AC-maskiner: enhet, operasjonsprinsipp, applikasjon

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Elektriske maskiner utfører den kritiske funksjonen til energikonvertering i arbeidsmekanismer og generasjonsstasjoner. Slike enheter finner sin plass i forskjellige områder, og forsyner utøvende organer med tilstrekkelig kraftpotensial. Et av de mest populære systemene av denne typen er AC-maskiner (ACM), som har flere varianter og forskjeller innenfor sin klasse.

Generell informasjon om MAT

Segmentet av MPT eller elektromekaniske omformere kan betinget deles inn i enfase- og trefasesystemer. Også på det grunnleggende nivået skilles asynkrone, synkrone og samlerenheter ut, mens det generelle prinsippet om drift og designdesign har mye til felles. Denne klassifiseringen av AC-maskiner er betinget, siden moderne elektromekaniske konverteringsstasjoner delvis involverer arbeidsflyter fra hver gruppe enheter.

MPT er som regel basert på en stator og en rotor, mellom hvilke det er anordnet en luftsp alte. Igjen, uavhengig av maskintype, er arbeidssyklusen basert på rotasjonen av magnetfeltet. Men hvis bevegelsen til rotoren i en synkron installasjon tilsvarer retningen til kraftfeltet, kan rotoren i en asynkron maskin bevege seg i en annen retning og med forskjellige frekvenser. Denne forskjellen bestemmer også funksjonene ved bruk av maskiner. Så hvis synkron kan fungere både som en generator og som en elektromekanisk motor, så brukes asynkrone hovedsakelig som motorer.

Når det gjelder antall faser, skilles en- og flerfasesystemer. Dessuten, fra synspunktet til praktisk bruk, fortjener representanter for den andre kategorien oppmerksomhet. Dette er for det meste trefase AC-maskiner, der magnetfeltet bare utfører funksjonen som en energibærer. Enfase-enheter, på den annen side, på grunn av upraktisk drift og store størrelser, forsvinner gradvis fra brukspraksisen, selv om den avgjørende faktoren i valget i enkelte områder er lav kostnad.

Forskjeller fra DC-maskiner

Den grunnleggende strukturelle forskjellen ligger i plasseringen av viklingen. I AC-systemer dekker den statoren, og i DC-maskiner rotoren. I begge grupper er elektriske motorer forskjellige i type strømeksitasjon - blandet, parallell og serie. I dag brukes AC- og DC-maskiner i industri, landbruk og husholdningssektoren, men den første alternativet er mer attraktivt med tanke på ytelse. Generatorer og AC-motorer drar nytte av forbedret design, pålitelighet og høy energieffektivitet.

Bruken av likestrømsapparater er utbredt i områder hvor kravene til nøyaktighet ved regulering av driftsparametere kommer i forgrunnen. Dette kan være transporttrekkmekanismer, verktøymaskiner og komplekse måleinstrumenter. Ytelsesmessig har DC- og AC-maskiner høy effektivitet, men med ulike muligheter for teknisk og strukturell tilpasning til spesifikke bruksforhold. DC-drift gir flere muligheter for hastighetskontroll, noe som er viktig ved service på servo- og trinnmotorer.

Asynkron MPT-enhet

For det tekniske grunnlaget for denne enheten i form av en rotor og en stator, brukes stålplate som er belagt med et isolerende olje-kolofoniumlag på begge sider før montering. I maskiner med lav effekt kan kjernen være laget av elektrisk stål uten ekstra belegg, siden i dette tilfellet fungerer det naturlige oksidlaget på metalloverflaten som en isolator. Statoren er festet i huset, og rotoren på akselen. I asynkrone vekselstrømsmaskiner med høy effekt kan rotorkjernen også monteres på husfelgen med en hylse montert på akselen. Selve akselen må rotere på lagerskjoldene, som også er festet til bunnen av huset.

De ytre overflatene av rotoren og de indre overflatene av statoren er i utgangspunktet utstyrt med spor for å romme viklingslederne. I statoren til AC-maskiner er viklingen ofte trefaset og koblet til passende 380 V-nettverk. Det kalles også primær. Rotorviklingen utføres på samme måte, hvis ender vanligvis danner en forbindelse i en stjernekonfigurasjon. Det følger også med glideringer, som i tillegg kan kobles til en reostat for justering eller et trefaset startelement.

Det er også viktig å merke seg parametrene til luftsp alten, som fungerer som en spjeldsone som reduserer støy, vibrasjoner og varme under drift av enheten. Jo større maskinen er, desto større skal gapet være. Verdien kan variere fra én til flere millimeter. Hvis det er strukturelt umulig å etterlate nok plass til luftsonen, leveres et ekstra kjølesystem for enheten.

Prinsippet for drift av asynkron MPT

Trefaseviklingen er i dette tilfellet koblet til et symmetrisk nettverk med trefasespenning, som et resultat av at det dannes et magnetfelt i luftgapet. Når det gjelder ankerviklingen, gjøres det spesielle tiltak for å oppnå en harmonisk romlig fordeling av feltet for dempesp alten, som danner et system av roterende magnetiske poler. I henhold til prinsippet om drift av en vekselstrømsmaskin dannes en magnetisk fluks ved hver pol, som krysser viklingskretsene, og provoserer derved generering av elektromotoriskstyrke. En trefasestrøm induseres i trefaseviklingen, som gir motormomentet. På bakgrunn av samspillet mellom rotorstrømmen og magnetiske flukser, dannes det en elektromagnetisk kraft på lederne.

