AC машини: устройство, принцип на действие, приложение

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Електрическите машини изпълняват критичната функция за преобразуване на енергия в работните механизми и генераторните станции. Такива устройства намират своето място в различни области, снабдявайки органите на изпълнителната власт с достатъчен мощностен потенциал. Една от най-популярните системи от този тип са AC машини (ACM), които имат няколко разновидности и разлики в рамките на своя клас.

Обща информация за MAT

Сегментът на MPT или електромеханичните преобразуватели може условно да бъде разделен на еднофазни и трифазни системи. Също така, на основно ниво се разграничават асинхронни, синхронни и колекторни устройства, докато общият принцип на работа и дизайнът имат много общо. Тази класификация на машините за променлив ток е условна, тъй като съвременните електромеханични станции за преобразуване частично включват работни процеси от всяка група устройства.

По правило MPT се основава на статор и ротор, между които е предвидена въздушна междина. Отново, независимо от вида на машината, работният цикъл се основава на въртенето на магнитното поле. Но ако при синхронна инсталация движението на ротора съответства на посоката на силовото поле, то в асинхронна машина роторът може да се движи в различна посока и с различни честоти. Тази разлика определя и характеристиките на използването на машините. Така че, ако синхронният може да действа както като генератор, така и като електромеханичен двигател, тогава асинхронните се използват главно като двигатели.

Що се отнася до броя на фазите, се разграничават еднофазни и многофазни системи. Освен това, от гледна точка на практическата употреба, представителите на втората категория заслужават внимание. Това са в по-голямата си част трифазни AC машини, в които магнитното поле просто изпълнява функцията на енергиен носител. Монофазните устройства, от друга страна, поради експлоатационна непрактичност и големи размери, постепенно изчезват от практиката на приложение, въпреки че в някои области решаващият фактор при избора им е ниската цена..

Разлики от DC машини

Основната структурна разлика се крие в местоположението на намотката. В системите с променлив ток той покрива статора, а в машините с постоянен ток - ротора. И в двете групи електродвигателите се различават по вида на токовото възбуждане - смесено, паралелно и последователно. Днес машините за променлив и постоянен ток се използват в индустрията, селското стопанство и бита, но първитеопцията е по-привлекателна по отношение на производителността. Алтернаторите и променливотоковите двигатели се възползват от подобрения дизайн, надеждност и висока енергийна ефективност.

Използването на устройства за постоянен ток е широко разпространено в области, където изискванията за точността на регулиране на работните параметри излизат на преден план. Това могат да бъдат транспортни тягови механизми, машини и сложни измервателни уреди. По отношение на производителността, DC и AC машините имат висока ефективност, но с различни възможности за техническа и конструктивна настройка към специфични условия на приложение. Работата с постоянен ток дава повече възможности за контрол на скоростта, което е важно при обслужване на серво и стъпкови двигатели.

Асинхронно MPT устройство

За техническата основа на това устройство под формата на ротор и статор е използвана листова стомана, която е покрита с изолационен слой масло-колофон от двете страни преди монтажа. При машини с ниска мощност сърцевината може да бъде направена от електрическа стомана без допълнително покритие, тъй като в този случай естественият оксиден слой върху металната повърхност действа като изолатор. Статорът е фиксиран в корпуса, а роторът - на вала. При асинхронни машини с променлив ток с висока мощност сърцевината на ротора може също да бъде монтирана на ръба на корпуса с втулка, монтирана на вала. Самият вал трябва да се върти върху лагерните щитове, които също са фиксирани към основата на корпуса.

Външните повърхности на ротора и вътрешните повърхности на статора първоначално са снабдени с канали за настаняване на проводниците на намотката. В статора на машините с променлив ток намотката често е трифазна и свързана към съответната мрежа 380 V. Нарича се още първична. По подобен начин се изпълнява и намотката на ротора, чиито краища обикновено образуват връзка в конфигурация звезда. Предвидени са и плъзгащи пръстени, чрез които може допълнително да се свърже реостат за регулиране или трифазен пусков елемент.

Също така е важно да се отбележат параметрите на въздушната междина, която действа като амортисьорна зона, която намалява шума, вибрациите и топлината по време на работа на устройството. Колкото по-голяма е машината, толкова по-голяма трябва да бъде пролуката. Стойността му може да варира от един до няколко милиметра. Ако е конструктивно невъзможно да се остави достатъчно място за въздушната зона, тогава се осигурява допълнителна охладителна система за модула.

