AC mašinos: įrenginys, veikimo principas, pritaikymas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Elektrinės mašinos atlieka svarbiausią energijos konvertavimo funkciją darbo mechanizmuose ir generavimo stotyse. Tokie įrenginiai randa savo vietą įvairiose srityse, aprūpindami vykdomąsias institucijas pakankamu galios potencialu. Viena iš populiariausių tokio tipo sistemų yra kintamosios srovės mašinos (ACM), kurių klasėje yra keletas variantų ir skirtumų.

Bendra informacija apie MAT

MPT arba elektromechaninių keitiklių segmentą sąlygiškai galima suskirstyti į vienfazes ir trifazes sistemas. Taip pat pagrindiniame lygmenyje išskiriami asinchroniniai, sinchroniniai ir kolektoriniai įrenginiai, o bendras veikimo principas ir konstrukcijos dizainas turi daug bendro. Ši kintamosios srovės mašinų klasifikacija yra sąlyginė, nes šiuolaikinės elektromechaninės konversijos stotys iš dalies apima kiekvienos įrenginių grupės darbo eigą.

Paprastai MPT yra pagrįstas statoriumi ir rotoriumi, tarp kurių yra oro tarpas. Vėlgi, nepriklausomai nuo mašinos tipo, darbo ciklas pagrįstas magnetinio lauko sukimu. Bet jei sinchroniniame įrenginyje rotoriaus judėjimas atitinka jėgos lauko kryptį, tai asinchroninėje mašinoje rotorius gali judėti kita kryptimi ir skirtingais dažniais. Šis skirtumas lemia ir mašinų naudojimo ypatumus. Taigi, jei sinchroniniai gali veikti ir kaip generatorius, ir kaip elektromechaninis variklis, tai asinchroniniai dažniausiai naudojami kaip varikliai.

Kalbant apie fazių skaičių, išskiriamos vienfazės ir daugiafazės sistemos. Be to, praktinio naudojimo požiūriu, antrosios kategorijos atstovai nusipelno dėmesio. Dažniausiai tai yra trifazės kintamosios srovės mašinos, kuriose magnetinis laukas tiesiog atlieka energijos nešiklio funkciją. Kita vertus, vienfaziai įrenginiai dėl eksploatavimo nepraktiškumo ir didelių dydžių pamažu nyksta iš praktikos, nors kai kuriose srityse lemiamas jų pasirinkimo veiksnys yra maža kaina.

Skirtumai nuo nuolatinės srovės įrenginių

Esminis struktūrinis skirtumas yra apvijos vietoje. Kintamosios srovės sistemose jis apima statorių, o nuolatinės srovės mašinose – rotorių. Abiejose grupėse elektros varikliai skiriasi srovės žadinimo tipu – mišriu, lygiagrečiu ir nuosekliu. Šiandien kintamosios srovės ir nuolatinės srovės mašinos naudojamos pramonėje, žemės ūkyje ir buityje, tačiau pirmasisvariantas yra patrauklesnis našumo požiūriu. Kintamosios srovės generatoriai ir kintamosios srovės varikliai pasižymi patobulintu dizainu, patikimumu ir dideliu energijos vartojimo efektyvumu.

Nuolatinės srovės įrenginių naudojimas plačiai paplitęs tose srityse, kuriose iškyla darbo parametrų reguliavimo tikslumo reikalavimai. Tai gali būti transporto traukos mechanizmai, staklės ir sudėtingi matavimo prietaisai. Kalbant apie našumą, nuolatinės srovės ir kintamosios srovės mašinos pasižymi dideliu efektyvumu, tačiau turi skirtingas techninio ir konstrukcinio pritaikymo galimybes prie konkrečių naudojimo sąlygų. Nuolatinė srovė suteikia daugiau greičio reguliavimo galimybių, o tai svarbu aptarnaujant servo ir žingsninius variklius.

Asinchroninis MPT įrenginys

Šio įrenginio, kuris yra rotorius ir statorius, techninei bazei naudojamas lakštinis plienas, kuris prieš surinkimą iš abiejų pusių padengiamas izoliaciniu alyvos-kanifolijos sluoksniu. Mažos galios mašinose šerdis gali būti pagaminta iš elektrotechninio plieno be papildomos dangos, nes tokiu atveju natūralus oksido sluoksnis ant metalinio paviršiaus veikia kaip izoliatorius. Statorius yra pritvirtintas korpuse, o rotorius - ant veleno. Asinchroninėse didelės galios kintamosios srovės mašinose rotoriaus šerdį taip pat galima montuoti ant korpuso ratlankio su įvore, sumontuota ant veleno. Pats velenas turi suktis ant guolių skydų, kurie taip pat pritvirtinti prie korpuso pagrindo.

