AC stroji: naprava, princip delovanja, uporaba

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Električni stroji opravljajo kritično funkcijo pretvorbe energije v delovnih mehanizmih in proizvodnih postajah. Takšne naprave najdejo svoje mesto na različnih področjih in oskrbujejo izvršilne organe z zadostnim potencialom moči. Eden izmed najbolj priljubljenih tovrstnih sistemov so AC stroji (ACM), ki imajo v svojem razredu več različic in razlik.

Splošne informacije o MAT

Segment MPT ali elektromehanskih pretvornikov lahko pogojno razdelimo na enofazne in trifazne sisteme. Prav tako na osnovni ravni ločimo asinhrone, sinhrone in kolektorske naprave, medtem ko imata splošno načelo delovanja in načrtovanje veliko skupnega. Ta razvrstitev AC naprav je pogojna, saj sodobne elektromehanske pretvorbene postaje delno vključujejo potek dela iz vsake skupine naprav.

MPT praviloma temelji na statorju in rotorju, med katerima je predvidena zračna reža. Ponovno, ne glede na vrsto stroja, delovni cikel temelji na vrtenju magnetnega polja. Če pa pri sinhroni namestitvi gibanje rotorja ustreza smeri polja sile, se lahko v asinhronem stroju rotor premika v drugi smeri in z različnimi frekvencami. Ta razlika določa tudi značilnosti uporabe strojev. Torej, če lahko sinhroni delujejo kot generator in kot elektromehanski motor, se asinhroni uporabljajo predvsem kot motorji.

Po številu faz se razlikujejo enofazni in večfazni sistemi. Poleg tega si z vidika praktične uporabe zaslužijo pozornost predstavniki druge kategorije. To so večinoma trifazni AC stroji, pri katerih magnetno polje le opravlja funkcijo nosilca energije. Enofazne naprave pa zaradi nepraktičnosti delovanja in velikih velikosti postopoma izginjajo iz prakse uporabe, čeprav je na nekaterih področjih odločilni dejavnik pri njihovi izbiri nizki stroški.

Razlike od naprav DC

Temeljna strukturna razlika je v lokaciji navitja. V sistemih izmeničnega toka pokriva stator, pri enosmernih strojih pa rotor. V obeh skupinah se elektromotorji razlikujejo po vrsti tokovnega vzbujanja - mešani, vzporedni in serijski. Danes se AC in DC stroji uporabljajo v industriji, kmetijstvu in domačem sektorju, vendar prvimožnost je bolj privlačna v smislu zmogljivosti. Alternatorji in AC motorji imajo koristi od izboljšane zasnove, zanesljivosti in visoke energetske učinkovitosti.

Uporaba enosmernih naprav je zelo razširjena na področjih, kjer so v ospredju zahteve po natančnosti regulacije obratovalnih parametrov. To so lahko transportni vlečni mehanizmi, strojna orodja in kompleksni merilni instrumenti. Z vidika zmogljivosti imajo DC in AC stroji visoko učinkovitost, vendar z različnimi možnostmi tehnične in konstrukcijske prilagoditve specifičnim pogojem uporabe. DC delovanje daje več možnosti za nadzor hitrosti, kar je pomembno pri servisiranju servo in koračnih motorjev.

Asinhrona MPT naprava

Za tehnično osnovo te naprave v obliki rotorja in statorja je uporabljena jeklena pločevina, ki je pred montažo na obeh straneh prevlečena z izolacijskim slojem oljne kolofonije. Pri strojih z majhno močjo je jedro lahko izdelano iz električnega jekla brez dodatnega premaza, saj v tem primeru naravna oksidna plast na kovinski površini deluje kot izolator. Stator je pritrjen v ohišje, rotor pa na gred. Pri asinhronih visoko zmogljivih AC strojih je lahko jedro rotorja nameščeno tudi na obodu ohišja z tulcem, nameščenim na gredi. Sama gred se mora vrteti na ležajnih ščitih, ki so prav tako pritrjeni na dno ohišja.

