AC-maskiner: enhet, funktionsprincip, tillämpning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Elektriska maskiner utför den kritiska funktionen av energiomvandling i arbetsmekanismer och genereringsstationer. Sådana enheter hittar sin plats i olika områden och förser de verkställande organen med tillräcklig kraftpotential. Ett av de mest populära systemen av denna typ är AC-maskiner (ACM), som har flera varianter och skillnader inom sin klass.

Allmän information om MAT

Segmentet av MPT eller elektromekaniska omvandlare kan villkorligt delas upp i enfasiga och trefasiga system. På den grundläggande nivån särskiljs också asynkrona, synkrona och samlaranordningar, medan den allmänna principen för drift och designdesign har mycket gemensamt. Denna klassificering av AC-maskiner är villkorad, eftersom moderna elektromekaniska omvandlingsstationer delvis involverar arbetsflöden från varje grupp av enheter.

MPT är som regel baserad på en stator och en rotor, mellan vilka det finns ett luftgap. Återigen, oavsett typ av maskin, är arbetscykeln baserad på magnetfältets rotation. Men om i en synkron installation rörelsen av rotorn motsvarar kraftfältets riktning, kan rotorn i en asynkron maskin röra sig i en annan riktning och med olika frekvenser. Denna skillnad bestämmer också funktionerna i användningen av maskiner. Så om synkron kan fungera både som en generator och som en elektromekanisk motor, så används asynkrona motorer huvudsakligen som motorer.

När det gäller antalet faser, särskiljs en- och flerfassystem. Dessutom, ur praktisk användningssynpunkt, förtjänar representanter för den andra kategorin uppmärksamhet. Dessa är till största delen trefasiga AC-maskiner, där magnetfältet bara utför funktionen som en energibärare. Enfasenheter å andra sidan, på grund av opraktiska funktioner och stora storlekar, försvinner gradvis från tillämpningen, även om den avgörande faktorn för valet i vissa områden är låg kostnad.

Skillnader från DC-maskiner

Den grundläggande strukturella skillnaden ligger i lindningens placering. I AC-system täcker den statorn och i DC-maskiner rotorn. I båda grupperna skiljer sig elmotorer i typen av strömexcitering - blandad, parallell och serie. Idag används AC- och DC-maskiner inom industri, jordbruk och hushållssektorn, men de första alternativet är mer attraktivt när det gäller prestanda. Generatorer och AC-motorer drar nytta av förbättrad design, tillförlitlighet och hög energieffektivitet.

Användningen av likströmsapparater är utbredd i områden där kraven på noggrannhet vid reglering av driftsparametrar kommer i förgrunden. Det kan vara transportmekanismer, verktygsmaskiner och komplexa mätinstrument. Prestandamässigt har DC- och AC-maskiner en hög verkningsgrad, men med olika möjligheter till teknisk och strukturell anpassning till specifika applikationsförhållanden. DC-drift ger fler alternativ för hastighetskontroll, vilket är viktigt vid service av servo- och stegmotorer.

Asynkron MPT-enhet

För den tekniska grunden för denna anordning i form av en rötor och en stator, används stålplåt, som beläggs med ett isolerande olje-kolofoniumskikt på båda sidor före montering. I lågeffektmaskiner kan kärnan vara gjord av elektriskt stål utan extra beläggning, eftersom det naturliga oxidskiktet på metallytan i detta fall fungerar som en isolator. Statorn är fixerad i huset och rotorn på axeln. I asynkrona högeffekts växelströmsmaskiner kan rotorkärnan även monteras på huskanten med en hylsa monterad på axeln. Själva axeln måste rotera på lagersköldarna, som också är fästa vid basen av huset.

Rotorns yttre ytor och statorns inre ytor är initi alt försedda med spår för att rymma lindningsledarna. I statorn på AC-maskiner är lindningen ofta trefas och ansluten till lämpligt 380 V-nätverk. Det kallas också primär. Rotorlindningen utförs på liknande sätt, vars ändar vanligtvis bildar en anslutning i en stjärnkonfiguration. Släpringar finns också, genom vilka en reostat för justering eller ett trefasstartelement kan anslutas ytterligare.

Det är också viktigt att notera parametrarna för luftgapet, som fungerar som en spjällzon som minskar buller, vibrationer och värme under drift av enheten. Ju större maskinen är, desto större ska gapet vara. Dess värde kan variera från en till flera millimeter. Om det är strukturellt omöjligt att lämna tillräckligt med utrymme för luftzonen, tillhandahålls ett extra kylsystem för enheten.

