Ac stroje: zariadenie, princíp činnosti, aplikácia

Elektrické stroje vykonávajú zodpovednú funkciu premeny energie v pracovných mechanizmoch a výrobných staniciach. Takéto zariadenia nachádzajú svoje miesto v rôznych oblastiach a poskytujú výkonným orgánom dostatočný energetický potenciál. Jedným z najpopulárnejších systémov tohto typu sú stroje na striedavý prúd (MPT), ktoré majú vo svojej triede niekoľko odrôd a rozdielov.

Všeobecné informácie o MPT

Segment MPT alebo elektromechanických meničov možno podmienene rozdeliť na jednofázové a trojfázové systémy. Asynchrónne, synchrónne a kolektorové zariadenia sa tiež rozlišujú na základnej úrovni, zatiaľ čo ich všeobecný princíp činnosti a konštrukcie majú veľa podobností. Táto klasifikácia strojov na striedavý prúd je podmienená, pretože moderné elektromechanické konverzné stanice čiastočne zahŕňajú pracovné toky z každej skupiny zariadení.

MPT je spravidla založený na statore a rotore, medzi ktorými je vytvorená vzduchová medzera. Opäť, bez ohľadu na typ stroja, pracovný cyklus je založený na rotácii magnetického poľa. Ak však v synchrónnej inštalácii pohyb rotora zodpovedá smeru silového poľa, potom sa v asynchrónnom stroji môže rotor pohybovať iným smerom as rôznymi frekvenciami. Tento rozdiel tiež určuje vlastnosti používania strojov. Ak teda synchrónne môžu pôsobiť ako generátor aj ako elektromechanický motor, potom sa asynchrónne používajú hlavne ako motory.

Pokiaľ ide o Počet fáz, rozlišujú sa jednofázové a viacfázové systémy. Okrem toho si z hľadiska praktického využitia zaslúžia pozornosť zástupcovia druhej kategórie. Ide väčšinou o trojfázové stroje na striedavý prúd, v ktorých magnetické pole plní funkciu nosiča energie. Jednofázové zariadenia sa však z dôvodu prevádzkovej nepraktickosti a veľkých rozmerov postupne vyraďujú z používania, hoci v niektorých oblastiach sú nízke náklady rozhodujúcim faktorom pri ich výbere.

Rozdiely od DC strojov

Základný štrukturálny rozdiel spočíva v umiestnení vinutia. V systémoch striedavého prúdu pokrýva stator a v strojoch na jednosmerný prúd– rotor. V oboch skupinách sa elektromotory líšia typom budenia prúdu-zmiešané – paralelné a sériové. Dnes sa Stroje na striedavý a jednosmerný prúd používajú v priemysle, poľnohospodárstve a v domácnosti, ale prvá možnosť je atraktívnejšia z hľadiska prevádzkových vlastností. Alternátory a motory ťažia z technologicky vyspelejšej konštrukcie, spoľahlivosti a vysokej energetickej účinnosti.

Používanie zariadení pracujúcich na jednosmerný prúd je bežné v oblastiach, kde sa dostávajú do popredia požiadavky na presnosť regulácie prevádzkových parametrov. Môžu to byť trakčné mechanizmy dopravy, spracovateľské stroje a zložité meracie zariadenia. Pokiaľ ide o výkon, stroje na jednosmerný a striedavý prúd majú vysokú účinnosť, ale s rôznymi možnosťami technického a konštrukčného prispôsobenia špecifickým aplikačným podmienkam. Práca s jednosmerným prúdom poskytuje viac príležitostí na reguláciu otáčok, čo je dôležité pri údržbe servomotorov a krokových motorov.

Asynchrónne zariadenie MPT

Ako technický základ tohto zariadenia vo forme rotora a statora sa používa oceľový plech, ktorý je pred montážou na oboch stranách potiahnutý izolačnou olejovo-kolofónnou vrstvou. V nízkoenergetických strojoch môže byť jadro vyrobené z elektrickej ocele bez dodatočného povlaku, pretože izolátorom je v tomto prípade prírodná oxidová vrstva na kovovom povrchu. Stator je upevnený v kryte a rotor na hriadeli. V asynchrónnych vysokovýkonných strojoch na striedavý prúd je možné jadro rotora namontovať aj na okraj krytu pomocou objímky namontovanej na hriadeli. Samotný hriadeľ sa musí otáčať na ložiskových štítoch, ktoré sú tiež pripevnené k základni puzdra.