Išoriniai rotoriaus paviršiai ir statoriaus vidiniai paviršiai iš pradžių yra su grioveliais, kad tilptų apvijų laidininkai. Kintamosios srovės mašinų statoriuje apvija dažnai būna trifazė ir prijungta prie atitinkamo 380 V tinklo. Ji dar vadinama pirmine. Panašiai atliekama ir rotoriaus apvija, kurios galai dažniausiai sudaro žvaigždutės konfigūracijos jungtį. Taip pat pateikiami slydimo žiedai, per kuriuos galima papildomai prijungti reguliavimo reostatą arba trifazį paleidimo elementą.

Taip pat svarbu atkreipti dėmesį į oro tarpo parametrus, kuris veikia kaip slopintuvo zona, mažinanti triukšmą, vibraciją ir šilumą įrenginio veikimo metu. Kuo didesnė mašina, tuo didesnis turėtų būti tarpas. Jo vertė gali svyruoti nuo vieno iki kelių milimetrų. Jei struktūriškai neįmanoma palikti pakankamai erdvės oro zonai, tuomet numatoma papildoma įrenginio aušinimo sistema.

Asinchroninio MPT veikimo principas

Trifazė apvija šiuo atveju jungiama į simetrišką tinklą su trifaze įtampa, dėl to oro tarpelyje susidaro magnetinis laukas. Kalbant apie armatūros apviją, imamasi specialių priemonių, kad būtų pasiektas harmoningas erdvinis lauko pasiskirstymas slopinimo tarpui, kuris sudaro besisukančių magnetinių polių sistemą. Pagal kintamosios srovės mašinos veikimo principą kiekviename poliuje susidaro magnetinis srautas, kuris kerta apvijų grandines ir taip provokuoja elektrovaros generavimą.stiprumas. Trifazėje apvijoje indukuojama trifazė srovė, kuri užtikrina variklio sukimo momentą. Rotoriaus srovės sąveikos su magnetiniais srautais fone ant laidininkų susidaro elektromagnetinė jėga.

Jei rotorius, veikiamas išorinės jėgos, pajuda, kurio kryptis atitinka kintamosios srovės mašinos magnetinio lauko srautų kryptį, tada rotorius pradės aplenkti lauko sukimosi greitis. Tai atsitinka, kai statoriaus greitis viršija vardinį sinchroninį dažnį. Tuo pačiu bus pakeista elektromagnetinių jėgų judėjimo kryptis. Tokiu būdu susidaro atbulinės eigos stabdymo momentas. Šis veikimo principas leidžia mašiną naudoti kaip generatorių, veikiančią aktyviosios galios išėjimo į tinklą režimu.

Sinchroninio MPT dizainas ir veikimo principas

Statoriaus konstrukcija ir vieta sinchroninė mašina yra panaši į asinchroninę. Apvija vadinama armatūra ir atliekama su tuo pačiu polių skaičiumi, kaip ir ankstesniu atveju. Rotoriuje yra sužadinimo apvija, kurios energijos tiekimą užtikrina slydimo žiedai ir šepečiai, prijungti prie nuolatinės srovės š altinio. Š altinis yra mažos galios generatorius-žadintuvas, sumontuotas ant vieno veleno. Sinchroninėje kintamosios srovės mašinoje apvija veikia kaip pirminio magnetinio lauko generatorius. Projektavimo procese dizaineriai stengiasi sudaryti sąlygas, kad indukcinis sužadinimo lauko pasiskirstymasant statoriaus paviršių buvo kiek įmanoma arčiau sinusoidės.

Esant padidintoms apkrovoms, statoriaus apvija sukuria magnetinį lauką, sukantis rotoriaus kryptimi tokiu pat dažniu. Taigi susidaro vienas sukimosi laukas, kuriame statoriaus laukas paveiks rotorių. Šis kintamosios srovės mašinų įtaisas leidžia juos naudoti kaip elektros variklius, jei iš pradžių į sinchroninę apviją tiekiama trifazė srovė. Tokios sistemos sudaro sąlygas koordinuotam rotoriaus sukimuisi dažniu, atitinkančiu statoriaus lauką.

