AC strojevi: uređaj, princip rada, primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Električni strojevi obavljaju kritičnu funkciju pretvorbe energije u radnim mehanizmima i proizvodnim stanicama. Takvi uređaji nalaze svoje mjesto u različitim područjima, opskrbljujući izvršna tijela dovoljnim potencijalom snage. Jedan od najpopularnijih sustava ove vrste su AC strojevi (ACM), koji imaju nekoliko varijanti i razlika unutar svoje klase.

Opće informacije o MAT

Segment MPT ili elektromehaničkih pretvarača može se uvjetno podijeliti na jednofazne i trofazne sustave. Također, na osnovnoj razini razlikuju se asinkroni, sinkroni i kolektorski uređaji, dok opći princip rada i projektiranje imaju mnogo zajedničkog. Ova klasifikacija AC strojeva je uvjetna, budući da moderne elektromehaničke pretvorbene stanice djelomično uključuju tijek rada svake grupe uređaja.

U pravilu, MPT se temelji na statoru i rotoru, između kojih je predviđen zračni razmak. Opet, bez obzira na vrstu stroja, radni ciklus se temelji na rotaciji magnetskog polja. Ali ako u sinkronoj instalaciji kretanje rotora odgovara smjeru polja sile, tada se u asinkronom stroju rotor može kretati u drugom smjeru i s različitim frekvencijama. Ova razlika također određuje značajke uporabe strojeva. Dakle, ako sinkroni mogu djelovati i kao generator i kao elektromehanički motor, onda se asinkroni uglavnom koriste kao motori.

Što se tiče broja faza, razlikuju se jednofazni i višefazni sustavi. Štoviše, s gledišta praktične uporabe, predstavnici druge kategorije zaslužuju pozornost. To su uglavnom trofazni strojevi izmjenične struje, u kojima magnetsko polje samo obavlja funkciju prijenosnika energije. Monofazni uređaji, s druge strane, zbog nepraktičnosti rada i velikih dimenzija postupno nestaju iz prakse primjene, iako je u nekim područjima odlučujući čimbenik u njihovom izboru niska cijena..

Razlike od DC strojeva

Temeljna strukturna razlika leži u mjestu namota. U sustavima izmjenične struje pokriva stator, a u istosmjernim strojevima rotor. U obje skupine elektromotori se razlikuju po vrsti strujne pobude - mješoviti, paralelni i serijski. Danas se AC i DC strojevi koriste u industriji, poljoprivredi i sektoru domaćinstva, ali prviopcija je atraktivnija u smislu izvedbe. Alternatori i AC motori imaju koristi od poboljšanog dizajna, pouzdanosti i visoke energetske učinkovitosti.

Primjena uređaja istosmjerne struje rasprostranjena je u područjima gdje do izražaja dolaze zahtjevi za točnost regulacije radnih parametara. To mogu biti transportni vučni mehanizmi, alatni strojevi i složeni mjerni instrumenti. U pogledu performansi, DC i AC strojevi imaju visoku učinkovitost, ali s različitim mogućnostima tehničkog i strukturnog prilagođavanja specifičnim uvjetima primjene. DC rad daje više mogućnosti za kontrolu brzine, što je važno kod servisiranja servo i koračnih motora.

Asinkroni MPT uređaj

Za tehničku osnovu ovog uređaja u obliku rotora i statora korišten je čelični lim koji je prije montaže obostrano premazan izolacijskim uljno-kolofonijskim slojem. U strojevima male snage jezgra se može izraditi 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 asinkronim strojevima velike snage izmjenične struje, jezgra rotora se također može montirati na rub kućišta s čahurom postavljenom na osovinu. Sama osovina mora se okretati na štitovima ležaja, koji su također pričvršćeni na podnožje kućišta.

Vanjske površine rotora i unutarnje površine statora u početku su opremljene utorima za smještaj vodiča za namote. U statoru izmjeničnih strojeva namot je često trofazni i spojen na odgovarajuću mrežu od 380 V. Naziva se i primarnim. Slično se izvodi i namot rotora čiji krajevi obično čine spoj u zvjezdastoj konfiguraciji. Dostupni su i klizni prstenovi preko kojih se dodatno može spojiti reostat za podešavanje ili trofazni startni element.

Također je važno obratiti pažnju na parametre zračnog raspora, koji djeluje kao prigušna zona koja smanjuje buku, vibracije i toplinu tijekom rada uređaja. Što je stroj veći, to bi trebao biti veći razmak. Njegova vrijednost može varirati od jednog do nekoliko milimetara. Ako je konstrukcijski nemoguće ostaviti dovoljno prostora za zračnu zonu, tada je predviđen dodatni sustav hlađenja za jedinicu.

