Stroje AC: zariadenie, princíp činnosti, aplikácia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Elektrické stroje vykonávajú kritickú funkciu premeny energie v pracovných mechanizmoch a výrobných staniciach. Takéto zariadenia nachádzajú svoje miesto v rôznych oblastiach a dodávajú výkonným orgánom dostatočný energetický potenciál. Jedným z najpopulárnejších systémov tohto typu sú AC stroje (ACM), ktoré majú vo svojej triede niekoľko druhov a rozdielov.

Všeobecné informácie o MAT

Segment MPT alebo elektromechanických meničov možno podmienečne rozdeliť na jednofázové a trojfázové systémy. Na základnej úrovni sa tiež rozlišujú asynchrónne, synchrónne a kolektorové zariadenia, pričom všeobecný princíp činnosti a dizajn konštrukcie majú veľa spoločného. Táto klasifikácia strojov na striedavý prúd je podmienená, pretože moderné elektromechanické konverzné stanice čiastočne zahŕňajú pracovné postupy z každej skupiny zariadení.

Spravidla je MPT založený na statore a rotore, medzi ktorými je vzduchová medzera. Opäť platí, že bez ohľadu na typ stroja je pracovný cyklus založený na rotácii magnetického poľa. Ale ak v synchrónnej inštalácii pohyb rotora zodpovedá smeru silového poľa, potom v asynchrónnom stroji sa rotor môže pohybovať v inom smere a s rôznymi frekvenciami. Tento rozdiel určuje aj vlastnosti používania strojov. Takže ak synchrónne môžu pôsobiť ako generátor aj ako elektromechanický motor, potom sa asynchrónne používajú hlavne ako motory.

Počtom fáz sa rozlišujú jednofázové a viacfázové systémy. Navyše z hľadiska praktického využitia si pozornosť zaslúžia zástupcovia druhej kategórie. Sú to z veľkej časti trojfázové stroje na striedavý prúd, v ktorých magnetické pole plní len funkciu nosiča energie. Jednofázové zariadenia sa naopak pre prevádzkovú nepraktickosť a veľké rozmery postupne z aplikačnej praxe vytrácajú, aj keď v niektorých oblastiach je rozhodujúcim faktorom ich výberu nízka cena.

Odlišnosti od strojov na jednosmerný prúd

Základný konštrukčný rozdiel spočíva v umiestnení vinutia. V AC systémoch pokrýva stator a v DC strojoch rotor. V oboch skupinách sa elektromotory líšia typom budenia prúdu – zmiešané, paralelné a sériové. V súčasnosti sa stroje na striedavý a jednosmerný prúd používajú v priemysle, poľnohospodárstve a domácom sektore, ale prvémožnosť je z hľadiska výkonu atraktívnejšia. Alternátory a striedavé motory profitujú z vylepšeného dizajnu, spoľahlivosti a vysokej energetickej účinnosti.

Používanie jednosmerných zariadení je rozšírené v oblastiach, kde vystupujú do popredia požiadavky na presnosť regulácie prevádzkových parametrov. Môžu to byť dopravné ťažné mechanizmy, obrábacie stroje a zložité meracie prístroje. Z hľadiska výkonu majú jednosmerné a striedavé stroje vysokú účinnosť, avšak s rôznymi možnosťami technického a konštrukčného prispôsobenia konkrétnym podmienkam použitia. Jednosmerná prevádzka poskytuje viac možností pre ovládanie rýchlosti, čo je dôležité pri servise servomotorov a krokových motorov.

Asynchrónne zariadenie MPT

Pre technický základ tohto zariadenia v podobe rotora a statora je použitý oceľový plech, ktorý je pred montážou obojstranne potiahnutý izolačnou olejovo-živofónovou vrstvou. V strojoch s nízkym výkonom môže byť jadro vyrobené z elektroocele bez dodatočného povlaku, pretože v tomto prípade prirodzená vrstva oxidu na povrchu kovu pôsobí ako izolant. Stator je upevnený v kryte a rotor na hriadeli. V asynchrónnych strojoch na striedavý prúd s vysokým výkonom môže byť jadro rotora namontované aj na ráfik krytu s objímkou namontovanou na hriadeli. Samotný hriadeľ sa musí otáčať na ložiskových štítoch, ktoré sú tiež pripevnené k základni krytu.

