AC-maskiner: enhed, betjeningsprincip, anvendelse

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Elektriske maskiner udfører den kritiske funktion af energiomdannelse i arbejdsmekanismer og generatorstationer. Sådanne enheder finder deres plads i forskellige områder og forsyner de udøvende organer med tilstrækkeligt strømpotentiale. Et af de mest populære systemer af denne type er AC-maskiner (ACM'er), som har flere varianter og forskelle inden for deres klasse.

Generelle oplysninger om MAT

Segmentet af MPT eller elektromekaniske konvertere kan betinget opdeles i enkeltfasede og trefasede systemer. På det grundlæggende niveau skelnes der også mellem asynkrone, synkrone og samleanordninger, mens det generelle princip om drift og designdesign har meget til fælles. Denne klassificering af AC-maskiner er betinget, da moderne elektromekaniske konverteringsstationer delvist involverer arbejdsgange fra hver gruppe af enheder.

MPT er som regel baseret på en stator og en rotor, mellem hvilke der er tilvejebragt en luftsp alte. Igen, uanset maskintype, er arbejdscyklussen baseret på magnetfeltets rotation. Men hvis rotorens bevægelse i en synkron installation svarer til retningen af kraftfeltet, så kan rotoren i en asynkron maskine bevæge sig i en anden retning og med forskellige frekvenser. Denne forskel bestemmer også funktionerne ved brugen af maskiner. Så hvis synkron kan fungere både som en generator og som en elektromekanisk motor, så bruges asynkrone hovedsageligt som motorer.

Med hensyn til antallet af faser skelnes der mellem enkelt- og flerfasede systemer. Desuden fortjener repræsentanter for den anden kategori fra praktisk brugssynspunkt opmærksomhed. Det er for størstedelens vedkommende trefasede AC-maskiner, hvor magnetfeltet blot udfører funktionen som en energibærer. Enfasede enheder på den anden side, på grund af upraktisk drift og store størrelser, forsvinder gradvist fra anvendelsespraksis, selvom den afgørende faktor i deres valg i nogle områder er lave omkostninger.

Forskelle fra DC-maskiner

Den grundlæggende strukturelle forskel ligger i placeringen af viklingen. I AC-systemer dækker det statoren, og i DC-maskiner rotoren. I begge grupper adskiller elektriske motorer sig i typen af strømexcitation - blandet, parallel og serie. I dag bruges AC- og DC-maskiner i industrien, landbruget og den private sektor, men den førstemulighed er mere attraktiv med hensyn til ydeevne. Generatorer og AC-motorer nyder godt af forbedret design, pålidelighed og høj energieffektivitet.

Brugen af jævnstrømsenheder er udbredt i områder, hvor kravene til nøjagtigheden af regulering af driftsparametre kommer i forgrunden. Det kan være transporttrækmekanismer, værktøjsmaskiner og komplekse måleinstrumenter. Ydeevnemæssigt har DC- og AC-maskiner en høj effektivitet, men med forskellige muligheder for teknisk og strukturel tilpasning til specifikke anvendelsesforhold. DC-drift giver flere muligheder for hastighedskontrol, hvilket er vigtigt ved servicering af servo- og stepmotorer.

Asynkron MPT-enhed

Til det tekniske grundlag for denne anordning i form af en rotor og en stator anvendes stålplade, som er belagt med et isolerende olie-harpikslag på begge sider før montering. I laveffektmaskiner kan kernen være lavet af elektrisk stål uden yderligere belægning, da det naturlige oxidlag på metaloverfladen i dette tilfælde fungerer som en isolator. Statoren er fastgjort i huset, og rotoren på akslen. I asynkrone højeffekt AC-maskiner kan rotorkernen også monteres på husets fælge med en muffe monteret på akslen. Selve akslen skal rotere på lejeskjoldene, som også er fastgjort til bunden af huset.

Rotorens ydre overflader og statorens indvendige overflader er til at begynde med forsynet med riller for at optage viklingslederne. I AC-maskiners stator er viklingen ofte trefaset og forbundet til det passende 380 V-netværk. Det kaldes også primær. Rotorviklingen udføres tilsvarende, hvis ender norm alt danner en forbindelse i en stjernekonfiguration. Der medfølger også glideringe, hvorigennem en reostat til justering eller et 3-faset startelement kan tilsluttes yderligere.

Det er også vigtigt at bemærke parametrene for luftsp alten, der fungerer som en spjældzone, der reducerer støj, vibrationer og varme under drift af enheden. Jo større maskinen er, jo større skal mellemrummet være. Dens værdi kan variere fra en til flere millimeter. Hvis det er strukturelt umuligt at efterlade tilstrækkelig plads til luftzonen, er der et ekstra kølesystem til enheden.

