AC machine: device, prinsipyo ng pagpapatakbo, aplikasyon

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Ang mga electric machine ay gumaganap ng kritikal na function ng conversion ng enerhiya sa mga gumaganang mekanismo at mga istasyon ng pagbuo. Ang ganitong mga aparato ay nakakahanap ng kanilang lugar sa iba't ibang mga lugar, na nagbibigay sa mga ehekutibong katawan ng sapat na potensyal ng kapangyarihan. Ang isa sa mga pinakasikat na system ng ganitong uri ay ang mga AC machine (ACM), na may ilang uri at pagkakaiba sa loob ng kanilang klase.

Pangkalahatang impormasyon tungkol sa MAT

Ang segment ng MPT o mga electromechanical converter ay maaaring may kondisyon na hatiin sa single-phase at three-phase system. Gayundin, sa pangunahing antas, ang mga asynchronous, synchronous at collector na mga aparato ay nakikilala, habang ang pangkalahatang prinsipyo ng pagpapatakbo at disenyo ng disenyo ay magkapareho. Ang klasipikasyong ito ng mga AC machine ay may kondisyon, dahil ang modernong electromechanical na mga istasyon ng conversion ay bahagyang nagsasangkot ng mga daloy ng trabaho mula sa bawat pangkat ng mga device.

Bilang panuntunan, ang MPT ay nakabatay sa isang stator at isang rotor, kung saan nagbibigay ng air gap. Muli, anuman ang uri ng makina, ang ikot ng trabaho ay batay sa pag-ikot ng magnetic field. Ngunit kung sa isang kasabay na pag-install ang paggalaw ng rotor ay tumutugma sa direksyon ng field ng puwersa, pagkatapos ay sa isang asynchronous machine ang rotor ay maaaring lumipat sa ibang direksyon at may iba't ibang mga frequency. Tinutukoy din ng pagkakaibang ito ang mga tampok ng paggamit ng mga makina. Kaya, kung ang synchronous ay maaaring kumilos bilang isang generator at bilang isang electromechanical na motor, ang mga asynchronous ay pangunahing ginagamit bilang mga motor.

Para sa bilang ng mga phase, nakikilala ang mga single-at multi-phase system. Bukod dito, mula sa punto ng view ng praktikal na paggamit, ang mga kinatawan ng pangalawang kategorya ay nararapat pansin. Ang mga ito ay para sa karamihan ng mga tatlong-phase AC machine, kung saan ang magnetic field ay gumaganap lamang ng function ng isang carrier ng enerhiya. Ang mga single-phase na device, sa kabilang banda, dahil sa hindi praktikal na pagpapatakbo at malalaking sukat, ay unti-unting nawawala sa pagsasagawa ng aplikasyon, bagama't sa ilang mga lugar ang mapagpasyang salik sa kanilang pagpili ay mababang halaga.

Mga pagkakaiba sa mga DC machine

Ang pangunahing pagkakaiba sa istruktura ay nakasalalay sa lokasyon ng paikot-ikot. Sa mga sistema ng AC, sinasaklaw nito ang stator, at sa mga makina ng DC, ang rotor. Sa parehong mga grupo, ang mga de-koryenteng motor ay naiiba sa uri ng kasalukuyang paggulo - halo-halong, parallel at serye. Ngayon, ang AC at DC machine ay ginagamit sa industriya, agrikultura at domestic sector, ngunit ang unaang pagpipilian ay mas kaakit-akit sa mga tuntunin ng pagganap. Ang mga alternator at AC motor ay nakikinabang mula sa pinahusay na disenyo, pagiging maaasahan at mataas na kahusayan sa enerhiya.

Ang paggamit ng mga direktang kasalukuyang device ay laganap sa mga lugar kung saan nauuna ang mga kinakailangan para sa katumpakan ng regulasyon ng mga operating parameter. Ang mga ito ay maaaring mga mekanismo ng transport traction, mga tool sa makina at mga kumplikadong instrumento sa pagsukat. Sa mga tuntunin ng pagganap, ang mga makina ng DC at AC ay may mataas na kahusayan, ngunit may iba't ibang mga posibilidad ng teknikal at istrukturang pagsasaayos sa mga partikular na kondisyon ng aplikasyon. Ang pagpapatakbo ng DC ay nagbibigay ng higit pang mga opsyon para sa kontrol ng bilis, na mahalaga kapag nagse-serve ng mga servo at stepper motor.