Vonkajšie povrchy rotora a vnútorné povrchy statora sú pôvodne vybavené drážkami na uloženie vodičov vinutia. V statore strojov na striedavý prúd je vinutie často trojfázové a pripojené k príslušnej sieti 380 V. Nazýva sa aj primárne. Podobne sa vykonáva vinutie rotora, ktorého konce zvyčajne tvoria spojenie v hviezdicovej konfigurácii. K dispozícii sú aj klzné krúžky, cez ktoré je možné dodatočne pripojiť reostat na nastavenie alebo trojfázový štartovací prvok.

Dôležité je všímať si aj parametre vzduchovej medzery, ktorá funguje ako zóna klapky, ktorá znižuje hluk, vibrácie a teplo pri prevádzke zariadenia. Čím väčší je stroj, tým väčšia by mala byť medzera. Jeho hodnota sa môže pohybovať od jedného do niekoľkých milimetrov. Ak je štrukturálne nemožné ponechať dostatok priestoru pre vzduchovú zónu, potom je k dispozícii dodatočný chladiaci systém pre jednotku.

Princíp fungovania asynchrónneho MPT

Trojfázové vinutie je v tomto prípade pripojené k symetrickej sieti s trojfázovým napätím, v dôsledku čoho sa vo vzduchovej medzere vytvára magnetické pole. Čo sa týka vinutia kotvy, sú prijaté špeciálne opatrenia na dosiahnutie harmonického priestorového rozloženia poľa pre tlmiacu medzeru, ktorá tvorí sústavu rotujúcich magnetických pólov. Podľa princípu činnosti stroja na striedavý prúd sa na každom póle vytvára magnetický tok, ktorý pretína obvody vinutia, čím vyvoláva tvorbu elektromotorasilu. V trojfázovom vinutí sa indukuje trojfázový prúd, ktorý zabezpečuje krútiaci moment motora. Na pozadí interakcie rotorového prúdu s magnetickými tokmi vzniká na vodičoch elektromagnetická sila.

Ak sa rotor pod pôsobením vonkajšej sily uvedie do pohybu, ktorého smer zodpovedá smeru tokov magnetického poľa striedavého stroja, potom rotor začne predbiehať rýchlosť otáčania poľa. K tomu dochádza, keď otáčky statora prekročia menovitú synchrónnu frekvenciu. Zároveň sa zmení smer pohybu elektromagnetických síl. Týmto spôsobom sa vytvorí brzdný moment s reverzným pôsobením. Tento princíp činnosti umožňuje použiť stroj ako generátor pracujúci v režime aktívneho výkonu výstupného do siete.

Konštrukcia a princíp činnosti synchrónneho MPT

Z hľadiska konštrukcie a umiestnenia statora je synchrónny stroj podobný asynchrónnemu. Vinutie sa nazýva kotva a vykonáva sa s rovnakým počtom pólov ako v predchádzajúcom prípade. Rotor je opatrený budiacim vinutím, ktorého prívod energie zabezpečujú zberacie krúžky a kefy napojené na zdroj jednosmerného prúdu. Zdroj je nízkoenergetický generátor-budič namontovaný na jednom hriadeli. V synchrónnom striedavom stroji pôsobí vinutie ako generátor primárneho magnetického poľa. Počas procesu návrhu sa dizajnéri snažia vytvoriť podmienky, aby bola induktívna distribúcia budiaceho poľana povrchoch statora bol čo najbližšie k sínusoide.

Pri zvýšenom zaťažení generuje vinutie statora magnetické pole s rotáciou v smere rotora s rovnakou frekvenciou. Takto sa vytvorí jediné rotačné pole, v ktorom bude pole statora ovplyvňovať rotor. Toto zariadenie strojov na striedavý prúd umožňuje ich použitie ako elektromotory, ak sa do synchrónneho vinutia spočiatku privádza trojfázový prúd. Takéto systémy vytvárajú podmienky pre koordinované otáčanie rotora s frekvenciou zodpovedajúcou poľu statora.