Принципът на действие на асинхронния MPT

Трифазната намотка в този случай е свързана към симетрична мрежа с трифазно напрежение, в резултат на което във въздушната междина се образува магнитно поле. По отношение на намотката на котвата се вземат специални мерки за постигане на хармонично пространствено разпределение на полето за затихващата междина, която образува система от въртящи се магнитни полюси. Съгласно принципа на работа на машината за променлив ток на всеки полюс се образува магнитен поток, който пресича веригите на намотката, като по този начин провокира генерирането на електромотивсила. В трифазната намотка се индуцира трифазен ток, който осигурява въртящия момент на двигателя. На фона на взаимодействието на роторния ток с магнитните потоци върху проводниците се образува електромагнитна сила.

Ако роторът, под действието на външна сила, се приведе в движение, чиято посока съответства на посоката на потоците на магнитното поле на AC машината, тогава роторът ще започне да изпреварва скорост на въртене на полето. Това се случва, когато скоростта на статора надвиши номиналната синхронна честота. В същото време посоката на движение на електромагнитните сили ще бъде променена. По този начин се формира спирачен момент с обратно действие. Този принцип на действие позволява машината да се използва като генератор, работещ в режим на извеждане на активна мощност към мрежата.

Дизайн и принцип на работа на синхронен MPT

По отношение на дизайна и местоположението на статора, синхронната машина е подобна на асинхронната. Намотката се нарича котва и се изпълнява със същия брой полюси, както в предишния случай. Роторът е снабден с възбуждаща намотка, чието енергийно захранване се осигурява от плъзгащи пръстени и четки, свързани към източник на постоянен ток. Източникът е генератор-възбудител с ниска мощност, монтиран на един вал. В синхронна машина с променлив ток намотката действа като генератор на първичното магнитно поле. По време на процеса на проектиране дизайнерите се стремят да създадат условия, така че индуктивното разпределение на възбуждащото полевърху повърхностите на статора е възможно най-близо до синусоида.

При повишени натоварвания, намотката на статора генерира магнитно поле с въртене в посока на ротора със същата честота. Така се образува едно поле на въртене, в което полето на статора ще въздейства върху ротора. Това устройство на машините с променлив ток им позволява да се използват като електродвигатели, ако първоначално към синхронната намотка се подаде трифазен ток. Такива системи създават условия за координирано въртене на ротора с честота, съответстваща на полето на статора.

Изящни и неизразени синхронни машини

Основната разлика между системите с изпъкнали стълбове е наличието на изпъкнали стълбове в дизайна, които са прикрепени към специални издатини на вала. При типичните механизми фиксирането се извършва с помощта на Т-образни опашни крепежни елементи към ръба на кръста или вала през втулката. При устройството на AC машини с ниска мощност същият проблем може да бъде решен чрез болтови връзки. Като материал за навиване се използва лентова мед, която се навива на ръба, изолираща се със специални уплътнения. В накрайници с полюси в жлебовете се поставят навиващите пръти за стартиране. В този случай се използва материал с високо съпротивление като месинг. Контурите на намотката в краищата са заварени към елементите на късо съединение, образувайки общи пръстени за късо съединение. Машини с изявени полюси с мощност 10-12 kW могат да се изпълняват в т. нар. обърнат дизайн, когато котвата се върти и индукторните полюси остават неподвижниусловие.

При машините с неизразени полюси дизайнът се основава на цилиндричен ротор, изработен от стоманено коване. В ротора има жлебове за образуване на намотката на възбуждане, чиито полюси са изчислени за високи скорости. Въпреки това, използването на такава намотка в електрически машини с променлив ток с висока мощност е невъзможно поради високата степен на износване на ротора при тежки условия на работа. Поради тази причина дори в инсталации със средна мощност за ротори се използват високоякостни компоненти, изработени от твърди изковки на базата на хром-никел-молибден или хром-никелова стомана. В съответствие с техническите изисквания за якост, максималният диаметър на работната част на ротора на ротора на неизразяваща се синхронна машина не може да надвишава 125 см. елементи. Максималната дължина на ротора е 8,5 м. Незабележимите полюсни агрегати, които се използват в индустрията, включват различни турбогенератори. С тяхна помощ по-специално те свързват работните моменти на парните турбини с ТЕЦ.

Характеристики на вертикалните хидрогенератори

Отделен клас синхронни MPT с изпъкнали полюси, снабдени с вертикален вал. Такива инсталации са свързани към хидравлични турбини и се избират според мощността на обслужваните потоци по отношение на честотата на въртене. Повечето AC машини от този тип са нискоскоростни, но в същото време иматголям брой полюси. Сред критичните работни компоненти на вертикалния хидрогенератор може да се отбележи опорен лагер и опорен лагер, който носи натоварването от въртящите се части на двигателя. По-специално опорният лагер също е подложен на натиск от потока вода, който действа върху лопатките на турбината. Освен това е предвидена спирачка за спиране на въртенето, а направляващите лагери също присъстват в работната конструкция, които възприемат радиални сили.