Asynchronous MPT device

Para sa teknikal na batayan ng device na ito sa anyo ng rotor at stator, ginagamit ang sheet steel, na pinahiran ng insulating oil-rosin layer sa magkabilang panig bago i-assemble. Sa mga makina na may mababang kapangyarihan, ang core ay maaaring gawin ng mga de-koryenteng bakal na walang karagdagang patong, dahil sa kasong ito ang natural na layer ng oksido sa ibabaw ng metal ay kumikilos bilang isang insulator. Ang stator ay naayos sa pabahay, at ang rotor sa baras. Sa mga asynchronous na high power AC machine, ang rotor core ay maaari ding i-mount sa housing rim na may manggas na naka-mount sa shaft. Ang baras mismo ay dapat na umiikot sa mga kalasag ng tindig, na naayos din sa base ng pabahay.

Ang mga panlabas na ibabaw ng rotor at ang panloob na mga ibabaw ng stator ay unang binibigyan ng mga grooves upang ma-accommodate ang mga winding conductor. Sa stator ng AC machine, ang winding ay madalas na tatlong-phase at konektado sa naaangkop na 380 V network. Tinatawag din itong pangunahin. Ang rotor winding ay katulad na ginaganap, ang mga dulo nito ay karaniwang bumubuo ng isang koneksyon sa isang pagsasaayos ng bituin. Nagbibigay din ng mga slip ring, kung saan maaaring ikonekta ang isang rheostat para sa pagsasaayos o isang three-phase na panimulang elemento.

Mahalaga ring tandaan ang mga parameter ng air gap, na nagsisilbing damper zone na nagpapababa ng ingay, vibration at init sa panahon ng pagpapatakbo ng device. Kung mas malaki ang makina, mas malaki ang puwang. Ang halaga nito ay maaaring mag-iba mula isa hanggang ilang milimetro. Kung sa istruktura imposibleng mag-iwan ng sapat na espasyo para sa air zone, mayroong karagdagang cooling system para sa unit.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng asynchronous MPT

Ang three-phase winding sa kasong ito ay konektado sa isang simetriko na network na may tatlong-phase na boltahe, bilang isang resulta kung saan ang isang magnetic field ay nabuo sa air gap. Tungkol sa armature winding, ang mga espesyal na hakbang ay ginawa upang makamit ang isang harmonic spatial distribution ng field para sa damping gap, na bumubuo ng isang sistema ng umiikot na magnetic pole. Ayon sa prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang alternating current machine, ang isang magnetic flux ay nabuo sa bawat poste, na tumatawid sa paikot-ikot na mga circuit, at sa gayon ay pumukaw sa pagbuo ng electromotive.lakas. Ang isang tatlong-phase na kasalukuyang ay sapilitan sa tatlong-phase na paikot-ikot, na nagbibigay ng metalikang kuwintas ng motor. Laban sa background ng pakikipag-ugnayan ng rotor current na may magnetic fluxes, isang electromagnetic force ang nabuo sa mga conductor.

Kung ang rotor, sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na puwersa, ay nakatakda sa paggalaw, ang direksyon nito ay tumutugma sa direksyon ng mga flux ng magnetic field ng AC machine, pagkatapos ay ang rotor ay magsisimulang maabutan ang rate ng pag-ikot ng field. Nangyayari ito kapag ang bilis ng stator ay lumampas sa na-rate na kasabay na dalas. Kasabay nito, ang direksyon ng paggalaw ng mga electromagnetic na pwersa ay mababago. Sa ganitong paraan, nabuo ang isang braking torque na may reverse action. Ang prinsipyong ito ng pagpapatakbo ay nagbibigay-daan sa makina na magamit bilang generator na tumatakbo sa mode ng aktibong power output sa network.

Disenyo at prinsipyo ng pagpapatakbo ng synchronous MPT

Sa mga tuntunin ng disenyo at lokasyon ng stator, ang isang synchronous na makina ay katulad ng isang asynchronous. Ang paikot-ikot ay tinatawag na isang armature at ginagawa na may parehong bilang ng mga pole tulad ng sa nakaraang kaso. Ang rotor ay binibigyan ng isang paikot-ikot na paggulo, ang supply ng enerhiya na ibinibigay ng mga slip ring at brush na konektado sa isang direktang kasalukuyang pinagmumulan. Ang source ay isang low-power generator-exciter na naka-mount sa isang shaft. Sa isang kasabay na AC machine, ang winding ay nagsisilbing generator ng pangunahing magnetic field. Sa panahon ng proseso ng disenyo, nagsusumikap ang mga taga-disenyo na lumikha ng mga kondisyon upang ang pasaklaw na pamamahagi ng larangan ng paggulosa mga ibabaw ng stator ay mas malapit sa sinusoidal hangga't maaari.