Princippet for drift af asynkron MPT

Den trefasede vikling er i dette tilfælde forbundet med et symmetrisk netværk med en trefaset spænding, som et resultat af hvilken der dannes et magnetfelt i luftgabet. Vedrørende ankerviklingen tages der særlige forholdsregler for at opnå en harmonisk rumlig fordeling af feltet for dæmpningssp alten, som danner et system af roterende magnetiske poler. I henhold til princippet om drift af en vekselstrømsmaskine dannes en magnetisk flux ved hver pol, som krydser viklingskredsløbene og derved fremkalder generering af elektromotoriskestyrke. En trefaset strøm induceres i den trefasede vikling, som giver motorens drejningsmoment. På baggrund af rotorstrømmens vekselvirkning med magnetiske fluxer dannes en elektromagnetisk kraft på lederne.

Hvis rotoren, under påvirkning af en ydre kraft, sættes i bevægelse, hvis retning svarer til retningen af fluxene i AC-maskinens magnetfelt, så vil rotoren begynde at overhale feltets rotationshastighed. Dette sker, når statorhastigheden overstiger den nominelle synkronfrekvens. Samtidig vil bevægelsesretningen af elektromagnetiske kræfter blive ændret. På denne måde dannes et bremsemoment med en omvendt handling. Dette driftsprincip gør det muligt for maskinen at blive brugt som en generator, der arbejder i tilstanden med aktiv effekt til netværket.

Design og princip for drift af synkron MPT

Med hensyn til design og placering af statoren ligner en synkronmaskine en asynkron. Viklingen kaldes en armatur og udføres med det samme antal poler som i det foregående tilfælde. Rotoren er forsynet med en excitationsvikling, hvis energiforsyning leveres af slæberinge og børster forbundet til en jævnstrømskilde. En kilde er en laveffekt generator-exciter monteret på en enkelt aksel. I en synkron AC-maskine fungerer viklingen som en generator af det primære magnetfelt. Under designprocessen stræber designere efter at skabe betingelser, således at den induktive fordeling af excitationsfeltetpå statorens overflader var så tæt på sinusformet som muligt.

Ved øget belastning genererer statorviklingen et magnetfelt med rotation i rotorens retning med samme frekvens. Der dannes således et enkelt rotationsfelt, hvor statorfeltet vil påvirke rotoren. Denne enhed af AC-maskiner gør det muligt at bruge dem som elektriske motorer, hvis en trefaset strøm i første omgang leveres til den synkrone vikling. Sådanne systemer skaber betingelser for koordineret rotation af rotoren med en frekvens svarende til statorfeltet.

Salient og ikke-fremspringende synkrone maskiner

Den største forskel mellem fremspringende polsystemer er tilstedeværelsen af udragende poler i designet, som er fastgjort til specielle fremspring på skaftet. I typiske mekanismer udføres fiksering ved hjælp af T-formede halebefæstelser til kanten af korset eller akslen gennem bøsningen. I enheden af vekselstrømsmaskiner med lav effekt kan det samme problem løses ved boltede forbindelser. Som viklingsmateriale anvendes strimmelkobber, som er viklet på en kant, isolerende med specielle pakninger. I knaster med stænger i rillerne placeres viklingsstængerne til start. I dette tilfælde anvendes et materiale med høj resistivitet som messing. Viklekonturerne i enderne er svejset til kortslutningselementerne og danner fælles ringe til kortslutning. Salient-pol maskiner med et effektpotentiale på 10-12 kW kan udføres i det såkaldte inverterede design, når ankeret roterer og induktorpolerne forbliver stationærestand.

I ikke-fremspringende stangmaskiner er designet baseret på en cylindrisk rotor lavet af stålsmedning. Der er riller i rotoren til at danne excitationsviklingen, hvis poler er beregnet til høje hastigheder. Imidlertid er brugen af en sådan vikling i elektriske maskiner med høj effekt vekselstrøm umulig på grund af den høje grad af rotorslid under barske driftsforhold. Af denne grund, selv i middelkraftige installationer, anvendes højstyrkekomponenter lavet af solidt smedegods baseret på krom-nikkel-molybdæn eller krom-nikkel stål til rotorer. I overensstemmelse med de tekniske krav til styrke må den maksimale diameter af den arbejdende del af rotoren på en ikke-fremspringende synkron maskinrotor ikke overstige 125 cm elementer. Rotorens maksimale længde er 8,5 m. Ikke-fremspringende polenheder, der bruges i industrien, omfatter forskellige turbogeneratorer. Med deres hjælp forbinder de især dampturbinernes driftsmomenter med termiske kraftværker.

Funktioner ved vertikale hydrogeneratorer

En separat klasse af synkrone MPT'er med fremspringende poler forsynet med en lodret aksel. Sådanne installationer er forbundet med hydrauliske turbiner og vælges i henhold til kraften af de betjente strømme med hensyn til rotationsfrekvens. De fleste AC-maskiner af denne type er lavhastigheder, men det har de samtidiget stort antal pæle. Blandt de kritiske arbejdskomponenter i en vertikal hydrogenerator kan man bemærke et trykleje og et trykleje, som bærer belastningen fra de roterende dele af motoren. Især tryklejet er også udsat for tryk fra vandstrømmen, som virker på turbinebladene. Derudover er der tilvejebragt en bremse for at stoppe rotationen, og styrelejer er også til stede i arbejdsstrukturen, som opfatter radiale kræfter.