Zunanje površine rotorja in notranje površine statorja so na začetku opremljene z utori za namestitev prevodnikov navitja. V statorju AC strojev je navitje pogosto trifazno in priključeno na ustrezno omrežje 380 V. Imenuje se tudi primarno. Podobno je izvedeno navitje rotorja, katerega konci običajno tvorijo povezavo v zvezdasti konfiguraciji. Na voljo so tudi drsni obroči, preko katerih je možno dodatno priključiti reostat za nastavitev ali trifazni zagonski element.

Pomembno je upoštevati tudi parametre zračne reže, ki deluje kot blažilno območje, ki zmanjšuje hrup, tresljaje in toploto med delovanjem naprave. Večji kot je stroj, večja mora biti vrzel. Njegova vrednost se lahko razlikuje od enega do nekaj milimetrov. Če je konstrukcijsko nemogoče pustiti dovolj prostora za zračno cono, je na voljo dodatni hladilni sistem za enoto.

Načelo delovanja asinhronega MPT

Trifazno navitje je v tem primeru priključeno na simetrično omrežje s trifazno napetostjo, zaradi česar v zračni reži nastane magnetno polje. V zvezi z navitjem armature se izvajajo posebni ukrepi za doseganje harmonične prostorske porazdelitve polja za dušilno režo, ki tvori sistem vrtečih se magnetnih polov. Po principu delovanja stroja z izmeničnim tokom se na vsakem polu tvori magnetni tok, ki prečka navitja in s tem povzroči nastanek elektromotorja.moč. V trifaznem navitju se inducira trifazni tok, ki zagotavlja navor motorja. V ozadju interakcije toka rotorja z magnetnimi tokovi se na vodnikih tvori elektromagnetna sila.

Če se rotor pod delovanjem zunanje sile giblje, katerega smer ustreza smeri tokov magnetnega polja AC stroja, potem bo rotor začel prehitevati hitrost vrtenja polja. To se zgodi, ko hitrost statorja preseže nazivno sinhrono frekvenco. Hkrati se bo spremenila smer gibanja elektromagnetnih sil. Na ta način se oblikuje zavorni navor z vzvratnim delovanjem. To načelo delovanja omogoča, da se stroj uporablja kot generator, ki deluje v načinu izhodne aktivne moči v omrežje.

Zasnova in princip delovanja sinhronega MPT

Po zasnovi in lokaciji statorja je sinhroni stroj podoben asinhronemu. Navijanje se imenuje armatura in se izvaja z enakim številom polov kot v prejšnjem primeru. Rotor je opremljen z vzbujevalnim navitjem, katerega oskrbo z energijo zagotavljajo drsni obroči in ščetke, priključeni na vir enosmernega toka. Vir je generator-vzbujevalnik nizke moči, nameščen na eni gredi. V sinhronem AC stroju navitje deluje kot generator primarnega magnetnega polja. V procesu načrtovanja si oblikovalci prizadevajo ustvariti pogoje, da bo induktivna porazdelitev vzbujevalnega poljana površinah statorja je bil čim bližje sinusni.

Pri povečanih obremenitvah navitje statorja ustvari magnetno polje z vrtenjem v smeri rotorja z enako frekvenco. Tako nastane enotno polje vrtenja, v katerem bo statorsko polje vplivalo na rotor. Ta naprava izmeničnih strojev omogoča njihovo uporabo kot elektromotorje, če se na sinhrono navitje sprva dovaja trifazni tok. Takšni sistemi ustvarjajo pogoje za usklajeno vrtenje rotorja s frekvenco, ki ustreza polju statorja.