Princip rada asinkronog MPT

Trofazni namot je u ovom slučaju spojen na simetričnu mrežu s trofaznim naponom, uslijed čega se u zračnom rasporu stvara magnetsko polje. Što se tiče namota armature, poduzimaju se posebne mjere za postizanje harmonične prostorne raspodjele polja za prigušni razmak koji tvori sustav rotirajućih magnetskih polova. Prema principu rada stroja za izmjeničnu struju, na svakom polu se formira magnetski tok koji prelazi krugove namota, izazivajući tako stvaranje elektromotora.snagu. U trofaznom namotu inducira se trofazna struja koja osigurava okretni moment motora. Na pozadini interakcije struje rotora s magnetskim tokovima, na vodičima se stvara elektromagnetska sila.

Ako se rotor, pod djelovanjem vanjske sile, pokrene, čiji smjer odgovara smjeru tokova magnetskog polja AC stroja, tada će rotor početi prestizati brzina rotacije polja. To se događa kada brzina statora premašuje nazivnu sinkronu frekvenciju. Istovremeno će se promijeniti smjer kretanja elektromagnetskih sila. Na taj način se formira kočni moment s povratnim djelovanjem. Ovaj princip rada omogućuje da se stroj koristi kao generator koji radi u načinu izlazne aktivne snage u mrežu.

Dizajn i princip rada sinkronog MPT

U smislu dizajna i položaja statora, sinkroni stroj je sličan asinkronom. Namot se naziva armaturom i izvodi se s istim brojem polova kao u prethodnom slučaju. Rotor je opremljen uzbudnim namotom, čije napajanje energijom osiguravaju klizni prstenovi i četke spojene na izvor istosmjerne struje. Izvor je generator-pobuđivač male snage postavljen na jednu osovinu. U sinkronom stroju izmjenične struje, namot djeluje kao generator primarnog magnetskog polja. Tijekom procesa projektiranja, projektanti nastoje stvoriti uvjete tako da induktivna raspodjela polja uzbudena površinama statora bio što bliže sinusoidalnom.

Pri povećanim opterećenjima, statorski namot stvara magnetsko polje s rotacijom u smjeru rotora s istom frekvencijom. Tako se formira jedno polje rotacije u kojem će polje statora utjecati na rotor. Ovaj uređaj AC strojeva omogućuje im da se koriste kao elektromotori, ako se trofazna struja u početku dovodi u sinkroni namot. Takvi sustavi stvaraju uvjete za koordiniranu rotaciju rotora s frekvencijom koja odgovara polju statora.

Istaknuti i neupadljivi sinkroni strojevi

Glavna razlika između sustava istaknutih stupova je prisutnost izbočenih stupova u dizajnu, koji su pričvršćeni na posebne izbočine osovine. U tipičnim mehanizmima, fiksacija se provodi uz pomoć repnih zatvarača u obliku slova T na rub križa ili osovinu kroz čahuru. U uređaju izmjeničnih strojeva male snage isti se problem može riješiti vijčanim spojevima. Kao materijal za namotavanje koristi se trakasti bakar, koji je namotan na rub, izolirajući posebnim brtvama. U ušice s stupovima u žljebovima postavljaju se motke za pokretanje. U ovom slučaju koristi se materijal visoke otpornosti poput mjedi. Konture namota na krajevima su zavarene na elemente kratkog spoja, tvoreći zajedničke prstenove za kratki spoj. Strojevi s istaknutim polovima s potencijalom snage 10-12 kW mogu se izvesti u tzv. obrnutom dizajnu, kada se armatura rotira, a polovi induktora miruju.stanje.

U strojevima s nenaglašenim polovima, dizajn se temelji na cilindričnom rotoru izrađenom od čeličnog kovanja. U rotoru se nalaze utori za formiranje uzbudnog namota, čiji su polovi izračunati za velike brzine. Međutim, uporaba takvog namota u električnim strojevima s izmjeničnom strujom velike snage je nemoguća zbog visokog stupnja trošenja rotora u teškim radnim uvjetima. Zbog toga se čak i u instalacijama srednje snage za rotore koriste komponente visoke čvrstoće od čvrstih otkovaka na bazi krom-nikl-molibdena ili krom-nikl čelika. U skladu s tehničkim zahtjevima za čvrstoću, najveći promjer radnog dijela rotora rotora neupadljivog sinkronog stroja ne može biti veći od 125 cm elemenata. Maksimalna duljina rotora je 8,5 m. Neizrazite jedinice polova koje se koriste u industriji uključuju razne turbogeneratore. Uz njihovu pomoć, posebice, povezuju radne momente parnih turbina s termoelektranama.

Značajke vertikalnih hidrogeneratora

Zasebna klasa sinkronih MPT-ova s istaknutim polovima s okomitom osovinom. Takve su instalacije spojene na hidrauličke turbine i biraju se prema snazi opsluženih protoka u smislu frekvencije vrtnje. Većina AC strojeva ove vrste su male brzine, ali u isto vrijeme imajuveliki broj polova. Među kritičnim radnim komponentama vertikalnog hidrogeneratora izdvajaju se potisni ležaj i potisni ležaj koji nosi opterećenje od rotirajućih dijelova motora. Osobito potisni ležaj također je podvrgnut pritisku protoka vode, koji djeluje na lopatice turbine. Osim toga, predviđena je kočnica za zaustavljanje rotacije, a u radnoj strukturi su također prisutni ležajevi za vođenje koji percipiraju radijalne sile.

