AC gépek: eszköz, működési elv, alkalmazás

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az elektromos gépek az energiaátalakítás kritikus funkcióját látják el a működő mechanizmusokban és a termelőállomásokban. Az ilyen eszközök különböző területeken találják meg a helyüket, elegendő teljesítménypotenciállal látva el a végrehajtó szerveket. Az egyik legnépszerűbb ilyen típusú rendszer az AC gépek (ACM-ek), amelyek osztályukon belül többféle változattal és különbséggel rendelkeznek.

Általános információ a MAT-ról

Az MPT vagy elektromechanikus konverterek szegmense feltételesen felosztható egyfázisú és háromfázisú rendszerekre. Alapszinten is megkülönböztetik az aszinkron, szinkron és kollektoros eszközöket, míg az általános működési elvben és a tervezési tervezésben sok a közös. A váltakozó áramú gépek besorolása feltételes, mivel a modern elektromechanikus átalakító állomások részben magukban foglalják az egyes eszközcsoportok munkafolyamatait.

Az MPT általában egy állórészen és egy forgórészen alapul, amelyek között légrés van kialakítva. A munkaciklus ismételten a gép típusától függetlenül a mágneses tér forgásán alapul. De ha szinkron telepítésnél a forgórész mozgása megfelel az erőtér irányának, akkor aszinkron gépben a forgórész más irányban és különböző frekvenciákkal mozoghat. Ez a különbség meghatározza a gépek használatának sajátosságait is. Tehát ha a szinkron generátorként és elektromechanikus motorként is működhet, akkor az aszinkronokat főként motorként használják.

A fázisok számát illetően megkülönböztetünk egy- és többfázisú rendszereket. Ráadásul a gyakorlati felhasználás szempontjából a második kategória képviselői figyelmet érdemelnek. Ezek többnyire háromfázisú váltakozó áramú gépek, amelyekben a mágneses tér csak energiahordozó funkciót tölt be. Az egyfázisú készülékek ezzel szemben a működési célszerűtlenség és a nagy méretek miatt fokozatosan eltűnnek az alkalmazási gyakorlatból, bár egyes területeken választásuknál az alacsony költség a döntő.

Különbségek az egyenáramú gépekhez képest

Az alapvető szerkezeti különbség a tekercs elhelyezkedésében rejlik. Váltóáramú rendszerekben az állórészt, az egyenáramú gépeknél a forgórészt takarja. Mindkét csoportban az elektromos motorok különböznek az áramgerjesztés típusától - vegyes, párhuzamos és soros. Napjainkban az iparban, a mezőgazdaságban és a hazai szektorban alkalmazzák az AC és DC gépeket, de az elsőopció a teljesítmény szempontjából vonzóbb. A generátorok és a váltakozó áramú motorok a továbbfejlesztett kialakítás, a megbízhatóság és a magas energiahatékonyság előnyeit élvezik.

Az egyenáramú készülékek alkalmazása elterjedt azokon a területeken, ahol előtérbe kerülnek az üzemi paraméterek szabályozásának pontosságának követelményei. Ezek lehetnek szállító vontatási mechanizmusok, szerszámgépek és összetett mérőműszerek. Az egyenáramú és váltakozó áramú gépek teljesítményét tekintve nagy hatásfokkal rendelkeznek, de eltérő műszaki és szerkezeti beállítási lehetőségekkel rendelkeznek az adott alkalmazási feltételekhez. Az egyenáramú működés több lehetőséget kínál a fordulatszám szabályozására, ami fontos szervo- és léptetőmotorok szervizelésekor.

Aszinkron MPT-eszköz

Ennek a forgórészből és állórészből álló berendezés műszaki alapjához acéllemezt használnak, amelyet az összeszerelés előtt mindkét oldalon szigetelő olaj-gyanta réteggel vonnak be. Kis teljesítményű gépeknél a mag további bevonat nélkül készülhet elektromos acélból, hiszen ilyenkor a fémfelületen lévő természetes oxidréteg szigetelőként működik. Az állórész a házban, a forgórész a tengelyen van rögzítve. Aszinkron nagy teljesítményű váltakozó áramú gépeknél a rotormag a ház peremére is felszerelhető a tengelyre szerelt hüvely segítségével. A tengelynek magának kell forognia a csapágypajzsokon, amelyek szintén a ház aljához vannak rögzítve.

