Ac strojevi: uređaj, princip rada, primjena

Električni strojevi obavljaju odgovornu funkciju pretvorbe energije u radnim mehanizmima i generatorskim stanicama. Takvi uređaji pronalaze svoje mjesto u različitim područjima, opskrbljujući izvršne organe dovoljnim potencijalom snage. Jedan od najpopularnijih sustava ove vrste su strojevi izmjenične struje (MPT), koji imaju nekoliko sorti i razlika unutar svoje klase.

Opće informacije o MPT-u

Segment MPT ili elektromehaničkih pretvarača može se grubo podijeliti na jednofazne i trofazne sustave. Također, na osnovnoj razini razlikuju se asinkroni, sinkroni i kolektorski uređaji, dok opći princip rada i dizajn imaju mnogo sličnih. Ova klasifikacija strojeva za izmjeničnu struju je uvjetna, budući da moderne stanice za elektromehaničku pretvorbu djelomično koriste radne procese iz svake skupine uređaja.

U pravilu se MPT 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, tada 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 pažnju. To su uglavnom trofazni strojevi izmjenične struje, u kojima funkciju nosača energije samo obavlja magnetsko polje. Jednofazni uređaji, s obzirom na operativnu nepraktičnost i velike veličine, postupno napuštaju praksu primjene, Iako je u nekim područjima odlučujući faktor njihovog izbora niska cijena.

Razlike od istosmjernih strojeva

Temeljna strukturna razlika je mjesto namota. U izmjeničnim sustavima pokriva stator, dok u istosmjernim strojevima pokriva rotor. U obje skupine elektromotori se razlikuju po vrsti pobude struje-mješoviti, paralelni i serijski. Danas se strojevi izmjenične i istosmjerne struje koriste u industriji, poljoprivredi i kućanstvu, ali prva je opcija atraktivnija po svojim performansama. Alternatori i motori imaju koristi od tehnološkog dizajna, pouzdanosti i visokog energetskog prinosa.

Upotreba uređaja koji rade na istosmjernoj struji uobičajena je u područjima gdje zahtjevi za točnost regulacije radnih parametara dolaze do izražaja. To mogu biti vučni transportni mehanizmi, strojevi za obradu i složeni mjerni uređaji. Što se tiče performansi, istosmjerni i izmjenični strojevi imaju visoku učinkovitost, ali s različitim mogućnostima tehničkog i strukturnog prilagođavanja specifičnim uvjetima primjene. Rad s istosmjernom strujom daje više mogućnosti za kontrolu brzine, što je važno pri održavanju servo motora i koračnih motora.

Asinkroni MPT uređaj

Za tehničku osnovu ovog uređaja koristi se čelični lim u obliku rotora i statora, koji je prije montaže prekriven izolacijskim slojem uljne kolofonije s obje strane. U strojevima male snage jezgra može biti izrađena od električnog čelika bez dodatnog premaza, jer je izolator u ovom slučaju prirodni oksidni sloj na metalnoj površini. Stator je fiksiran u kućištu, a rotor na osovini. U asinkronim strojevima izmjenične struje velike snage, jezgra rotora također se može pričvrstiti na rub kućišta čahurom postavljenom na osovinu. Osovina se mora izravno okretati na ležajnim štitovima, koji su također pričvršćeni na podnožje kućišta.

Vanjske površine rotora i unutarnje površine statori su u početku osigurani utorima za smještaj vodiča namota. Za stator izmjeničnih strojeva, namot se često izvodi trofazno i spojen je na odgovarajuću mrežu od 380 V. Naziva se i primarnim. Namotavanje rotora izvodi se na sličan način, čiji krajevi obično tvore vezu u konfiguraciji zvijezde. Predviđeni su i klizni prstenovi kroz koje se reostat može dodatno spojiti za podešavanje ili trofazni element za pokretanje.

Važno je napomenuti i parametre zračnog raspora, koji obavlja funkciju zone prigušivanja koja smanjuje buku, vibracije i grijanje tijekom rada uređaja. Što je stroj veći, to bi trebao biti veći razmak. Njegova veličina može varirati od jednog do nekoliko milimetara. Ako strukturno nije moguće ostaviti dovoljno mjesta za zračni prostor, tada je predviđen sustav dodatnog hlađenja instalacije.

Princip rada asinkronog MPT-a

Trofazni namot u ovom je slučaju spojen na simetričnu mrežu s trofaznim naponom, uslijed čega se u zračnom rasporu formira magnetsko polje. U odnosu na namot armature, poduzimaju se posebne mjere kako bi se postigla harmonična prostorna raspodjela polja za prigušni zazor, koji tvori sustav rotirajućih magnetskih polova. Prema principu rada stroja za izmjeničnu struju, na svakom polu nastaje magnetski tok koji prelazi krugove namota, izazivajući tako stvaranje elektromotorne sile. U trofaznom namotu inducira se trofazna struja koja osigurava okretni moment motora. U pozadini interakcije struje rotora s magnetskim tokovima nastaje elektromagnetska sila na vodičima.