Išskirtinės ir neišsiskiriančios sinchroninės mašinos

Pagrindinis skirtumas tarp iškilių polių sistemų yra tai, kad konstrukcijoje yra išsikišusių polių, kurie tvirtinami prie specialių veleno iškyšų. Tipiniuose mechanizmuose fiksavimas atliekamas T formos uodegos tvirtinimo detalėmis prie kryžiaus krašto arba veleno per įvorę. Mažos galios kintamosios srovės mašinų įrenginyje tą pačią problemą galima išspręsti varžtinėmis jungtimis. Kaip apvijų medžiaga naudojamas juostelinis varis, kuris suvyniotas ant krašto, izoliuojant specialiomis tarpinėmis. Į ausis su poliais grioveliuose dedami apvijos strypai užvedimui. Šiuo atveju naudojama didelės varžos medžiaga, tokia kaip žalvaris. Apvijų kontūrai galuose privirinami prie trumpojo jungimo elementų, suformuojant bendrus žiedus trumpajam jungimui. 10-12 kW galios galios staklės gali būti atliekamos taip vadinamoje apverstoje konstrukcijoje, kai armatūra sukasi, o induktoriaus poliai nejuda.būklė.

Neišlenktų polių mašinose konstrukcija pagrįsta cilindriniu rotoriumi, pagamintu iš plieno k altinio. Sužadinimo apvijai formuoti rotoriuje yra grioveliai, kurių poliai skaičiuojami dideliems greičiams. Tačiau tokios apvijos naudoti elektros mašinose su didelės galios kintamąja srove neįmanoma dėl didelio rotoriaus susidėvėjimo atšiauriomis eksploatavimo sąlygomis. Dėl šios priežasties net ir vidutinio galingumo įrenginiuose rotoriams naudojami didelio stiprumo komponentai, pagaminti iš kieto k altinio chromo-nikelio-molibdeno arba chromo-nikelio plieno. Pagal techninius stiprumo reikalavimus, neišsiskiriančios sinchroninės mašinos rotoriaus darbinės dalies maksimalus skersmuo negali viršyti 125 cm.elementų. Maksimalus rotoriaus ilgis – 8,5 m. Pramonėje naudojami neišlenktų polių blokai apima įvairius turbogeneratorius. Jų pagalba jie visų pirma sujungia garo turbinų veikimo momentus su šiluminėmis elektrinėmis.

Vertikalių hidrogeneratorių ypatybės

Atskira išsikišusių polių sinchroninių MPT klasė su vertikaliu velenu. Tokie įrenginiai jungiami prie hidraulinių turbinų ir parenkami pagal aptarnaujamų srautų galią pagal sukimosi dažnį. Dauguma tokio tipo kintamosios srovės mašinų yra mažo greičio, bet tuo pat metu turidaug stulpų. Tarp svarbiausių vertikalaus hidrogeneratoriaus darbinių komponentų galima išskirti traukos guolį ir traukos guolį, kuris neša apkrovą iš besisukančių variklio dalių. Visų pirma, traukos guolis taip pat yra veikiamas vandens srauto slėgio, kuris veikia turbinos mentes. Be to, yra stabdys, kad sustabdytų sukimąsi, o darbinėje konstrukcijoje taip pat yra kreipiamųjų guolių, kurie suvokia radialines jėgas.

Mašinos viršutinėje dalyje kartu su hidrogeneratoriumi galima įdėti pagalbinius mazgus – pavyzdžiui, generatoriaus žadintuvą ir reguliatorių. Beje, pastaroji yra nepriklausoma kintamosios srovės mašina su apvija ir poliais nuolatiniams magnetams. Šis nustatymas aprūpina variklį automatinio reguliatoriaus funkcijai. Dideliuose vertikaliuose hidrogeneratoriuose žadintuvą galima pakeisti sinchroniniu generatoriumi, kuris kartu su žadinimo blokais ir gyvsidabrio lygintuvais tiekia maitinimą maitinimo įtaisams, aptarnaujantiems pagrindinio hidrogeneratoriaus darbo procesą. Vertikalaus veleno mašinos konfigūracija taip pat naudojama kaip didelio galingumo hidraulinių siurblių pavaros mechanizmas.

Kolektorius MPT

Kolektoriaus bloko buvimą projektuojant MPT dažnai lemia būtinybė atlikti sukimosi greičio konvertavimo funkciją, kai jungiamos skirtingo dažnio grandinės ant rotoriaus ir statoriaus apvijų. Šis sprendimas leidžia aprūpinti įrenginį papildomaiseksploatacinės savybės, įskaitant automatinį veikimo parametrų reguliavimą. Prie trifazių tinklų prijungtos kintamosios srovės kolektorių mašinos kiekviename dvigubo poliaus padalijimo segmente gauna po tris šepečių pirštelius. Šepečiai yra sujungti vienas su kitu lygiagrečia grandine su trumpikliais. Šia prasme kolektoriaus MPT yra panašūs į nuolatinės srovės variklius, tačiau skiriasi nuo jų poliuose naudojamų šepečių skaičiumi. Be to, šios sistemos statorius gali turėti keletą papildomų apvijų.