Najvýraznejšie a menej výrazné synchrónne stroje

Hlavným rozdielom medzi systémami vyčnievajúcich tyčí je prítomnosť vyčnievajúcich tyčí v dizajne, ktoré sú pripevnené k špeciálnym výstupkom hriadeľa. V typických mechanizmoch sa fixácia vykonáva pomocou koncových spojovacích prvkov v tvare T k okraju kríža alebo hriadeľa cez puzdro. V zariadení strojov na striedavý prúd s nízkym výkonom je možné rovnaký problém vyriešiť skrutkovými spojmi. Ako navíjací materiál sa používa pásová meď, ktorá je navinutá na okraji, izolovaná špeciálnymi tesneniami. V očkách s pólmi v drážkach sú umiestnené navíjacie tyče na spustenie. V tomto prípade sa používa materiál s vysokým odporom, ako je mosadz. Obrysy vinutia na koncoch sú privarené ku skratovacím prvkom a tvoria spoločné krúžky na skrat. Stroje s výraznými pólmi s výkonovým potenciálom 10-12 kW je možné vykonávať v takzvanom obrátenom prevedení, kedy sa kotva otáča a póly induktora zostávajú nehybné.stav.

V strojoch s nevýraznými pólmi je konštrukcia založená na valcovom rotore vyrobenom z oceľového výkovku. V rotore sú drážky na vytvorenie budiaceho vinutia, ktorého póly sú vypočítané pre vysoké otáčky. Použitie takéhoto vinutia v elektrických strojoch s vysokým výkonom striedavého prúdu je však nemožné z dôvodu vysokého stupňa opotrebovania rotora v náročných prevádzkových podmienkach. Z tohto dôvodu sa aj v stredne výkonných inštaláciách pre rotory používajú vysokopevnostné komponenty z pevných výkovkov na báze chrómniklových molybdénových alebo chrómniklových ocelí. V súlade s technickými požiadavkami na pevnosť nesmie maximálny priemer pracovnej časti rotora rotora synchrónneho stroja bez vyčnievania presiahnuť 125 cm prvkov. Maximálna dĺžka rotora je 8,5 m. Medzi nevýrazné pólové jednotky, ktoré sa používajú v priemysle, patria rôzne turbogenerátory. S ich pomocou prepájajú najmä prevádzkové momenty parných turbín s tepelnými elektrárňami.

Funkcie vertikálnych hydrogenerátorov

Samostatná trieda synchrónnych MPT s výraznými pólmi vybavená vertikálnym hriadeľom. Takéto zariadenia sú napojené na hydraulické turbíny a vyberajú sa podľa výkonu obsluhovaných tokov z hľadiska frekvencie otáčania. Väčšina AC strojov tohto typu je nízkorýchlostná, ale zároveň máveľké množstvo pólov. Medzi kritické pracovné komponenty vertikálneho hydrogenerátora patrí axiálne ložisko a axiálne ložisko, ktoré nesie zaťaženie od rotujúcich častí motora. Najmä axiálne ložisko je tiež vystavené tlaku prúdu vody, ktorý pôsobí na lopatky turbíny. Okrem toho je k dispozícii brzda na zastavenie rotácie a vodiace ložiská sú tiež prítomné v pracovnej štruktúre, ktorá vníma radiálne sily.

V hornej časti stroja môžu byť spolu s hydrogenerátorom umiestnené pomocné jednotky - napríklad budič generátora a regulátor. Mimochodom, tento je nezávislý AC stroj s vinutím a pólmi pre permanentné magnety. Toto nastavenie poskytuje energiu motoru pre funkciu automatického regulátora. Vo veľkých vertikálnych hydrogenerátoroch môže byť budič nahradený synchrónnym generátorom, ktorý spolu s budiacimi jednotkami a ortuťovými usmerňovačmi dodáva energiu pre energetické zariadenia slúžiace pracovnému procesu hlavného hydrogenerátora. Konfigurácia stroja s vertikálnym hriadeľom sa používa aj ako hnací mechanizmus pre vysokovýkonné hydraulické čerpadlá.

Zberateľ MPT

Prítomnosť kolektorovej jednotky v konštrukcii MPT je často určená potrebou vykonávať funkciu premeny otáčok pri elektrickom zapojení rôznofrekvenčných obvodov na vinutí rotora a statora. Toto riešenie umožňuje vybaviť zariadenie prídavnýmiprevádzkové vlastnosti vrátane automatickej regulácie prevádzkových parametrov. Striedavé kolektorové stroje, ktoré sú pripojené k trojfázovým sieťam, dostávajú tri kefové prsty v každom segmente dvojpólového rozdelenia. Kefy sú navzájom spojené v paralelnom obvode pomocou prepojok. V tomto zmysle sú kolektorové MPT podobné jednosmerným motorom, ale líšia sa od nich počtom kefiek použitých na póloch. Okrem toho môže mať stator v tomto systéme niekoľko ďalších vinutí.