A forgórész külső felülete és az állórész belső felülete kezdetben hornyokkal van ellátva a tekercsvezetők elhelyezésére. A váltakozó áramú gépek állórészében a tekercselés gyakran háromfázisú, és a megfelelő 380 V-os hálózatra csatlakozik, primernek is nevezik. Hasonló módon történik a forgórész tekercselése is, amelynek végei általában csillag-konfigurációban alkotnak kapcsolatot. Csúszógyűrűk is rendelkezésre állnak, amelyeken keresztül a beállításhoz szükséges reosztát vagy egy háromfázisú indítóelem is csatlakoztatható.

Fontos megjegyezni a légrés paramétereit is, amely csillapítózónaként működik, amely csökkenti a zajt, a rezgést és a hőt a készülék működése során. Minél nagyobb a gép, annál nagyobbnak kell lennie a hézagnak. Értéke egytől több milliméterig változhat. Ha szerkezetileg lehetetlen elegendő helyet hagyni a levegőzónának, akkor egy kiegészítő hűtőrendszert biztosítunk az egység számára.

Az aszinkron MPT működési elve

A háromfázisú tekercs ebben az esetben egy szimmetrikus hálózatba van kötve háromfázisú feszültséggel, aminek következtében a légrésben mágneses tér jön létre. Az armatúra tekercselésével kapcsolatban speciális intézkedéseket tesznek a csillapítási rés térbeli harmonikus eloszlásának elérése érdekében, amely forgó mágneses pólusok rendszerét alkotja. A váltakozó áramú gép működési elve szerint minden póluson mágneses fluxus képződik, amely keresztezi a tekercselési áramköröket, ezáltal elektromotor keletkezését váltja ki.erő. A háromfázisú tekercsben háromfázisú áram indukálódik, amely biztosítja a motor nyomatékát. A forgórész áramának mágneses fluxusokkal való kölcsönhatása hátterében elektromágneses erő képződik a vezetőkre.

Ha a forgórész külső erő hatására olyan mozgásba kerül, amelynek iránya megfelel a váltakozó áramú gép mágneses mezeje fluxusainak irányának, akkor a forgórész elkezdi megelőzni a a mező forgási sebessége. Ez akkor fordul elő, ha az állórész fordulatszáma meghaladja a névleges szinkronfrekvenciát. Ugyanakkor az elektromágneses erők mozgási iránya megváltozik. Ily módon fordított hatású fékezőnyomaték jön létre. Ez a működési elv lehetővé teszi, hogy a gépet generátorként használják, amely a hálózatba történő aktív teljesítmény üzemmódban működik.

A szinkron MPT kialakítása és működési elve

Az állórész kialakítását és elhelyezkedését tekintve a szinkrongép hasonló az aszinkron géphez. A tekercselést armatúrának nevezik, és ugyanannyi pólussal hajtják végre, mint az előző esetben. A forgórész gerjesztőtekerccsel van ellátva, melynek energiaellátását egyenáramú forrásra kapcsolt csúszógyűrűk és kefék biztosítják. A forrás egy kis teljesítményű generátor-gerjesztő, amely egyetlen tengelyre van felszerelve. Egy szinkron váltakozó áramú gépben a tekercs az elsődleges mágneses mező generátoraként működik. A tervezés során a tervezők arra törekszenek, hogy olyan feltételeket teremtsenek, amelyek a gerjesztőtér induktív eloszlását eredményezikaz állórész felületein a lehető legközelebb volt a szinuszoshoz.

Megnövekedett terhelésnél az állórész tekercselése mágneses teret hoz létre a forgórész irányába azonos frekvenciával. Így egyetlen forgásmező jön létre, amelyben az állórész mező hatással lesz a forgórészre. A váltakozó áramú gépek ezen eszköze lehetővé teszi azok villanymotorként történő használatát, ha kezdetben háromfázisú áramot vezetnek a szinkron tekercsbe. Az ilyen rendszerek feltételeket teremtenek a forgórész koordinált forgásához az állórész mezőjének megfelelő frekvenciával.