Funktionsprincipen för asynkron MPT

Trefaslindningen är i detta fall ansluten till ett symmetriskt nätverk med trefasspänning, som ett resultat av vilket ett magnetfält bildas i luftgapet. När det gäller ankarlindningen vidtas särskilda åtgärder för att uppnå en harmonisk rumsfördelning av fältet för dämpningsgapet, som bildar ett system av roterande magnetiska poler. Enligt principen för driften av en växelströmsmaskin bildas ett magnetiskt flöde vid varje pol, som korsar lindningskretsarna och därigenom provocerar genereringen av elektromotoriskastyrka. En trefasström induceras i trefaslindningen, vilket ger motorns vridmoment. Mot bakgrund av rotorströmmens växelverkan med magnetiska flöden bildas en elektromagnetisk kraft på ledarna.

Om rotorn, under inverkan av en yttre kraft, sätts i rörelse, vars riktning motsvarar riktningen för flödena i AC-maskinens magnetfält, då kommer rotorn att börja köra om fältets rotationshastighet. Detta inträffar när statorhastigheten överstiger den nominella synkrona frekvensen. Samtidigt kommer rörelseriktningen för elektromagnetiska krafter att ändras. På så sätt bildas ett bromsmoment med en omvänd verkan. Denna funktionsprincip gör att maskinen kan användas som en generator som arbetar i läget för aktiv uteffekt till nätverket.

Design och funktionsprincip för synkron MPT

När det gäller design och placering av statorn liknar en synkronmaskin en asynkron. Lindningen kallas ankare och utförs med samma antal poler som i föregående fall. Rotorn är försedd med en excitationslindning, vars energiförsörjning tillhandahålls av släpringar och borstar anslutna till en likströmskälla. En källa är en lågeffektgenerator-exciterare monterad på en enda axel. I en synkron AC-maskin fungerar lindningen som en generator av det primära magnetfältet. Under designprocessen strävar designers efter att skapa förutsättningar så att den induktiva fördelningen av excitationsfältetpå statorns ytor var så nära sinusformad som möjligt.

Vid ökad belastning genererar statorlindningen ett magnetfält med rotation i rotorns riktning med samma frekvens. Således bildas ett enda rotationsfält, i vilket statorfältet kommer att påverka rotorn. Denna enhet av AC-maskiner gör att de kan användas som elmotorer, om en trefasström initi alt tillförs den synkrona lindningen. Sådana system skapar förutsättningar för koordinerad rotation av rotorn med en frekvens som motsvarar statorfältet.

Salienta och icke-framträdande synkrona maskiner

Den största skillnaden mellan utskjutande stolpsystem är förekomsten av utskjutande stolpar i designen, som är fästa på speciella utsprång på skaftet. I typiska mekanismer utförs fixering med hjälp av T-formade svansfästen till korskanten eller axeln genom bussningen. I enheten för växelströmsmaskiner med låg effekt kan samma problem lösas med bultanslutningar. Som lindningsmaterial används bandkoppar, som lindas på en kant, isolerande med speciella packningar. I klackar med stolpar i spåren placeras lindningsstavarna för start. I detta fall används ett material med hög resistivitet som mässing. Lindningskonturerna i ändarna är svetsade till kortslutningselementen och bildar gemensamma ringar för en kortslutning. Salient-polmaskiner med en effektpotential på 10-12 kW kan utföras i den så kallade inverterade designen, när ankaret roterar och induktorpolerna förblir stationäraskick.

I icke-utmärkande stolpmaskiner är designen baserad på en cylindrisk rotor gjord av stålsmide. Det finns spår i rotorn för att bilda excitationslindningen, vars poler är beräknade för höga hastigheter. Användningen av en sådan lindning i elektriska maskiner med hög effekt växelström är dock omöjlig på grund av den höga graden av rotorslitage under svåra driftsförhållanden. Av denna anledning, även i medelkraftiga installationer, används höghållfasta komponenter gjorda av fast smide baserade på krom-nickel-molybden eller krom-nickel stål för rotorer. I enlighet med de tekniska kraven för hållfasthet får den maximala diametern för den arbetande delen av rotorn på en icke-utskjutande synkron maskinrotor inte överstiga 125 cm element. Den maximala längden på rotorn är 8,5 m. Icke-utskjutande polenheter som används inom industrin inkluderar olika turbogeneratorer. I synnerhet med deras hjälp kopplar de samman ångturbinernas driftmoment med värmekraftverk.

Funktioner hos vertikala hydrogeneratorer

En separat klass av synkrona MPT:er med framträdande poler försedda med en vertikal axel. Sådana installationer är anslutna till hydrauliska turbiner och väljs efter kraften hos de betjänade flödena i termer av rotationsfrekvens. De flesta AC-maskiner av denna typ är lågvarviga, men samtidigt har deett stort antal stolpar. Bland de kritiska arbetskomponenterna i en vertikal hydrogenerator kan man notera ett axiallager och ett axiallager, som bär belastningen från de roterande delarna av motorn. Särskilt axiallagret utsätts också för tryck från vattenflödet som verkar på turbinbladen. Dessutom finns en broms för att stoppa rotationen, och styrlager finns också i arbetsstrukturen som uppfattar radiella krafter.