Hvis rotoren, under påvirkning av en ytre kraft, settes i bevegelse, hvis retning tilsvarer retningen til fluksene til magnetfeltet til AC-maskinen, vil rotoren begynne å overta feltets rotasjonshastighet. Dette skjer når statorhastigheten overstiger den nominelle synkronfrekvensen. Samtidig vil bevegelsesretningen til elektromagnetiske krefter endres. På denne måten dannes et bremsemoment med reversering. Dette operasjonsprinsippet gjør at maskinen kan brukes som en generator som opererer i modus for aktiv effekt til nettverket.

Design og prinsipp for drift av synkron MPT

Når det gjelder design og plassering av statoren, ligner en synkronmaskin på en asynkron. Viklingen kalles en armatur og utføres med samme antall poler som i forrige tilfelle. Rotoren er utstyrt med en eksitasjonsvikling, hvis energitilførsel leveres av sleperinger og børster koblet til en likestrømkilde. En kilde er en laveffekt generator-exciter montert på en enkelt aksel. I en synkron AC-maskin fungerer viklingen som en generator av det primære magnetfeltet. Under designprosessen streber designere etter å skape forhold slik at den induktive fordelingen av eksitasjonsfeltetpå overflatene av statoren var så nær sinusformet som mulig.

Ved økte belastninger genererer statorviklingen et magnetfelt med rotasjon i rotorens retning med samme frekvens. Dermed dannes et enkelt rotasjonsfelt, der statorfeltet vil påvirke rotoren. Denne enheten til AC-maskiner gjør at de kan brukes som elektriske motorer, hvis en trefasestrøm i utgangspunktet tilføres synkronviklingen. Slike systemer skaper forutsetninger for koordinert rotasjon av rotoren med en frekvens som tilsvarer statorfeltet.

fremspringende og ikke-fremspringende synkrone maskiner

Hovedforskjellen mellom fremtredende polsystemer er tilstedeværelsen av utstikkende stolper i designet, som er festet til spesielle fremspring på skaftet. I typiske mekanismer utføres fiksering ved hjelp av T-formede halefester til kanten av krysset eller akselen gjennom bøssingen. I enheten til vekselstrømsmaskiner med lav effekt kan det samme problemet løses med boltede forbindelser. Som viklingsmateriale brukes stripekobber, som er viklet på en kant, isolerende med spesielle pakninger. I knaster med stolper i sporene er viklingsstengene for start plassert. I dette tilfellet brukes et materiale med høy resistivitet som messing. Viklingskonturene i endene er sveiset til kortslutningselementene, og danner felles ringer for kortslutning. Salient-pol maskiner med et effektpotensial på 10-12 kW kan utføres i såk alt invertert design, når ankeret roterer og induktorpolene forblir stasjonæretilstand.

I ikke-fremspringende stangmaskiner er designet basert på en sylindrisk rotor laget av stålsmiing. Det er spor i rotoren for å danne eksitasjonsviklingen, hvis poler er beregnet for høye hastigheter. Imidlertid er bruken av en slik vikling i elektriske maskiner med høy effekt vekselstrøm umulig på grunn av den høye graden av rotorslitasje under tøffe driftsforhold. Av denne grunn, selv i installasjoner med middels kraft, brukes høyfaste komponenter laget av solid smiing basert på krom-nikkel-molybden eller krom-nikkel stål for rotorer. I samsvar med de tekniske kravene til styrke, kan den maksimale diameteren til arbeidsdelen av rotoren til en ikke-fremspringende synkron maskinrotor ikke overstige 125 cm elementer. Maksimal lengde på rotoren er 8,5 m. Ikke-fremspringende polenheter som brukes i industrien inkluderer ulike turbogeneratorer. Spesielt med deres hjelp kobler de driftsmomentene til dampturbiner med termiske kraftverk.

Funksjoner ved vertikale hydrogeneratorer

En egen klasse av synkrone MPT-er med fremtredende poler utstyrt med en vertikal aksel. Slike installasjoner er koblet til hydrauliske turbiner og velges i henhold til kraften til de betjente strømmene når det gjelder rotasjonsfrekvens. De fleste AC-maskiner av denne typen er lavhastighets, men samtidig har deet stort antall stolper. Blant de kritiske arbeidskomponentene til en vertikal hydrogenerator kan man merke seg et trykklager og et trykklager, som bærer belastningen fra de roterende delene av motoren. Spesielt trykklageret er også utsatt for trykk fra vannstrømmen som virker på turbinbladene. I tillegg er det anordnet en brems for å stoppe rotasjonen, og styrelagre er også tilstede i arbeidsstrukturen som oppfatter radielle krefter.