Vonkajšie povrchy rotora a vnútorné povrchy statora sú spočiatku vybavené otvormi na umiestnenie vodičov vinutia. V statore strojov na striedavý prúd je vinutie častejšie trojfázové a pripojené k zodpovedajúcej sieti 380 V. Nazýva sa tiež primárny. Podobne sa vykonáva vinutie rotora, ktorého konce zvyčajne tvoria spojenie v konfigurácii hviezdy. K dispozícii sú tiež kontaktné krúžky, cez ktoré je možné dodatočne pripojiť reostat na nastavenie alebo trojfázový štartovací prvok.

Je tiež dôležité poznamenať parametre vzduchovej medzery, ktorá vykonáva funkciu tlmiacej zóny, ktorá znižuje hluk, vibrácie a zahrievanie počas prevádzky zariadenia. Čím väčší je stroj, tým väčšia by mala byť medzera. Jeho veľkosť sa môže pohybovať od jedného do niekoľkých milimetrov. Ak je štrukturálne nemožné nechať dosť priestor pre vzduchová zóna, potom je k dispozícii ďalší chladiaci systém inštalácie.

Princíp činnosti asynchrónneho MPT

V tomto prípade je trojfázové vinutie pripojené k symetrickej sieti s trojfázovým napätím, v dôsledku čoho sa vo vzduchovej medzere vytvára magnetické pole. Pokiaľ ide o vinutie kotvy, prijímajú sa špeciálne opatrenia na dosiahnutie harmonického priestorového rozloženia poľa pre medzeru klapky, ktorá tvorí systém rotujúcich magnetických pólov. Podľa princípu činnosti stroja na striedavý prúd sa na každom póle vytvára magnetický tok, ktorý prechádza obrysmi vinutia, čím vyvoláva generovanie elektromotorickej sily. V trojfázovom vinutí je indukovaný trojfázový prúd, ktorý poskytuje krútiaci moment motora. Na pozadí interakcie prúdu rotora s magnetickými tokmi sa vytvára elektromagnetická sila na vodičoch.

Ak je rotor poháňaný vonkajšou silou, ktorej smer zodpovedá smeru prúdenia magnetického poľa stroja na striedavý prúd, potom rotor začne predbiehať rýchlosť otáčania poľa. Stáva sa to, keď frekvencia otáčania statora prekročí nominálnu synchrónnu frekvenciu. Zároveň sa zmení smer pohybu elektromagnetických síl. Takto sa vytvorí brzdný moment so spätným pôsobením. Tento princíp činnosti umožňuje použitie stroja ako generátora pracujúceho v režime návratu aktívneho výkonu do siete.

Zariadenie 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 má budiace vinutie, ktorého prívod energie je zabezpečený kontaktnými krúžkami a kefami pripojenými k zdroju jednosmerného prúdu. Zdrojom sa rozumie nízkoenergetický generátor-budič inštalovaný na jednom hriadeli. V synchrónnom striedavom stroji vinutie vykonáva funkciu generátora primárneho magnetického poľa. V procese navrhovania sa dizajnéri snažia vytvoriť podmienky tak, aby indukčné rozloženie budiaceho poľa na povrchoch statora bolo čo najbližšie k sínusovému.

Pri zvýšenom zaťažení vytvára vinutie statora magnetické pole s rotáciou v smere rotora s podobnou frekvenciou. Teda jediné pole rotácie, je vytvorený v ktorom , pole statora ovplyvní rotor. Toto zariadenie strojov na striedavý prúd umožňuje ich použitie ako elektromotorov, ak sa do synchrónneho vinutia pôvodne dodáva trojfázový prúd. Takéto systémy vytvárajú podmienky pre koordinovanú rotáciu rotora s frekvenciou zodpovedajúcou statorovému poľu.