Kiemelkedő és nem kiemelkedő szinkrongépek

A fő különbség a kiemelkedő pólusrendszerek között a kiálló oszlopok jelenléte a kialakításban, amelyek a tengely speciális kiemelkedéseihez vannak rögzítve. A tipikus mechanizmusoknál a rögzítés T-alakú farokrögzítőkkel történik a kereszt pereméhez vagy a tengelyhez a perselyen keresztül. A kis teljesítményű váltakozó áramú gépek készülékében ugyanez a probléma csavarkötésekkel is megoldható. Tekercselőanyagként szalagrezet használnak, amelyet egy élre tekercselnek, speciális tömítésekkel szigetelve. A hornyokban rúddal ellátott fülekbe az indításhoz szükséges tekercselő rudakat kell elhelyezni. Ebben az esetben nagy ellenállású anyagot, például sárgarézet használnak. A tekercselés körvonalai a végein a rövidrezáró elemekhez vannak hegesztve, közös gyűrűket képezve a rövidzárlat számára. A 10-12 kW teljesítménypotenciálú kiálló pólusú gépek úgynevezett fordított kivitelben hajthatók végre, amikor az armatúra forog és az induktor pólusai álló helyzetben maradnak.állapot.

A nem kiálló pólusú gépeknél a kialakítás acélkovácsolásból készült hengeres forgórészen alapul. A forgórészben a gerjesztő tekercs kialakításához hornyok vannak, amelyek pólusai nagy fordulatszámra vannak kiszámítva. Azonban egy ilyen tekercs használata nagy teljesítményű váltóáramú elektromos gépekben lehetetlen a forgórész nagyfokú kopása miatt zord üzemi körülmények között. Emiatt a közepes teljesítményű beépítéseknél is nagy szilárdságú, króm-nikkel-molibdén vagy króm-nikkel acél alapú, tömör kovácsolásból készült alkatrészeket használnak a forgórészekhez. A szilárdsági műszaki követelményeknek megfelelően a nem kiálló szinkron gépi forgórész forgórészének maximális átmérője nem haladhatja meg a 125 cm-es elemeket. A rotor maximális hossza 8,5 m. Az iparban használt nem kiálló pólusú egységek különféle turbógenerátorokat tartalmaznak. Segítségükkel elsősorban a gőzturbinák működési momentumait kötik össze a hőerőművekkel.

A függőleges hidrogenerátorok jellemzői

A kiugró pólusú szinkron MPT-k külön osztálya, függőleges tengellyel. Az ilyen berendezéseket hidraulikus turbinákhoz kötik, és a kiszolgált áramlások forgási frekvencia szerinti teljesítménye alapján választják ki. A legtöbb ilyen típusú váltakozó áramú gép alacsony sebességű, ugyanakkor vannagyszámú pólus. A függőleges hidrogenerátor kritikus működési alkatrészei közül megemlíthető a nyomócsapágy és a nyomócsapágy, amely a motor forgó részeiből származó terhelést viseli. A nyomócsapágy különösen a vízáramlás nyomásának van kitéve, amely a turbinalapátokra hat. Ezenkívül a forgás leállításához fék található, és a vezető csapágyak is jelen vannak a működő szerkezetben, amelyek érzékelik a radiális erőket.

A gép felső részében a hidrogenerátorral együtt segédegységek is elhelyezhetők - például generátor gerjesztő és szabályozó. Ez utóbbi egyébként egy független váltakozó áramú gép, tekercseléssel és állandó mágnesekhez való pólusokkal. Ez a beállítás biztosítja a motor tápellátását az automatikus szabályozó funkcióhoz. A nagy függőleges hidrogenerátorokban a gerjesztő helyettesíthető szinkrongenerátorral, amely a gerjesztőegységekkel és a higany egyenirányítókkal együtt a fő hidrogenerátor munkafolyamatát kiszolgáló erőműveket látja el árammal. A függőleges tengelyű gépkonfigurációt nagy teljesítményű hidraulikus szivattyúk hajtómechanizmusaként is használják.

Collector MPT

A kollektor egység jelenlétét az MPT kialakításában gyakran az határozza meg, hogy a forgási sebesség átalakításának szükségességét a forgórészen és az állórész tekercsén lévő különböző frekvenciájú áramkörök elektromos csatlakozásánál kell végrehajtani. Ez a megoldás lehetővé teszi a készülék további felszerelésétműködési tulajdonságok, beleértve a működési paraméterek automatikus szabályozását. A háromfázisú hálózathoz csatlakoztatott váltakozó áramú kollektorgépek három kefeujjat kapnak a kétpólusú felosztás minden szegmensében. A kefék párhuzamos áramkörben vannak összekötve jumperekkel. Ebben az értelemben a kollektoros MPT-k hasonlóak az egyenáramú motorokhoz, de különböznek tőlük a pólusokon használt kefék számában. Ezenkívül a rendszer állórészének több további tekercselése is lehet.

