Ac mašine: uređaj, princip rada, primjena

Električne mašine obavljaju odgovornu funkciju konverzije energije u radnim mehanizmima i stanicama za generisanje. Takvi uređaji nalaze svoje mjesto u različitim oblastima, pružajući izvršnim tijelima dovoljan potencijal snage. Jedan od najpopularnijih sistema ovog tipa predstavljaju mašine sa naizmeničnom strujom (MPT), koje imaju nekoliko varijanti i razlika unutar svoje klase.

Opće informacije o MPT-u

Segment MPT ili elektromehaničkih pretvarača može se uslovno podijeliti na jednofazne i trofazne sisteme. Asinhroni, sinhroni i kolektorski uređaji se takođe razlikuju na osnovnom nivou, dok njihov opšti princip rada i dizajna ima mnogo sličnosti. Ova klasifikacija mašina sa naizmeničnom strujom je uslovna, jer moderne elektromehaničke konverzijske stanice delimično uključuju tokove rada iz svake grupe uređaja.

MPT se po pravilu zasniva na statoru i rotoru, između kojih je obezbeđen vazdušni razmak. Opet, bez obzira na vrstu mašine, radni ciklus se zasniva na rotaciji magnetnog polja. Ali ako u sinhronoj instalaciji kretanje rotora odgovara smjeru polja sile, tada se u asinhronoj mašini rotor može kretati u drugom smjeru i s različitim frekvencijama. Ova razlika takođe određuje karakteristike upotrebe mašina. Dakle, ako sinhroni mogu djelovati i kao generator i kao elektromehanički motor, tada se asinhroni uglavnom koriste kao motori.

Što se tiče broja faza, razlikuju se jednofazni i višefazni sistemi. Štaviše, sa stanovišta praktične upotrebe, predstavnici druge kategorije zaslužuju pažnju. To su uglavnom trofazne mašine za naizmeničnu struju, u kojima magnetno polje obavlja funkciju energetskog nosača. Jednofazni uređaji, međutim, zbog operativne nepraktičnosti i velikih veličina, postupno se ukidaju u upotrebu, iako je u nekim područjima niska cijena odlučujući faktor u njihovom izboru.

Razlike od DC mašina

Osnovna strukturna razlika leži u lokaciji namotaja. U AC sistemima pokriva stator, au DC mašinama-rotor. U obje grupe elektromotori se razlikuju po vrsti pobude struje – mješoviti, paralelni i serijski. Danas se AC i DC mašine koriste u industriji, poljoprivredi i sektoru domaćinstva, ali je prva opcija atraktivnija po svojim operativnim kvalitetama. Alternatori i motori imaju koristi od tehnološki naprednijeg dizajna, pouzdanosti i visoke energetske efikasnosti.

Upotreba uređaja koji rade na jednosmernoj struji uobičajena je u oblastima gde zahtevi za tačnost regulacije radnih parametara dolaze do izražaja. To mogu biti vučni mehanizmi transporta, mašine za obradu i složeni merni uređaji. Što se tiče performansi, DC i AC mašine imaju visoku efikasnost, ali sa različitim mogućnostima tehničkog i strukturnog prilagođavanja specifičnim uslovima primene. Rad sa jednosmernom strujom daje više mogućnosti za kontrolu brzine, što je važno prilikom servisiranja servomotora i koračnih motora.

Asinhroni MPT uređaj

Za tehničku osnovu ovog uređaja u obliku rotora i statora koristi se čelični lim koji je pre montaže presvučen izolacionim slojem ulja i kolofonija sa obe strane. U mašinama male snage jezgro se može izraditi 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 asinhronim AC mašinama velike snage, jezgro rotora se takođe može montirati na obod kućišta sa čahurom postavljenom na osovinu. Sama osovina mora se rotirati na ležajnim štitnicima, koji su također fiksirani na bazu kućišta.