Ako se rotor pokreće pod djelovanjem vanjske sile, čiji smjer odgovara smjeru strujanja magnetskog polja stroja izmjenične struje, tada će rotor početi prestići brzinu rotacije polja. To se događa u slučajevima kada brzina statora premašuje nazivnu sinkronu frekvenciju. Istodobno će se promijeniti smjer kretanja elektromagnetskih sila. Tako se formira moment kočenja s obrnutim djelovanjem. Dato princip rada omogućuje vam upotrebu stroja kao generatora koji radi u načinu davanja aktivne snage mreži.

Uređaj i Princip rada sinkronih MPT-a

Što se tiče izvedbe i položaja statora, sinkroni stroj je sličan asinkronom stroju. Namotavanje se naziva armatura i izvodi se s istim brojem polova kao u prethodnom slučaju. Rotor ima namot polja, čiju opskrbu energijom osiguravaju klizni prstenovi i četke spojene na izvor istosmjerne struje. Izvor znači generator male snage-patogen instaliran na jednoj osovini. U sinkronom stroju izmjenične struje, namot djeluje kao generator primarnog magnetskog polja. U procesu projektiranja dizajneri nastoje stvoriti uvjete da indukcijska raspodjela polja pobude na površinama statora bude što bliža sinusoidu.

Pri povećanim opterećenjima namot statora stvara magnetsko polje s rotacijom u smjeru rotora slične frekvencije. Tako nastaje jedno rotacijsko polje, u kojem polje statora će utjecati na rotor. Ovaj uređaj izmjeničnih strojeva omogućuje im upotrebu kao elektromotori ako je trofazna struja u početku spojena na sinkroni namot. Takvi sustavi stvaraju uvjete za koordiniranu rotaciju rotora s frekvencijom koja odgovara polju statora.

Eksplicitni i implicitni Sinkroni strojevi

Glavna razlika između eksplicitnih polnih sustava je prisutnost izbočenih stupova u dizajnu, koji su pričvršćeni na posebne izbočine osovine. U tipičnim mehanizmima fiksacija se vrši pomoću repnih pričvršćivača u obliku slova T na rub križa ili osovinu kroz čahuru. U uređaju strojeva za izmjeničnu struju male snage, isti se zadatak može riješiti vijčanim spojevima. Kao materijal za namatanje koristi se trakasti bakar, koji je namotan na rub, izoliran posebnim brtvama. U vrhovima s polovima u utorima nalaze se šipke za namotavanje za pokretanje. U ovom se slučaju koristi materijal visoke otpornosti poput mesinga. Konture namota na krajevima zavarene su na elemente kratkog spoja, tvoreći zajedničke prstenove za kratki spoj. Eksplicitni polarni strojevi s potencijalom snage od 10-12 kilovata mogu se izvesti u onome što se naziva obrnutim dizajnom, gdje se armatura okreće, a polovi induktora drže mirno stanje.

Kod implicitnih polnih strojeva Dizajn se temelji na cilindričnom rotoru izrađenom od čeličnih otkovaka. U rotoru postoje žljebovi za formiranje namota polja, čiji su polovi dizajnirani za visoke brzine. Međutim, uporaba takvog namota u električnim strojevima s izmjeničnom strujom velike snage nije moguća zbog visokog stupnja istrošenosti rotora u teškim radnim uvjetima. Iz tog se razloga čak i u instalacijama srednje snage za rotore koriste komponente visoke čvrstoće izrađene od čvrstih otkovaka na bazi krom-nikal-molibdena ili krom-nikal čelika. Prema tehničkim zahtjevima čvrstoće, maksimalni promjer radnog dijela rotora implicitnog polnog sinkronog stroja ne može biti veći od 125 cm. To objašnjava neobičan faktor oblika rotora s izduženim kućištem, iako za ovaj parametar postoje ograničenja povezana s povećanjem vibracija predugih elemenata. Granična duljina rotora je 8,5 m. Implicitne jedinice koje se koriste u industriji uključuju razne turbogeneratore. Uz njihovu pomoć, posebno, radni momenti parnih turbina povezani su s termoelektranama.

Značajke vertikalnih hidrogeneratora

Zasebna klasa eksplicitnih polnih sinkronih MPT-ova osiguranih vertikalnom osovinom. Takve su instalacije povezane s hidrauličkim turbinama i odabrane su za snagu servisiranih tokova u smislu brzine. Većina AC strojeva ove vrste su male brzine, ali imaju veliki broj polova. Među odgovornim radnim komponentama vertikalnog hidrogeneratora mogu se primijetiti potisni ležaj i potisni ležaj, koji nose opterećenje rotirajućih dijelova motora. Posebno se na potisni ležaj primjenjuje pritisak iz protoka vode, koji djeluje na lopatice turbine. Osim toga, predviđena je kočnica za zaustavljanje rotacije, a u radnoj strukturi postoje i vodeći ležajevi koji apsorbiraju radijalne sile.