I den övre delen av maskinen, tillsammans med hydrogeneratorn, kan hjälpenheter placeras - till exempel en generatormatare och en regulator. Förresten, den senare är en oberoende AC-maskin med en lindning och poler för permanentmagneter. Denna inställning ger ström till motorn för den automatiska regulatorfunktionen. I stora vertikala hydrogeneratorer kan magnetiseringsanordningen ersättas av en synkrongenerator, som tillsammans med magnetiseringsenheterna och kvicksilverlikriktarna förser kraftenheterna som betjänar huvudvattengeneratorns arbetsprocess. Den vertikala axelmaskinens konfiguration används också som en drivmekanism för tunga hydraulpumpar.

Collector MPT

Närvaron av en kollektorenhet i utformningen av MPT bestäms ofta av behovet av att utföra funktionen att konvertera rotationshastigheten i den elektriska anslutningen av olika frekvenskretsar på rotor- och statorlindningarna. Denna lösning låter dig utrusta enheten med ytterligaredriftsegenskaper, inklusive automatisk reglering av driftsparametrar. AC-kollektormaskiner som är anslutna till trefasnät får tre borstfingrar i varje segment av dubbelpolig division. Borstarna är kopplade till varandra i en parallell krets med byglar. I denna mening liknar kollektor-MPT:er DC-motorer, men skiljer sig från dem i antalet borstar som används på polerna. Dessutom kan statorn i detta system ha flera ytterligare lindningar.

Den slutna armaturlindningen när en kollektor med trefasborstar används kommer att vara en trefaskomplexlindning med deltaanslutning. Under rotationen av ankaret bibehåller varje fas av lindningen ett oförändrat läge, men sektionerna går växelvis från en fas till en annan. Om en sexfas uppsättning borstar med en förskjutning på 60 ° i förhållande till varandra används i en AC-kommutatormaskin, bildas en sexfaslindning med en polygonanslutning. På borstarna i en flerfasmaskin med en kollektorgrupp bestäms strömfrekvensen av det magnetiska flödets rotation i förhållande till de fasta borstarna. Rotorns rotationsriktning kan antingen vara motriktad eller matchad.

Användning av MAT

Idag används MPT överallt där, i en eller annan form, generering av mekanisk eller elektrisk energi krävs. Stora produktiva enheter används för underhåll av tekniska system, kraftverk och lyft- och transportenheter, och lågeffektenheter används i vanliga hushållutrustning från fläktar till pumpar. Men i båda fallen reduceras syftet med AC-maskiner till utveckling av energipotential i tillräcklig volym. En annan sak är att strukturella skillnader, implementeringen av den interna konfigurationen av statorn och rotorn, samt styrinfrastrukturen är av grundläggande betydelse.

Även om den allmänna MPT-enheten behåller samma uppsättning funktionella komponenter under lång tid, tvingar de ökande kraven för driften av sådana system utvecklare att införa ytterligare kontroller och kontroller. I det nuvarande skedet av teknisk utveckling, särskilt i samband med användningen av AC-maskiner i industrisektorn, är det svårt att föreställa sig driften av sådana motorer och generatorer utan högprecisionsmedel för att reglera driftsparametrar. För detta används en mängd olika kontrollmetoder - puls, frekvens, reostat, etc. Införandet av automation i den reglerande infrastrukturen är också ett karakteristiskt drag för modern MPT-drift. Styrelektroniken är ansluten till kraftverket å ena sidan, och å andra sidan - till mjukvarustyrenheterna, som enligt en given algoritm ger kommandon för att ställa in specifika parametrar för mekanismen.

Slutsats

Strömgeneratorer och elmotorer är en oumbärlig kraftkomponent i dagens industri. På grund av sin funktion fungerar verktygsmaskiner, transporter, kommunikationsinstallationer och andra elektriska enheter och enheter som kräver strömförsörjning. PåI det här fallet finns det ett stort utbud av typer och underarter av AC- och DC-elektriska maskiner, vars egenskaper och egenskaper i slutändan bestämmer nischen för deras drift. De tekniska och operativa egenskaperna hos MPT inkluderar en enklare strukturell anordning och relativt låga underhållskrav. Å andra sidan visar sig DC-maskiner vara en mer attraktiv lösning på strömförsörjningsproblem i komplexa kritiska kraftsystem. Det inhemska produktionssegmentet av kraftindustriutrustning har stor erfarenhet av design och produktion av båda typerna av elektriska maskiner. Stora företag fokuserar alltmer på utveckling av individuella lösningar med strukturella och operativa egenskaper. Avvikelser från standardkonstruktioner är ofta förknippade med behovet av att ansluta extra funktionsenheter och utrustning såsom kylsystem, skyddsutrustning mot överhettning och nätfluktuationer, tilläggs- och reservkraft. Dessutom har den externa driftsmiljön ett avsevärt inflytande på vissa av de strukturella egenskaperna hos elektriska maskiner, vilket också beaktas vid konstruktion och tillverkning av utrustning.