipova i podvrsta AC i DC električnih strojeva, čije karakteristike i karakteristike u konačnici određuju nišu za njihov rad. Tehničke i operativne karakteristike MPT-a uključuju jednostavniji strukturni uređaj i relativno niske zahtjeve za održavanjem. S druge strane, DC mašine se ispostavljaju kao atraktivnije rješenje za probleme napajanja u složenim kritičnim energetskim sistemima. Domaći proizvodni segment energetske industrijske opreme ima veliko iskustvo u projektovanju i proizvodnji oba tipa električnih mašina. Velika preduzeća se sve više fokusiraju na razvoj pojedinačnih rješenja sa strukturnim i operativnim karakteristikama. Odstupanja od standardnih konstrukcija često su povezana sa potrebom povezivanja pomoćnih funkcionalnih jedinica i opreme kao što su rashladni sistemi, zaštitna oprema od pregrijavanja i kolebanja mreže, dodatno i rezervno napajanje. Osim toga, eksterno radno okruženje ima značajan uticaj na neke od strukturnih svojstava električnih mašina, što se takođe uzima u obzir u fazama projektovanja i izrade opreme.