Explicitné a implicitné pólové synchrónne stroje

Hlavným rozdielom medzi jednopólovými systémami je prítomnosť vyčnievajúcich pólov v konštrukcii, ktoré sú pripevnené k špeciálnym výčnelkom hriadeľa. V typických mechanizmoch sa fixácia vykonáva pomocou chvostových spojovacích prvkov v tvare T k okraju priečnika alebo hriadeľa cez objímku. V zariadení nízkoenergetických strojov na striedavý prúd je možné rovnaký problém vyriešiť skrutkovými spojmi. Pásová meď sa používa ako navíjací materiál, ktorý je navinutý na rebro, izolovaný špeciálnymi tesneniami. V špičkách s pólmi sú navíjacie tyče na štartovanie umiestnené v drážkach. V tomto prípade sa používa materiál s vysokým odporom, ako je mosadz. Obrysy vinutia na koncoch sú privarené ku skratovacím prvkom a vytvárajú spoločné krúžky na skratovanie. Jednopólové stroje s výkonovým potenciálom 10-12 kW je možné vykonávať v takzvanom obrátenom prevedení, keď sa kotva otáča a póly induktora zostávajú nehybné.

V nepólových strojoch je konštrukcia založená na valcovom rotore vyrobenom z oceľových výkovkov. V rotore sú štrbiny na vytvorenie budiaceho vinutia, ktorých póly sú navrhnuté pre vysoké rýchlosti otáčania. Použitie takéhoto vinutia vo vysokovýkonných elektrických strojoch na striedavý prúd je však nemožné z dôvodu vysokého stupňa opotrebenia rotora v drsných prevádzkových podmienkach. Z tohto dôvodu sa aj v zariadeniach so stredným výkonom používajú pre rotory vysokopevnostné komponenty vyrobené z pevných výkovkov na báze chrómnikl-molybdénových alebo chrómniklových ocelí. V súlade s technickými požiadavkami na pevnosť nemôže byť maximálny priemer pracovnej časti rotora nepólového synchrónneho stroja vyšší ako 125 cm. To vysvetľuje neobvyklý tvarový faktor rotora s predĺženým telom, aj keď existujú obmedzenia tohto parametra spojené so zvýšením vibrácií v príliš dlhých prvkoch. Maximálna dĺžka rotora je 8,5 m. Rôzne turbogenerátory možno pripísať nepólovým jednotkám, ktoré sa používajú v priemysle. S ich pomocou spájajú najmä prevádzkové momenty parných turbín s tepelnými elektrárňami.

Vlastnosti vertikálnych hydrogenerátorov

Samostatná trieda jednopólového synchrónneho MPT vybavená vertikálnym hriadeľom. Takéto zariadenia sú pripojené k hydraulickým turbínam a sú vybrané pre výkon obsluhovaných prúdov podľa frekvencie otáčania. Väčšina AC strojov tohto typu je pomaly sa pohybujúca, ale zároveň má veľký počet pólov. Medzi zodpovednými pracovnými komponentmi vertikálneho hydrogenerátora je možné zaznamenať axiálne ložisko a nosné ložisko, ktoré zodpovedá zaťaženiu rotujúcich častí motora. Najmä tlak z vodných tokov, ktorý pôsobí na lopatky turbíny, je umiestnený na kyvadle. Okrem toho je k dispozícii brzda na zastavenie otáčania a v pracovnej konštrukcii sú prítomné aj vodiace ložiská, ktoré vnímajú radiálne sily.

V hornej časti stroja môžu byť spolu s hydrogenerátorom umiestnené pomocné jednotky-napríklad budič generátora a regulátor. Mimochodom, druhý je nezávislý AC stroj s vinutím a pólmi na permanentných magnetoch. Táto inštalácia dodáva motoru energiu na zabezpečenie funkcie automatického regulátora. Vo veľkých vertikálnych hydrogenerátoroch môže byť budič nahradený synchrónnym generátorom, ktorý spolu s excitačnými uzlami a ortuťovými usmerňovačmi zabezpečuje napájanie energetických zariadení obsluhujúcich pracovný tok hlavného hydrogenerátora. Konfigurácia stroja so zvislým hriadeľom sa používa aj ako hnací mechanizmus výkonných hydraulických čerpadiel.

Zberateľské MPTS

Prítomnosť kolektorového uzla v konštrukcii MPT je často spôsobená potrebou vykonávať funkciu frekvenčnej konverzie v elektrickom pripojení viacfrekvenčných obvodov na vinutiach rotora a statora. Toto riešenie vám umožňuje vybaviť zariadenie ďalšími prevádzkové vlastnosti, vrátane automatickej regulácie prevádzkových parametrov. AC kolektorové stroje, ktoré sú pripojené k trojfázovým sieťam, dostávajú tri prsty kefy v každom segmente dvojpólovej divízie. Spojenie kefiek navzájom sa uskutočňuje podľa paralelnej schémy s prepojkami. V tomto zmysle sú kolektorové MPT podobné jednosmerným elektromotorom, líšia sa však od nich počtom kefiek použitých na póloch. Okrem toho môže mať stator v tomto systéme niekoľko ďalších vinutí.