U gornjem dijelu stroja, uz hidrogenerator, mogu se postaviti i pomoćne jedinice - npr. generator generatora i regulator. Inače, potonji je neovisni AC stroj s namotom i polovima za trajne magnete. Ova postavka osigurava napajanje motora za funkciju automatskog regulatora. U velikim vertikalnim hidrogeneratorima uzbudnik se može zamijeniti sinkronim generatorom, koji zajedno s uzbudnim jedinicama i živinim ispravljačima napaja energetske uređaje koji opslužuju radni proces glavnog hidrogeneratora. Konfiguracija stroja s okomitom osovinom također se 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 pretvorbe brzine vrtnje u električnom spoju različitih frekvencijskih krugova na namotima rotora i statora. Ovo rješenje omogućuje vam da opremite uređaj dodatnimradna svojstva, uključujući automatsku regulaciju radnih parametara. AC kolektorski strojevi koji su spojeni na trofazne mreže dobivaju po tri prsta četke u svakom segmentu dvopolne podjele. Četke su međusobno povezane u paralelnom krugu skakačima. U tom su smislu kolektorski MPT-ovi slični istosmjernim motorima, ali se razlikuju od njih po broju četkica koje se koriste na polovima. Osim toga, stator u ovom sustavu može imati nekoliko dodatnih namota.

Zatvoreni armaturni namot kada se koristi kolektor s trofaznim četkicama bit će trofazni složeni namot s trougaonom vezom. Tijekom rotacije armature, svaka faza namota zadržava nepromijenjen položaj, međutim, sekcije naizmjenično prelaze iz jedne faze u drugu. Ako se u AC komutatoru koristi šestfazni set četkica s pomakom od 60 ° jedna u odnosu na drugu, tada se formira šestfazni namot s poligonskom vezom. Na četkama višefaznog stroja s kolektorskom grupom, frekvencija struje određena je rotacijom magnetskog toka u odnosu na fiksne četke. Smjer rotacije rotora može biti kontra ili usklađen.

Upotreba MAT

Danas se MPT-ovi koriste svugdje gdje je, u ovom ili onom obliku, potrebna proizvodnja mehaničke ili električne energije. Velike produktivne jedinice koriste se za održavanje inženjerskih sustava, elektrana i jedinica za dizanje i transport, a jedinice male snage koriste se u običnom kućanstvu.opreme od ventilatora do pumpi. Ali u oba slučaja svrha AC strojeva svodi se na razvoj energetskog potencijala u dovoljnom volumenu. Druga stvar je da su strukturne razlike, implementacija unutarnje konfiguracije statora i rotora, kao i upravljačka infrastruktura od temeljne važnosti.

Iako opći MPT uređaj zadržava isti skup funkcionalnih komponenti dugo vremena, sve veći zahtjevi za rad takvih sustava prisiljavaju programere da uvedu dodatne kontrole i kontrole. U današnjem stupnju tehnološkog razvoja, posebice u kontekstu korištenja AC strojeva u industrijskom sektoru, teško je zamisliti rad takvih 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 karakteristično obilježje suvremenog rada MPT-a. Upravljačka elektronika povezana je s elektranom s jedne strane, as druge - sa softverskim kontrolerima, koji prema zadanom algoritmu daju naredbe za postavljanje specifičnih parametara mehanizma.

Zaključak

Generatori i elektromotori su nezamjenjiva komponenta energije u današnjoj industriji. Zbog svoje funkcije rade alatni strojevi, transportne, komunikacijske instalacije i druge električne jedinice i uređaji koji zahtijevaju napajanje. NaU ovom slučaju postoji ogroman niz tipova i podvrsta AC i DC električnih strojeva, čije značajke i karakteristike u konačnici određuju nišu za njihov rad. Tehničke i operativne značajke MPT-a uključuju jednostavniji strukturni uređaj i relativno niske zahtjeve za održavanjem. S druge strane, istosmjerni strojevi pokazuju se atraktivnijim rješenjem za probleme napajanja u složenim kritičnim energetskim sustavima. Domaći proizvodni segment energetske industrijske opreme ima veliko iskustvo u projektiranju i proizvodnji obje vrste električnih strojeva. Velika poduzeća sve se više usredotočuju na razvoj pojedinačnih rješenja sa strukturnim i operativnim značajkama. Odstupanja od standardnih konstrukcija često su povezana s potrebom povezivanja pomoćnih funkcionalnih jedinica i opreme kao što su rashladni sustavi, zaštitna oprema od pregrijavanja i kolebanja mreže, dodatno i rezervno napajanje. Osim toga, vanjsko radno okruženje ima značajan utjecaj na neka od strukturnih svojstava električnih strojeva, što se također uzima u obzir u fazama projektiranja i izrade opreme.