В горната част на машината, заедно с хидрогенератора, могат да се поставят спомагателни възли - например генераторен възбудител и регулатор. Между другото, последният е независима AC машина с намотка и полюси за постоянни магнити. Тази настройка осигурява захранване на двигателя за функцията на автоматичния регулатор. При големите вертикални хидрогенератори възбудителят може да бъде заменен от синхронен генератор, който заедно с възбуждащите блокове и живачните токоизправители осигурява захранване на силовите устройства, обслужващи работния процес на главния хидрогенератор. Конфигурацията на машината с вертикален вал се използва и като задвижващ механизъм за тежки хидравлични помпи.

Collector MPT

Наличието на колектор в конструкцията на MPT често се определя от необходимостта да се изпълнява функцията за преобразуване на скоростта на въртене в електрическото свързване на вериги с различна честота на намотките на ротора и статора. Това решение ви позволява да оборудвате устройството с допексплоатационни свойства, включително автоматично регулиране на работните параметри. Колекторните машини за променлив ток, които са свързани към трифазни мрежи, получават по три пръста на четката във всеки сегмент от двуполюсното разделение. Четките са свързани помежду си в паралелна верига с джъмпери. В този смисъл колекторните MPT са подобни на DC двигателите, но се различават от тях по броя на четките, използвани на полюсите. В допълнение, статорът в тази система може да има няколко допълнителни намотки.

Затворената намотка на котвата при използване на колектор с трифазни четки ще бъде трифазна комплексна намотка с трифазна връзка. По време на въртенето на котвата всяка фаза на намотката поддържа непроменено положение, но секциите последователно преминават от една фаза в друга. Ако в AC комутаторна машина се използва шестфазен набор от четки с изместване от 60 ° една спрямо друга, тогава се образува шестфазна намотка с многоъгълна връзка. На четките на многофазна машина с колекторна група честотата на тока се определя от въртенето на магнитния поток спрямо фиксираните четки. Посоката на въртене на ротора може да бъде противоположна или съвпадаща.

Използване на MAT

Днес MPT се използват навсякъде, където под една или друга форма се изисква генерирането на механична или електрическа енергия. Големите производителни агрегати се използват при поддръжката на инженерни системи, електроцентрали и подемно-транспортни агрегати, а агрегатите с ниска мощност се използват в обикновените домакинстваоборудване от вентилатори до помпи. Но и в двата случая целта на машините за променлив ток се свежда до развитие на енергиен потенциал в достатъчен обем. Друго нещо е, че структурните различия, изпълнението на вътрешната конфигурация на статора и ротора, както и инфраструктурата за управление са от основно значение.

Въпреки че общото MPT устройство запазва същия набор от функционални компоненти за дълго време, нарастващите изисквания за работата на такива системи принуждават разработчиците да въведат допълнителни контроли и контроли. На настоящия етап от технологичното развитие, особено в контекста на използването на AC машини в промишления сектор, е трудно да си представим работата на такива двигатели и генератори без високоточни средства за регулиране на работните параметри. За това се използват различни методи за управление - импулс, честота, реостат и др. Въвеждането на автоматизация в регулаторната инфраструктура също е характерна особеност на съвременната работа на MPT. Управляващата електроника е свързана към електроцентралата от една страна, а от друга - към софтуерните контролери, които по зададен алгоритъм дават команди за настройка на конкретни параметри на механизма.

Заключение

Електрическите генератори и електродвигателите са незаменим компонент на енергията в днешната индустрия. Поради своята функция работят металорежещи машини, транспортни, комуникационни инсталации и други електрически възли и устройства, които изискват захранване. ВВ този случай има огромен набор от видове и подвидове електрически машини за променлив и постоянен ток, чиито характеристики и характеристики в крайна сметка определят нишата за тяхната работа. Техническите и експлоатационни характеристики на MPT включват по-просто структурно устройство и относително ниски изисквания за поддръжка. От друга страна, DC машините се оказват по-привлекателно решение за проблеми със захранването в сложни критични енергийни системи. Домашният производствен сегмент на енергийно промишлено оборудване има богат опит в проектирането и производството на двата вида електрически машини. Големите предприятия все повече се фокусират върху разработването на индивидуални решения със структурни и оперативни характеристики. Отклоненията от стандартните конструкции често са свързани с необходимостта от свързване на спомагателни функционални възли и оборудване като охладителни системи, защитно оборудване срещу прегряване и колебания в мрежата, допълнително и резервно захранване. Освен това външната работна среда оказва значително влияние върху някои от структурните свойства на електрическите машини, което също се взема предвид на етапите на проектиране и създаване на оборудване.