Vanjske površine rotora i unutrašnje površine statora su u početku s prorezima za postavljanje navijanje provodnika. U statoru mašina sa naizmeničnom strujom namotaj je češće trofazni i povezan na odgovarajuću mrežu od 380 V. Takođe se naziva primarnim. Slično, izvodi se namotaj rotora, čiji krajevi obično čine vezu u konfiguraciji zvijezde. Obezbeđeni su i kontaktni prstenovi preko kojih se dodatno može povezati reostat za podešavanje ili trofazni početni element.

Takođe je važno napomenuti parametre vazdušnog jaza, koji obavlja funkciju prigušne zone koja smanjuje buku, vibracije i grejanje tokom rada uređaja. Što je veća mašina, veći razmak treba da bude. Njegova veličina može varirati od jednog do nekoliko milimetara. Ako je strukturno nemoguće ostaviti dovoljno prostor za zona vazduha, zatim je obezbeđen dodatni sistem hlađenja instalacije.

Princip rada asinhronog MPT-a

U ovom slučaju, trofazni namotaj je povezan na simetričnu mrežu sa trofaznim naponom, usled čega se u vazdušnom jazu formira magnetno polje. Što se tiče namotaja armature, poduzimaju se posebne mjere za postizanje harmonične prostorne raspodjele polja za amortizer, koji formira sistem rotirajućih magnetnih polova. Prema principu rada mašine za naizmeničnu struju, na svakom polu se formira magnetni tok koji prelazi konture namotaja, čime se izaziva stvaranje elektromotorne sile. Trofazna struja se inducira u trofaznom namotaju, koji obezbeđuje obrtni moment motora. U pozadini interakcije struje rotora sa magnetnim tokovima, na provodnicima se formira elektromagnetna sila.

Ako rotor pokreće vanjska sila, čiji smjer odgovara smjeru tokova magnetnog polja mašine za naizmjeničnu struju, tada će rotor početi prestići brzinu rotacije polja. To se događa kada frekvencija rotacije statora prelazi nominalnu sinhronu frekvenciju. Istovremeno će se promijeniti smjer kretanja elektromagnetnih sila. Tako se formira trenutak kočenja sa obrnutim djelovanjem. Ovo princip rada omogućava vam da koristite mašinu kao generator koji radi u režimu povratka aktivne snage na mrežu.

Uređaj i princip rada sinhronog MPT-a

U pogledu dizajna i lokacije statora, sinhrona mašina je slična asinhronoj. Namotaj se naziva sidro i izvodi se sa istim brojem stubova kao u prethodnom slučaju. Rotor ima pobudni namotaj, čije snabdevanje energijom obezbeđuju kontaktni prstenovi i četke povezane sa istosmjernim izvorom. Izvor znači generator male snage postavljen na jednu osovinu. U sinhronoj AC mašini, namotaj obavlja funkciju primarnog generatora magnetnog polja. Tokom procesa projektovanja, dizajneri nastoje da stvore uslove kako bi indukciona distribucija polja ekscitacije na površinama statora bila što bliža sinusoidnom.

Pri povećanim opterećenjima, namotaj statora formira magnetno polje sa rotacijom u pravcu rotora sa sličnom frekvencijom. Tako jedno polje rotacije, formira se u kojem polje statora će uticati na rotor. Ovaj uređaj mašina sa naizmeničnom strujom omogućava im da se koriste kao elektromotori ako se trofazna struja inicijalno dovodi u sinhroni namotaj. Takvi sistemi stvaraju uslove za koordiniranu rotaciju rotora sa frekvencijom koja odgovara polju statora.

Eksplicitne i implicitne sinhrone mašine

Glavna razlika između jednopolnih sistema je prisustvo izbočenih stubova u dizajnu, koji su pričvršćeni na posebne izbočine osovine. U tipičnim mehanizmima, fiksiranje se vrši pomoću repnih zatvarača u obliku slova T na obruč poprečne ili osovine kroz čahuru. U uređaju mašina sa naizmjeničnom strujom male snage, isti problem se može riješiti vijčanim vezama. Trakasti bakar se koristi kao materijal za namotavanje, koji se namotava na rebro, izolujući posebnim zaptivkama. U vrhovima sa stupovima, šipke za navijanje za početak postavljaju se u žljebove. U ovom slučaju koristi se materijal sa visokom otpornošću poput mesinga. Konture namotaja na krajevima zavarene su na elemente kratkog spoja, formirajući zajedničke prstenove za kratko spajanje. Jednopolne mašine sa potencijalom snage od 10-12 kW mogu se izvoditi u takozvanom obrnutom dizajnu, kada se armatura rotira, a polovi induktora ostaju nepomični.