Izraziti in nepomembni sinhroni stroji

Glavna razlika med sistemi izstopajočih drogov je prisotnost štrlečih drogov v zasnovi, ki so pritrjeni na posebne izbokline jaška. Pri tipičnih mehanizmih se pritrditev izvede s pomočjo repnih pritrdilnih elementov v obliki črke T na rob križa ali gred skozi pušo. Pri napravi izmeničnih naprav z nizko močjo je enak problem mogoče rešiti z vijačnimi povezavami. Kot material za navijanje se uporablja tračni baker, ki je navit na rob in izolira s posebnimi tesnili. V ušesih s drogovi v utorih so nameščene navijalne palice za zagon. V tem primeru se uporablja material z visoko upornostjo, kot je medenina. Konture navitja na koncih so privarjene na elemente kratkega stika, ki tvorijo skupne obroče za kratek stik. Stroji z izstopajočimi poli z močjo 10-12 kW se lahko izvajajo v tako imenovani obrnjeni izvedbi, ko se armatura vrti, pola induktorja pa ostanejo nepremični.stanje.

Pri strojih z nerazvitimi drogovi zasnova temelji na cilindričnem rotorju iz jeklenega kovanja. V rotorju so utori, ki tvorijo vzbujevalno navitje, katerega polovi so izračunani za visoke hitrosti. Vendar pa je uporaba takšnega navitja v električnih strojih z izmeničnim tokom velike moči nemogoča zaradi visoke stopnje obrabe rotorja v težkih delovnih pogojih. Zaradi tega se tudi pri srednje močnih napravah za rotorje uporabljajo visokotrdne komponente iz trdnih odkovkov na osnovi krom-nikelj-molibdena ali krom-nikljevega jekla. V skladu s tehničnimi zahtevami za trdnost največji premer delovnega dela rotorja rotorja neopaznega sinhronega stroja ne sme presegati 125 cm elementov. Največja dolžina rotorja je 8,5 m. Neizrazite enote polov, ki se uporabljajo v industriji, vključujejo različne turbogeneratorje. Zlasti z njihovo pomočjo povezujejo obratovalne momente parnih turbin s termoelektrarnami.

Lastnosti vertikalnih hidrogeneratorjev

Ločen razred sinhronih MPT z izrazitim polom, opremljenih z navpično gredjo. Takšne inštalacije so povezane s hidravličnimi turbinami in so izbrane glede na moč streženih tokov glede na frekvenco vrtenja. Večina tovrstnih naprav za izmenični tok je nizkohitrostnih, a hkrati imajoveliko število polov. Med kritičnimi delovnimi sestavnimi deli vertikalnega hidrogeneratorja je mogoče izpostaviti potisni ležaj in potisni ležaj, ki nosi obremenitev vrtečih se delov motorja. Zlasti potisni ležaj je izpostavljen tudi pritisku toka vode, ki deluje na lopatice turbine. Poleg tega je predvidena zavora za zaustavitev vrtenja, v delovni strukturi pa so prisotni tudi vodilni ležaji, ki zaznavajo radialne sile.

V zgornjem delu stroja so poleg hidrogeneratorja lahko nameščene pomožne enote - na primer vzbujevalnik generatorja in regulator. Mimogrede, slednji je samostojen AC stroj z navitjem in drogovi za trajne magnete. Ta nastavitev zagotavlja napajanje motorju za funkcijo samodejnega regulatorja. V velikih vertikalnih hidrogeneratorjih je mogoče vzbujevalnik zamenjati s sinhronim generatorjem, ki skupaj z vzbujevalnimi enotami in živosrebrnimi usmerniki napaja močne naprave, ki služijo delovnemu procesu glavnega hidrogeneratorja. Konfiguracija stroja z navpično gredjo se uporablja tudi kot pogonski mehanizem za težke hidravlične črpalke.

Collector MPT

Prisotnost kolektorske enote v zasnovi MPT je pogosto določena s potrebo po izvajanju funkcije pretvorbe vrtilne hitrosti v električni povezavi različnih frekvenčnih vezij na navitjih rotorja in statorja. Ta rešitev vam omogoča, da napravo opremite z dodatnimiobratovalne lastnosti, vključno z avtomatsko regulacijo delovnih parametrov. Kolektorji izmeničnega toka, ki so priključeni na trifazna omrežja, prejmejo tri ščetke v vsakem segmentu dvopolne delitve. Krtače so med seboj povezane v vzporednem vezju s skakalci. V tem smislu so kolektorski MPT podobni enosmernim motorjem, vendar se od njih razlikujejo po številu ščetk, ki se uporabljajo na drogovih. Poleg tega ima lahko stator v tem sistemu več dodatnih navitij.