A zárt armatúra tekercselés háromfázisú kefés kollektor használatakor háromfázisú komplex tekercselés lesz delta csatlakozással. Az armatúra forgása során a tekercselés minden fázisa változatlan helyzetet tart fenn, azonban a szakaszok felváltva mennek át egyik fázisból a másikba. Ha egy hatfázisú, egymáshoz képest 60 °-os eltolással rendelkező kefekészletet használnak egy váltakozó áramú kommutátoros gépben, akkor egy hatfázisú tekercs jön létre sokszög csatlakozással. A kollektorcsoporttal rendelkező többfázisú gép keféin az áramfrekvenciát a mágneses fluxusnak a rögzített kefékhez viszonyított forgása határozza meg. A forgórész forgásiránya lehet ellentétes vagy illeszkedő.

A MAT használata

Ma az MPT-ket mindenhol használják, ahol valamilyen formában mechanikai vagy elektromos energia előállítására van szükség. A mérnöki rendszerek, erőművek, valamint emelő és szállító egységek karbantartásához nagy termelőegységeket, a közönséges háztartásokban pedig kis teljesítményű egységeket használnak.berendezések a ventilátoroktól a szivattyúkig. De mindkét esetben a váltakozó áramú gépek célja az energiapotenciál megfelelő térfogatú fejlesztésére korlátozódik. Másik dolog, hogy alapvető fontosságúak a szerkezeti különbségek, az állórész és a forgórész belső konfigurációjának megvalósítása, valamint a vezérlési infrastruktúra.

Bár az általános MPT-eszköz hosszú ideig megőrzi ugyanazt a funkcionális komponenskészletet, az ilyen rendszerek működésével szembeni növekvő követelmények további vezérlők és vezérlők bevezetésére kényszerítik a fejlesztőket. A technológiai fejlődés jelenlegi szakaszában, különösen a váltakozó áramú gépek ipari szektorban történő felhasználásával összefüggésben, nehéz elképzelni az ilyen motorok és generátorok működését a működési paraméterek nagy pontosságú szabályozására szolgáló eszközök nélkül. Ehhez különféle szabályozási módszereket használnak - impulzus, frekvencia, reosztát stb. Az automatizálás bevezetése a szabályozási infrastruktúrába szintén a modern MPT működés jellemzője. A vezérlő elektronika egyrészt az erőműhöz, másrészt a szoftvervezérlőkhöz csatlakozik, amelyek egy adott algoritmus szerint parancsokat adnak a mechanizmus meghatározott paramétereinek beállítására.

Következtetés

Az áramfejlesztők és az elektromos motorok nélkülözhetetlen energiaelemek a mai iparban. Funkciójukból adódóan üzemelnek a szerszámgépek, szállító-, kommunikációs berendezések és egyéb, áramellátást igénylő elektromos egységek, berendezések. Nál nélEbben az esetben a váltakozó áramú és egyenáramú elektromos gépek típusainak és alfajainak hatalmas skálája létezik, amelyek jellemzői és jellemzői végső soron meghatározzák működésük rését. Az MPT műszaki és működési jellemzői közé tartozik az egyszerűbb szerkezeti kialakítás és a viszonylag alacsony karbantartási igény. Másrészt az egyenáramú gépek vonzóbb megoldásnak bizonyulnak az összetett kritikus energiaellátó rendszerek tápellátási problémáira. Az erősáramú ipari berendezések hazai gyártási szegmense hatalmas tapasztalattal rendelkezik mindkét típusú villamos gép tervezésében és gyártásában. A nagyvállalatok egyre inkább a szerkezeti és működési jellemzőkkel rendelkező egyedi megoldások kidolgozására helyezik a hangsúlyt. A szabványos tervektől való eltérések gyakran összefüggenek a kiegészítő funkcionális egységek és berendezések, például hűtőrendszerek, túlmelegedés és hálózati ingadozás elleni védőberendezések, kiegészítő és tartalék tápellátás csatlakoztatásának szükségességével. Ezen túlmenően a külső működési környezet jelentős hatással van az elektromos gépek egyes szerkezeti tulajdonságaira, amit a berendezések tervezése és létrehozása során is figyelembe vesznek.