I den øverste del af maskinen kan der sammen med hydrogeneratoren placeres hjælpeenheder - for eksempel en generator exciter og en regulator. Sidstnævnte er forresten en uafhængig AC-maskine med en vikling og poler til permanente magneter. Denne indstilling giver strøm til motoren til den automatiske regulatorfunktion. I store lodrette hydrogeneratorer kan exciteren erstattes af en synkrongenerator, som sammen med excitationsenhederne og kviksølvensretterne leverer strøm til de strømenheder, der betjener hovedhydrogeneratorens arbejdsproces. Maskinkonfigurationen med lodret aksel bruges også som drivmekanisme til kraftige hydrauliske pumper.

Collector MPT

Tilstedeværelsen af en kollektorenhed i designet af MPT bestemmes ofte af behovet for at udføre funktionen til at konvertere rotationshastigheden i den elektriske forbindelse af kredsløb med forskellig frekvens på rotor- og statorviklingerne. Denne løsning giver dig mulighed for at udstyre enheden med yderligeredriftsegenskaber, herunder automatisk regulering af driftsparametre. AC-kollektormaskiner, der er tilsluttet trefasede netværk, modtager tre børstefingre i hvert segment af den dobbeltpolede division. Børsterne er forbundet med hinanden i et parallelt kredsløb med jumpere. I denne forstand ligner samler-MPT'er DC-motorer, men adskiller sig fra dem i antallet af børster, der bruges på polerne. Derudover kan statoren i dette system have flere yderligere viklinger.

Den lukkede armaturvikling, når der bruges en kollektor med trefasede børster, vil være en trefaset kompleks vikling med en deltaforbindelse. Under rotationen af ankeret opretholder hver fase af viklingen en uændret position, men sektionerne går skiftevis fra en fase til en anden. Hvis et seksfaset sæt børster med en forskydning på 60 ° i forhold til hinanden bruges i en AC-kommutatormaskine, dannes en seksfaset vikling med en polygonforbindelse. På børsterne i en flerfasemaskine med en kollektorgruppe bestemmes strømfrekvensen af rotationen af den magnetiske flux i forhold til de faste børster. Rotorens rotationsretning kan enten være modsat eller matchet.

Brug af MAT

I dag bruges MPT'er over alt, hvor der i en eller anden form kræves generering af mekanisk eller elektrisk energi. Store produktive enheder bruges til vedligeholdelse af tekniske systemer, kraftværker og løfte- og transportenheder, og laveffektenheder bruges i almindelig husholdningudstyr fra ventilatorer til pumper. Men i begge tilfælde er formålet med AC-maskiner reduceret til udvikling af energipotentiale i tilstrækkelig volumen. En anden ting er, at strukturelle forskelle, implementeringen af den interne konfiguration af statoren og rotoren, samt kontrolinfrastrukturen er af fundamental betydning.

Selvom den generelle MPT-enhed bevarer det samme sæt funktionelle komponenter i lang tid, tvinger de stigende krav til driften af sådanne systemer udviklere til at indføre yderligere kontroller og kontroller. På det nuværende stadium af teknologisk udvikling, især i forbindelse med brugen af AC-maskiner i den industrielle sektor, er det vanskeligt at forestille sig driften af sådanne motorer og generatorer uden højpræcisionsmidler til regulering af driftsparametre. Til dette bruges en række forskellige kontrolmetoder - puls, frekvens, rheostat osv. Indførelsen af automatisering i den regulatoriske infrastruktur er også et karakteristisk træk ved moderne MPT-drift. Styreelektronikken er forbundet med kraftværket på den ene side, og på den anden side - til softwarecontrollere, som ifølge en given algoritme giver kommandoer til at indstille specifikke parametre for mekanismen.

Konklusion

Strømgeneratorer og elektriske motorer er en uundværlig strømkomponent i nutidens industri. På grund af deres funktion fungerer værktøjsmaskiner, transport, kommunikationsinstallationer og andre elektriske enheder og enheder, der kræver strømforsyning. PåI dette tilfælde er der et stort udvalg af typer og underarter af AC og DC elektriske maskiner, hvis funktioner og egenskaber i sidste ende bestemmer nichen for deres drift. De tekniske og operationelle funktioner i MPT omfatter en enklere strukturel enhed og relativt lave vedligeholdelseskrav. På den anden side viser DC-maskiner sig at være en mere attraktiv løsning på strømforsyningsproblemer i komplekse kritiske strømsystemer. Det indenlandske produktionssegment af kraftindustrielt udstyr har stor erfaring med design og produktion af begge typer elektriske maskiner. Store virksomheder fokuserer i stigende grad på udvikling af individuelle løsninger med strukturelle og operationelle funktioner. Afvigelser fra standarddesign er ofte forbundet med behovet for at tilslutte hjælpefunktionsenheder og udstyr såsom kølesystemer, beskyttelsesudstyr mod overophedning og netudsving, ekstra- og reservestrøm. Derudover har det eksterne driftsmiljø en betydelig indflydelse på nogle af de strukturelle egenskaber ved elektriske maskiner, hvilket også tages i betragtning ved design og fremstilling af udstyr.