Zaprto navitje armature pri uporabi kolektorja s trifaznimi ščetkami bo trifazno kompleksno navitje z trikotno povezavo. Med vrtenjem armature vsaka faza navitja ohranja nespremenjen položaj, vendar odseki izmenično prehajajo iz ene faze v drugo. Če se v AC komutatorju uporablja šestfazni sklop ščetk s premikom 60 ° drug glede drugega, se oblikuje šestfazno navitje s poligonsko povezavo. Na krtačah večfaznega stroja s kolektorsko skupino je trenutna frekvenca določena z vrtenjem magnetnega toka glede na fiksne krtače. Smer vrtenja rotorja je lahko nasprotna ali usklajena.

Uporaba MAT

Danes se MPT uporabljajo povsod, kjer je v takšni ali drugačni obliki potrebna proizvodnja mehanske ali električne energije. Velike produktivne enote se uporabljajo pri vzdrževanju inženirskih sistemov, elektrarn in dvižnih in transportnih enot, enote z majhno močjo pa se uporabljajo v običajnem gospodinjstvu.opreme od ventilatorjev do črpalk. Toda v obeh primerih je namen AC naprav zmanjšan na razvoj energetskega potenciala v zadostni količini. Druga stvar je, da so strukturne razlike, izvedba notranje konfiguracije statorja in rotorja ter krmilna infrastruktura temeljnega pomena.

Čeprav splošna naprava MPT dolgo časa ohranja enak nabor funkcionalnih komponent, vse večje zahteve za delovanje takšnih sistemov prisilijo razvijalce, da uvedejo dodatne kontrole in kontrole. Na sedanji stopnji tehnološkega razvoja, zlasti v kontekstu uporabe AC naprav v industrijskem sektorju, si je težko predstavljati delovanje tovrstnih motorjev in generatorjev brez visoko natančnih sredstev za regulacijo obratovalnih parametrov. Za to se uporabljajo različne metode nadzora - impulz, frekvenca, reostat itd. Značilnost sodobnega delovanja MPT je tudi uvedba avtomatizacije v regulativno infrastrukturo. Krmilna elektronika je na eni strani povezana z elektrarno, na drugi pa s programskimi krmilniki, ki po danem algoritmu dajejo ukaze za nastavitev določenih parametrov mehanizma.

Sklep

Generatorji in elektromotorji so nepogrešljiva komponenta energije v današnji industriji. Zaradi svoje funkcije delujejo strojna orodja, transportne, komunikacijske inštalacije ter druge električne enote in naprave, ki zahtevajo napajanje. PriV tem primeru obstaja ogromna paleta vrst in podvrst električnih strojev AC in DC, katerih značilnosti in značilnosti na koncu določajo nišo za njihovo delovanje. Tehnične in operativne značilnosti MPT vključujejo enostavnejšo konstrukcijsko napravo in relativno nizke zahteve za vzdrževanje. Po drugi strani se izkaže, da so enosmerni stroji privlačnejša rešitev za težave z oskrbo z električno energijo v kompleksnih kritičnih energetskih sistemih. Domači proizvodni segment električne industrijske opreme ima bogate izkušnje pri načrtovanju in proizvodnji obeh vrst električnih strojev. Velika podjetja se vse bolj osredotočajo na razvoj individualnih rešitev s strukturnimi in operativnimi značilnostmi. Odstopanja od standardnih zasnov so pogosto povezana s potrebo po priključitvi pomožnih funkcionalnih enot in opreme, kot so hladilni sistemi, zaščitna oprema pred pregrevanjem in nihanji omrežja, dodatno in rezervno napajanje. Poleg tega ima zunanje delovno okolje precejšen vpliv na nekatere strukturne lastnosti električnih strojev, kar se upošteva tudi v fazah projektiranja in izdelave opreme.