U nepolnim mašinama dizajn se zasniva na cilindričnom rotoru od čeličnih otkovka. U rotoru se nalaze prorezi za formiranje pobudnog namotaja, čiji su stubovi dizajnirani za velike brzine rotacije. Međutim, upotreba takvog namotaja u električnim mašinama sa naizmeničnom strujom velike snage je nemoguća zbog visokog stepena istrošenosti rotora u teškim uslovima rada. Iz tog razloga, čak i u instalacijama srednje snage, za rotore se koriste komponente visoke čvrstoće napravljene od čvrstih otkovaka na bazi hrom-nikl-molibdena ili hrom-nikl čelika. U skladu sa tehničkim zahtjevima za čvrstoćom, maksimalni prečnik radnog dijela rotora nepolne sinhrone mašine ne može biti veći od 125 cm. To objašnjava neobičan faktor oblika rotora sa izduženim tijelom, iako postoje ograničenja na ovom parametru povezanim s povećanjem vibracija u predugim elementima. Maksimalna dužina rotora je 8,5 m. Različiti turbo generatori mogu se pripisati nepolnim jedinicama koje se koriste u industriji. Uz njihovu pomoć, posebno povezuju radne trenutke parnih turbina sa termoelektranama.

Karakteristike vertikalnih hidrogeneratora

Zasebna klasa jednopolnog sinhronog MPT-a opremljena je vertikalnom osovinom. Takve instalacije povezane su s hidrauličnim turbinama i odabrane su za snagu servisiranih potoka prema frekvenciji rotacije. Većina AC mašina ovog tipa sporo se kreće, ali u isto vrijeme ima veliki broj polova. Među odgovornim radnim komponentama vertikalnog hidrogeneratora moguće je uočiti potisni ležaj i potporni ležaj, koji obračunava teret iz rotirajućih dijelova motora. Konkretno, pritisak vodenih tokova, koji djeluje na turbinske oštrice, postavljen je na klatno. Pored toga, obezbeđena je kočnica za zaustavljanje rotacije, a vodeći ležajevi koji percipiraju radijalne sile su takođe prisutni u radnoj strukturi.

U gornji deo mašine, zajedno sa hidrogeneratorom, mogu se postaviti pomoćne jedinice – na primer, generatorski pobuđivač i regulator. Inače, ovo drugo je nezavisna AC mašina sa namotajem i stubovima na trajnim magnetima. Ova instalacija daje snagu motoru za pružanje funkcije automatskog regulatora. U Velikim vertikalnim hidrogeneratorima, ekscitator se može zameniti sinhronim generatorom, koji zajedno sa ekscitatornim čvorovima i živinim ispravljačima obezbeđuje napajanje uređaja koji servisiraju tok rada glavnog hidrogeneratora. Konfiguracija mašine sa vertikalnom osovinom se takođe koristi kao mehanizam vožnje moćnih hidrauličnih pumpi.

Collector MPTS

Prisutnost kolektorskog čvora u dizajnu MPT-a često je uzrokovana potrebom za obavljanjem funkcije konverzije frekvencije u električnom priključku višefrekventnih krugova na namotajima rotora i statora. Ovo rješenje vam omogućava da uređaj obdarite dodatnim operativna svojstva, , uključujući automatsku regulaciju radnih parametara. Mašine za sakupljanje naizmenične struje koje su povezane na trofazne mreže dobijaju po tri prsta četkice u svakom segmentu podjele dvostrukih stubova. Povezivanje četkica jedni s drugima vrši se prema paralelnoj šemi sa skakačima. U tom smislu, collector MPT su slični DC elektromotorima, ali se razlikuju od njih po broju četkica koje se koriste na stubovima. Pored toga, stator u ovom sistemu može imati nekoliko dodatnih namotaja.