Uzavreté vinutie kotvy pri použití kolektora s trojfázovými kefami bude trojfázové komplexné vinutie so spojením vo forme trojuholníka. Počas otáčania kotvy si každá fáza vinutia zachováva rovnakú polohu, ale úseky sa striedavo pohybujú z jednej fázy do druhej. Ak sa v kolektorovom stroji na striedavý prúd použije šesťfázová sada kefiek so vzájomným posunom 60°, potom sa vytvorí šesťfázové vinutie so spojením podľa mnohouholníkovej schémy. Na kefách viacfázového stroja so skupinou kolektorov je frekvencia prúdu určená rotáciou magnetického toku vzhľadom na stacionárne kefy. Smer otáčania rotora môže byť buď protiľahlý alebo koordinovaný.

Aplikácia MPT

Dnes sa MPT používajú všade tam, kde je potrebná výroba mechanickej alebo elektrickej energie v tej či onej podobe. Veľké výrobné jednotky sa používajú pri údržbe inžinierskych systémov, elektrární a zdvíhacích a dopravných uzlov a nízkoenergetické jednotky sa používajú v bežných domácich spotrebičoch od ventilátorov po čerpadlá. Ale v oboch prípadoch je účelom strojov na striedavý prúd generovať dostatočný energetický potenciál. Ďalšou vecou je, že štrukturálne rozdiely, implementácia vnútornej konfigurácie statora a rotora, ako aj riadiaca infraštruktúra majú zásadný význam.

Hoci Všeobecné zariadenie MPT si dlhodobo zachováva rovnaký súbor funkčných komponentov, zvyšujúce sa požiadavky na prevádzku takýchto systémov nútia vývojárov zaviesť ďalšie kontrolné a riadiace orgány. V súčasnej fáze technologického vývoja, najmä v súvislosti s používaním strojov na striedavý prúd vo výrobnom sektore, je ťažké si predstaviť prevádzku takýchto motorov a generátorov bez vysoko presných prostriedkov na reguláciu prevádzkových parametrov. Ak to chcete urobiť, a škála používajú sa kontrolné metódy-pulz, frekvencia, reostatická,.atď. . Zavedenie automatizácie do regulačnej infraštruktúry je tiež charakteristická vlastnosť modernej prevádzky MPT. Riadiaca elektronika je pripojená k elektrárni pomocou na jednej strane, , a na druhej strane – softvérovým radičom, ktoré podľa daného algoritmu dávajú príkazy na nastavenie konkrétnych parametrov mechanizmu.

Záver

Generátory prúdu a elektromotory sú povinnou zložkou energie v modernom priemysle. Vzhľadom na svoju funkciu, stroje, dopravné, komunikačné zariadenia a iné elektrické jednotky a zariadenia, ktoré vyžadujú prácu s napájaním. Zároveň existuje obrovské množstvo typov a poddruhov elektrických strojov na striedavý a jednosmerný prúd, vlastnosti a vlastnosti z toho nakoniec určiť výklenok pre ich prevádzku. Technické a prevádzkové vlastnosti MPT zahŕňajú jednoduchšie konštrukčné zariadenie a relatívne nízke nároky na údržbu. Na druhej strane sa Stroje na jednosmerný prúd ukazujú ako atraktívnejšie riešenie problémov s dodávkou energie v zložitých kritických energetických systémoch. Segment domácej výroby energetických priemyselných zariadení má rozsiahle skúsenosti s navrhovaním a výrobou elektrických strojov oboch typov. Veľké podniky sa čoraz viac zameriavajú na vývoj individuálnych riešení so štrukturálnymi a prevádzkovými vlastnosťami. Odchýlky od typických projektov sú často spojené s potrebou pripojenia pomocných funkčných jednotiek a zariadení, ako sú chladiace systémy, ochranné zariadenia proti prehriatiu a kolísaniu siete, dodatočné a záložné napájanie. Niektoré konštrukčné vlastnosti elektrických strojov sú navyše významne ovplyvnené vonkajším prevádzkovým prostredím, ktoré sa zohľadňuje aj vo fázach návrhu a výroby zariadenia.