Uždaroji armatūros apvija naudojant kolektorių su trifaziais šepečiais bus trifazė kompleksinė apvija su trifaziu jungtimi. Armatūros sukimosi metu kiekviena apvijos fazė išlaiko nepakitusią padėtį, tačiau sekcijos pakaitomis pereina iš vienos fazės į kitą. Jei kintamosios srovės komutatoriaus mašinoje naudojamas šešių fazių šepečių rinkinys, kurio poslinkis vienas kito atžvilgiu yra 60 °, tada šešių fazių apvija suformuojama su daugiakampe jungtimi. Daugiafazės mašinos šepečiuose su kolektoriaus grupe srovės dažnis nustatomas pagal magnetinio srauto sukimąsi fiksuotų šepečių atžvilgiu. Rotoriaus sukimosi kryptis gali būti priešinga arba suderinta.

MAT naudojimas

Šiandien MPT naudojami visur, kur vienaip ar kitaip reikia generuoti mechaninę ar elektros energiją. Dideli gamybiniai agregatai naudojami inžinerinių sistemų, elektrinių ir kėlimo bei transportavimo agregatų priežiūrai, o mažos galios – įprastoje buityje.įranga nuo ventiliatorių iki siurblių. Tačiau abiem atvejais kintamosios srovės mašinų paskirtis yra sumažinta iki pakankamo energijos potencialo išvystymo. Kitas dalykas – esminę reikšmę turi struktūriniai skirtumai, statoriaus ir rotoriaus vidinės konfigūracijos įgyvendinimas, taip pat valdymo infrastruktūra.

Nors bendras MPT įrenginys ilgą laiką išlaiko tą patį funkcinių komponentų rinkinį, vis didėjantys reikalavimai tokių sistemų veikimui verčia kūrėjus įdiegti papildomų valdiklių ir valdiklių. Šiuolaikiniame technologijų vystymosi etape, ypač kintamosios srovės mašinų naudojimo pramonės sektoriuje kontekste, sunku įsivaizduoti tokių variklių ir generatorių veikimą be itin tikslių veikimo parametrų reguliavimo priemonių. Tam naudojami įvairūs valdymo būdai – pulsas, dažnis, reostatas ir kt. Automatikos įdiegimas į reguliavimo infrastruktūrą taip pat yra būdingas šiuolaikinio MPT veikimo bruožas. Valdymo elektronika iš vienos pusės prijungta prie elektrinės, o iš kitos – prie programinių valdiklių, kurie pagal pateiktą algoritmą duoda komandas nustatyti konkrečius mechanizmo parametrus.

Išvada

Galios generatoriai ir elektros varikliai yra nepakeičiamas energijos komponentas šiuolaikinėje pramonėje. Dėl savo funkcijos veikia staklės, transporto, ryšių įrenginiai ir kiti elektros mazgai bei įrenginiai, kuriems reikalingas maitinimas. AtŠiuo atveju yra daugybė kintamosios ir nuolatinės srovės elektros mašinų tipų ir porūšių, kurių savybės ir charakteristikos galiausiai lemia jų veikimo nišą. MPT techninės ir eksploatacinės savybės apima paprastesnį konstrukcinį įrenginį ir palyginti mažus priežiūros reikalavimus. Kita vertus, nuolatinės srovės mašinos yra patrauklesnis sprendimas sprendžiant sudėtingų kritinių maitinimo sistemų maitinimo problemas. Energijos pramonės įrangos vidaus gamybos segmentas turi didelę abiejų tipų elektros mašinų projektavimo ir gamybos patirtį. Didelės įmonės vis daugiau dėmesio skiria individualių, struktūrinių ir eksploatacinių savybių turinčių sprendimų kūrimui. Nukrypimai nuo standartinių konstrukcijų dažnai siejami su būtinybe prijungti pagalbinius funkcinius mazgus ir įrangą, tokią kaip aušinimo sistemos, apsauginė įranga nuo perkaitimo ir tinklo svyravimų, papildoma ir atsarginė galia. Be to, išorinė darbo aplinka turi didelę įtaką kai kurioms elektros mašinų konstrukcinėms savybėms, į kurią taip pat atsižvelgiama projektuojant ir kuriant įrangą.