Zatvoreni namotaj armature kada se koristi sakupljač sa trofaznim četkicama bit će trofazni složeni namotaj s vezom u obliku trougla. Tokom rotacije armature, svaka faza namotaja zadržava isti položaj, ali presjeci se naizmjenično prelaze iz jedne faze u drugu. Ako se u mašini za sakupljanje naizmenične struje koristi šestofazni set četkica sa pomakom od 60 ° jedan u odnosu na drugi, tada se formira šestofazni namotaj sa vezom prema poligonskoj šemi. Na četkicama višefazne mašine sa kolektorskom grupom, frekvencija struje određuje se rotacijom magnetnog fluksa u odnosu na stacionarne četke. Smjer rotacije rotora može biti kontra ili koordiniran.

Primjena MPT-a

Danas se MPT koriste gdje god je potrebna mehanička ili električna energija u ovom ili onom obliku. Velike proizvodne jedinice koriste se za održavanje inženjerskih sistema, elektrana i podiznih i transportnih čvorova, a jedinice male snage koriste se u običnim kućanskim aparatima od ventilatora do pumpi. Ali u oba slučaja, svrha mašina sa naizmeničnom strujom je stvaranje dovoljnog energetskog potencijala. Druga stvar je da su strukturne razlike, implementacija unutrašnje konfiguracije statora i rotora, kao i kontrolna infrastruktura od fundamentalnog značaja.

Iako opći uređaj MPT-a dugo zadržava isti skup funkcionalnih komponenti, sve veći zahtjevi za rad takvih sistema prisiljavaju programere da uvedu dodatna tijela za kontrolu i upravljanje. U sadašnjoj fazi tehnološkog razvoja, posebno u kontekstu upotrebe mašina naizmenične struje u proizvodnom sektoru, teško je zamisliti rad takvih motora i Generatora bez visokopreciznih sredstava za regulaciju radnih parametara. U tu svrhu , raznolikost koriste se metode upravljanja-pulsni, frekvencijski, reostatski,.itd. . Uvođenje automatizacije u regulatornu infrastrukturu je takođe karakteristična karakteristika modernog rada MPT-a. Upravljačka elektronika povezana je sa elektranom sa s jedne strane, , a s druge strane-softverskim kontrolerima, koji prema datom algoritmu daju naredbe za postavljanje određenih parametara mehanizma.

Zaključak

Trenutni generatori i elektromotori su obavezna komponenta snage u modernoj industriji. Zbog svoje funkcije, mašina, transporta, komunikacionih instalacija i drugih električnih jedinica i uređaja koji zahtevaju rad na napajanju. Istovremeno, postoji ogroman niz vrsta i podvrsta AC i DC električnih mašina, karakteristike i karakteristike od kojih u konačnici određuju nišu za njihov rad. Tehničke i operativne karakteristike MPT-a uključuju jednostavniji strukturalni uređaj i relativno niske zahtjeve za održavanje. S druge strane, DC mašine se pokazuju kao atraktivnije rješenje za probleme sa napajanjem u složenim kritičnim sistemima snage. Domaći proizvodni segment energetske industrijske opreme ima veliko iskustvo u projektovanju i proizvodnji električnih mašina oba tipa. Velika preduzeća se sve više fokusiraju na razvoj pojedinačnih rješenja sa strukturnim i operativnim karakteristikama. Odstupanja od standardnih projekata često su povezana sa potrebom povezivanja pomoćnih funkcionalnih jedinica i opreme kao što su sistemi za hlađenje, zaštitna oprema od pregrijavanja i fluktuacija mreže, dodatna i rezervna snaga. Osim toga, na neka od strukturnih svojstava električnih mašina značajno utiče eksterno radno okruženje, koje se takođe uzima u obzir u fazama projektovanja i kreiranja opreme.