Vinutie uzavretej kotvy pri použití kolektora s trojfázovými kefami bude trojfázové komplexné vinutie s trojuholníkovým zapojením. Počas otáčania kotvy si každá fáza vinutia zachováva nezmenenú polohu, sekcie však striedavo prechádzajú z jednej fázy do druhej. Ak sa v striedavom komutátorovom stroji použije šesťfázová súprava kief s vzájomným posunom o 60 °, potom sa vytvorí šesťfázové vinutie s polygónovým spojením. Na kefách viacfázového stroja so skupinou kolektorov je aktuálna frekvencia určená rotáciou magnetického toku vzhľadom na pevné kefy. Smer otáčania rotora môže byť opačný alebo prispôsobený.

Používanie MAT

V súčasnosti sa MPT používajú všade tam, kde sa v tej či onej forme vyžaduje výroba mechanickej alebo elektrickej energie. Veľké výrobné jednotky sa používajú pri údržbe inžinierskych systémov, elektrární a zdvíhacích a prepravných jednotiek a nízkoenergetické jednotky sa používajú v bežnej domácnosti.zariadenia od ventilátorov až po čerpadlá. Ale v oboch prípadoch je účel strojov na striedavý prúd redukovaný na rozvoj energetického potenciálu v dostatočnom objeme. Ďalšou vecou je, že štrukturálne rozdiely, implementácia vnútornej konfigurácie statora a rotora, ako aj riadiacej infraštruktúry majú zásadný význam.

Hoci si všeobecné MPT zariadenie zachováva rovnaký súbor funkčných komponentov po dlhú dobu, zvyšujúce sa požiadavky na prevádzku takýchto systémov nútia vývojárov zaviesť ďalšie ovládacie prvky a ovládacie prvky. V súčasnej etape technologického rozvoja, najmä v súvislosti s využitím striedavých strojov v priemyselnom sektore, je ťažké predstaviť si prevádzku takýchto motorov a generátorov bez vysoko presných prostriedkov na reguláciu prevádzkových parametrov. Na tento účel sa používajú rôzne metódy riadenia - pulz, frekvencia, reostat atď. Charakteristickým znakom modernej prevádzky MPT je aj zavedenie automatizácie do regulačnej infraštruktúry. Riadiaca elektronika je na jednej strane pripojená k elektrárni a na druhej strane k softvérovým ovládačom, ktoré podľa daného algoritmu dávajú príkazy na nastavenie konkrétnych parametrov mechanizmu.

Záver

Elektrocentrály a elektromotory sú v dnešnom priemysle nepostrádateľným energetickým komponentom. Vďaka svojej funkcii fungujú obrábacie stroje, dopravné, komunikačné zariadenia a iné elektrické jednotky a zariadenia vyžadujúce napájanie. oV tomto prípade existuje obrovské množstvo typov a poddruhov elektrických strojov na striedavý a jednosmerný prúd, ktorých vlastnosti a vlastnosti v konečnom dôsledku určujú priestor pre ich prevádzku. Medzi technické a prevádzkové vlastnosti MPT patrí jednoduchšie konštrukčné zariadenie a relatívne nízke nároky na údržbu. Na druhej strane sa jednosmerné stroje ukázali ako atraktívnejšie riešenie problémov s napájaním v zložitých kritických energetických systémoch. Segment domácej výroby energetických priemyselných zariadení má bohaté skúsenosti s návrhom a výrobou oboch typov elektrických strojov. Veľké podniky sa čoraz viac zameriavajú na vývoj individuálnych riešení so štrukturálnymi a prevádzkovými vlastnosťami. Odchýlky od štandardných prevedení sú často spojené s potrebou pripojenia pomocných funkčných celkov a zariadení ako sú chladiace systémy, ochranné zariadenia proti prehriatiu a kolísaniu siete, prídavné a záložné napájanie. Okrem toho vonkajšie prevádzkové prostredie má značný vplyv na niektoré konštrukčné vlastnosti elektrických strojov, čo sa zohľadňuje aj vo fázach navrhovania a vytvárania zariadení.