I den øvre delen av maskinen, sammen med hydrogeneratoren, kan det plasseres hjelpeenheter - for eksempel en generatormagnet og en regulator. Sistnevnte er forresten en uavhengig AC-maskin med vikling og poler for permanente magneter. Denne innstillingen gir strøm til motoren for den automatiske regulatorfunksjonen. I store vertikale hydrogeneratorer kan magnetiseringen erstattes av en synkrongenerator, som sammen med magnetiseringsenhetene og kvikksølvlikeretterne gir strøm til kraftenhetene som betjener arbeidsprosessen til hovedhydrogeneratoren. Maskinkonfigurasjonen med vertikal aksel brukes også som en drivmekanisme for kraftige hydrauliske pumper.

Collector MPT

Tilstedeværelsen av en kollektorenhet i utformingen av MPT bestemmes ofte av behovet for å utføre funksjonen til å konvertere rotasjonshastigheten i den elektriske tilkoblingen av forskjellig-frekvenskretser på rotoren og statorviklingene. Denne løsningen lar deg utstyre enheten med ekstradriftsegenskaper, inkludert automatisk regulering av driftsparametere. AC-kollektormaskiner som er koblet til trefasenettverk mottar tre børstefingre i hvert segment av den doble poldelingen. Børstene er koblet til hverandre i en parallellkrets med jumpere. I denne forstand ligner samler-MPT-er på DC-motorer, men skiller seg fra dem i antall børster som brukes på polene. I tillegg kan statoren i dette systemet ha flere ekstra viklinger.

Den lukkede armaturviklingen ved bruk av kollektor med trefasebørster vil være en trefaset kompleks vikling med deltakopling. Under rotasjonen av ankeret opprettholder hver fase av viklingen en uendret posisjon, men seksjonene går vekselvis fra en fase til en annen. Hvis et seksfaset sett med børster med en forskyvning på 60 ° i forhold til hverandre brukes i en AC-kommutatormaskin, dannes en seksfaset vikling med en polygonforbindelse. På børstene til en flerfasemaskin med en kollektorgruppe bestemmes strømfrekvensen av rotasjonen av den magnetiske fluksen i forhold til de faste børstene. Rotasjonsretningen til rotoren kan enten være mot eller matchet.

Bruk av MAT

I dag brukes MPT-er over alt der det i en eller annen form kreves generering av mekanisk eller elektrisk energi. Store produktive enheter brukes i vedlikehold av ingeniørsystemer, kraftstasjoner og løfte- og transportenheter, og laveffektenheter brukes i vanlig husholdningutstyr fra vifter til pumper. Men i begge tilfeller er formålet med AC-maskiner redusert til utvikling av energipotensial i tilstrekkelig volum. En annen ting er at strukturelle forskjeller, implementeringen av den interne konfigurasjonen av statoren og rotoren, samt kontrollinfrastrukturen er av fundamental betydning.

Selv om den generelle MPT-enheten beholder det samme settet med funksjonelle komponenter i lang tid, tvinger de økende kravene til driften av slike systemer utviklere til å introdusere ytterligere kontroller og kontroller. På det nåværende stadiet av teknologisk utvikling, spesielt i sammenheng med bruk av AC-maskiner i industrisektoren, er det vanskelig å forestille seg driften av slike motorer og generatorer uten høypresisjonsmidler for regulering av driftsparametere. For dette brukes en rekke kontrollmetoder - puls, frekvens, reostat, etc. Innføringen av automatisering i den regulatoriske infrastrukturen er også et karakteristisk trekk ved moderne MPT-drift. Styreelektronikken er koblet til kraftverket på den ene siden, og på den andre - til programvarekontrollerne, som i henhold til en gitt algoritme gir kommandoer for å sette spesifikke parametere for mekanismen.

Konklusjon

Kraftgeneratorer og elektriske motorer er en uunnværlig kraftkomponent i dagens industri. På grunn av sin funksjon fungerer maskinverktøy, transport, kommunikasjonsinstallasjoner og andre elektriske enheter og enheter som krever strømforsyning. PåI dette tilfellet er det et stort utvalg av typer og underarter av AC- og DC-elektriske maskiner, hvis funksjoner og egenskaper til slutt bestemmer nisjen for deres drift. De tekniske og operasjonelle egenskapene til MPT inkluderer en enklere strukturell enhet og relativt lave vedlikeholdskrav. På den annen side viser likestrømsmaskiner seg å være en mer attraktiv løsning på strømforsyningsproblemer i komplekse kritiske kraftsystemer. Det innenlandske produksjonssegmentet av kraftindustrielt utstyr har lang erfaring med design og produksjon av begge typer elektriske maskiner. Store virksomheter fokuserer i økende grad på utvikling av individuelle løsninger med strukturelle og operasjonelle funksjoner. Avvik fra standarddesign er ofte forbundet med behov for å koble til funksjonelle hjelpeenheter og utstyr som kjølesystemer, verneutstyr mot overoppheting og nettsvingninger, tilleggs- og reservestrøm. I tillegg har det ytre driftsmiljøet en betydelig innflytelse på noen av de strukturelle egenskapene til elektriske maskiner, noe som også tas i betraktning i stadiene av design og produksjon av utstyr.