U gornjem dijelu stroja, zajedno s hidrogeneratorom, mogu se postaviti pomoćne jedinice – na primjer, Pobuđivač generatora i regulator. Usput, potonji je neovisni izmjenični stroj s namotom i polovima na trajnim magnetima. Ova instalacija osigurava napajanje motora kako bi se osigurala funkcija automatskog regulatora. U velikim vertikalnim hidrogeneratorima Pobuđivač se može zamijeniti sinkronim generatorom, koji zajedno s ekscitatornim jedinicama i živinim ispravljačima osigurava napajanje uređaja za napajanje koji služe radnom procesu glavnog hidrogeneratora. Konfiguracija stroja s vertikalnom osovinom također se koristi kao pogonski mehanizam hidrauličkih pumpi velike snage.

Kolektorski MPT

Prisutnost kolektorske jedinice u dizajnu MPT-a često je posljedica potrebe za obavljanjem funkcije pretvorbe brzine u električnoj komunikaciji višefrekventnih krugova na namotima rotora i statora. Ovo rješenje omogućuje vam da uređaj obdarite dodatnim operativna svojstva, uključujući automatsku regulaciju radnih parametara. Izmjenični kolektorski strojevi koji se spajaju na trofazne mreže dobivaju tri prsta četke u svakom segmentu dvostrukog pola. Spajanje četkica međusobno se izvodi prema paralelnoj shemi skakačima. U tom su smislu kolektorski MPT slični elektromotorima s istosmjernom strujom, ali se od njih razlikuju po broju četkica koje se koriste na polovima. Osim toga, stator u ovom sustavu može imati nekoliko dodatnih namota.

Zatvoreni namot armature kada se koristi kolektor s trofaznim četkama bit će trofazni složeni namot s vezom u obliku trokuta. U procesu rotacije armature, svaka faza namota zadržava nepromijenjen položaj, međutim, odjeljci se izmjenjuju iz jedne faze u drugu. Ako se u kolektorskom stroju za izmjeničnu struju koristi šestfazni set četkica s pomakom od 60 oceana u odnosu jedan na drugi, tada se formira šestfazni namot s vezom prema shemi poligona. Na četkama višefaznog stroja s kolektorskom skupinom, Frekvencija struje određuje se rotacijom magnetskog toka u odnosu na fiksne četke. Smjer vrtnje rotora može biti suprotan ili koordiniran.

Primjena MPT-a

Danas se MPT koriste svugdje gdje je u jednom ili drugom obliku potrebna proizvodnja mehaničke ili električne energije. Velike proizvodne jedinice koriste se u održavanju inženjerskih sustava, energetskih stanica i transportnih jedinica, a male snage-u uobičajenim kućanskim aparatima od ventilatora do pumpi. Ali u oba slučaja, svrha AC strojeva svodi se na proizvodnju energetskog potencijala u dovoljnoj količini. Druga stvar je da su strukturne razlike, implementacija unutarnje konfiguracije statora i rotora, kao i Upravljačka infrastruktura od temeljne važnosti.

Iako cjelokupni MPT uređaj dugo zadržava isti skup funkcionalnih komponenti, sve veći zahtjevi za rad takvih sustava prisiljavaju programere da uvedu dodatna Upravljačka i upravljačka tijela. U sadašnjoj fazi tehnološkog razvoja, posebno u kontekstu korištenja strojeva za izmjeničnu struju u proizvodnom području, rad takvih motora i generatora teško je zamisliti bez visoko preciznih sredstava za regulaciju radnih parametara. Za to se koriste najrazličitije metode upravljanja-impuls, frekvencija, reostat itd.d. Uvođenje automatizacije u regulatornu infrastrukturu također je karakteristična značajka suvremeni rad MPT-a. Upravljačka elektronika povezana je s elektranom s jedna strana, a s druge strane-softverskim kontrolerima, koji prema zadanom algoritmu daju naredbe za postavljanje specifičnih parametara mehanizma.

Zaključak

Generatori struje i elektromotori obvezna su komponenta napajanja u modernoj industriji. Zbog njihove funkcije rade strojevi, transport, komunikacijske instalacije i druge električne jedinice i uređaji koji zahtijevaju napajanje. Štoviše, postoji ogroman niz vrsta i podvrsta AC i DC električni strojevi, značajke i specifikacije koji u konačnici određuju nišu za njihovo iskorištavanje. Tehničke i operativne značajke MPT-a uključuju jednostavniji strukturni uređaj i relativno niske zahtjeve za održavanjem. S druge strane, istosmjerni strojevi pokazali su se privlačnijim rješenjem problema opskrbe energijom u složenim odgovornim elektroenergetskim sustavima. Domaći proizvodni segment energetske industrijske opreme ima veliko iskustvo u dizajnu i proizvodnji električnih strojeva obje vrste. Velika poduzeća sve više naglašavaju razvoj individualnih rješenja s dizajnerskim i operativnim značajkama. Odstupanja od tipičnih projekata često su povezana s potrebom povezivanja pomoćnih funkcionalnih jedinica i opreme poput rashladnih sustava, zaštite od pregrijavanja i mrežnih oscilacija, dodatnog i rezervnog napajanja. Osim toga, vanjsko radno okruženje značajno utječe na Dio strukturnih svojstava električnih strojeva, što se također uzima u obzir u fazama projektiranja i stvaranja opreme.