Sa tumaas na pagkarga, ang stator winding ay bumubuo ng magnetic field na may pag-ikot sa direksyon ng rotor na may parehong frequency. Kaya, ang isang solong larangan ng pag-ikot ay nabuo, kung saan ang stator field ay makakaapekto sa rotor. Ang aparatong ito ng mga AC machine ay nagpapahintulot sa kanila na magamit bilang mga de-koryenteng motor, kung ang isang tatlong-phase na kasalukuyang ay unang ibinibigay sa kasabay na paikot-ikot. Ang ganitong mga sistema ay lumilikha ng mga kundisyon para sa coordinated na pag-ikot ng rotor na may dalas na tumutugma sa field ng stator.

Salient at non-salient synchronous machine

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga salient pole system ay ang pagkakaroon ng mga nakausling pole sa disenyo, na nakakabit sa mga espesyal na protrusions ng shaft. Sa mga tipikal na mekanismo, ang pag-aayos ay isinasagawa sa tulong ng T-shaped tail fasteners sa rim ng krus o ang baras sa pamamagitan ng bushing. Sa device ng mga low-power AC machine, ang parehong problema ay malulutas sa pamamagitan ng mga bolted na koneksyon. Bilang isang paikot-ikot na materyal, ang strip na tanso ay ginagamit, na kung saan ay sugat sa isang gilid, insulating na may mga espesyal na gaskets. Sa mga lug na may mga pole sa mga grooves, ang mga paikot-ikot na rod para sa pagsisimula ay inilalagay. Sa kasong ito, ginagamit ang isang mataas na resistivity na materyal tulad ng tanso. Ang mga paikot-ikot na contour sa mga dulo ay hinangin sa mga elemento ng short-circuiting, na bumubuo ng mga karaniwang singsing para sa isang maikling circuit. Ang mga salient-pole machine na may potensyal na kapangyarihan na 10-12 kW ay maaaring gawin sa tinatawag na inverted na disenyo, kapag ang armature ay umiikot at ang mga inductor pole ay nananatiling nakatigil.kundisyon.

Sa mga non-salient pole machine, ang disenyo ay batay sa isang cylindrical rotor na gawa sa steel forging. May mga grooves sa rotor upang mabuo ang paggulong ng paggulo, ang mga pole nito ay kinakalkula para sa mataas na bilis. Gayunpaman, ang paggamit ng tulad ng isang paikot-ikot sa mga de-koryenteng makina na may mataas na kapangyarihan alternating kasalukuyang ay imposible dahil sa mataas na antas ng rotor wear sa malupit na mga kondisyon ng operating. Para sa kadahilanang ito, kahit na sa mga pag-install ng medium-power, ang mga high-strength na bahagi na gawa sa solid forgings batay sa chromium-nickel-molybdenum o chromium-nickel steels ay ginagamit para sa mga rotor. Alinsunod sa mga teknikal na kinakailangan para sa lakas, ang maximum na diameter ng gumaganang bahagi ng rotor ng isang non-salient synchronous machine rotor ay hindi maaaring lumampas sa 125 cm. Ang maximum na haba ng rotor ay 8.5 m. Kabilang sa mga non-salient pole unit na ginagamit sa industriya ang iba't ibang turbogenerator. Sa kanilang tulong, lalo na, ikinonekta nila ang mga sandali ng pagpapatakbo ng mga steam turbine sa mga thermal power plant.

Mga tampok ng vertical hydro generators

Isang hiwalay na klase ng mga salient-pole synchronous MPT na binigay ng vertical shaft. Ang ganitong mga pag-install ay konektado sa mga hydraulic turbine at pinili ayon sa kapangyarihan ng mga inihatid na daloy sa mga tuntunin ng dalas ng pag-ikot. Karamihan sa mga AC machine ng ganitong uri ay mababa ang bilis, ngunit sa parehong oras mayroon silaisang malaking bilang ng mga poste. Kabilang sa mga kritikal na gumaganang bahagi ng isang vertical hydro generator, mapapansin ng isa ang isang thrust bearing at isang thrust bearing, na nagdadala ng load mula sa mga umiikot na bahagi ng engine. Ang thrust bearing, sa partikular, ay napapailalim din sa presyon mula sa daloy ng tubig, na kumikilos sa mga blades ng turbine. Bilang karagdagan, mayroong preno upang ihinto ang pag-ikot, at ang mga guide bearings ay naroroon din sa gumaganang istraktura na nakikita ang mga puwersa ng radial.

Sa itaas na bahagi ng makina, kasama ang hydro generator, maaaring maglagay ng mga auxiliary unit - halimbawa, generator exciter at regulator. Sa pamamagitan ng paraan, ang huli ay isang independiyenteng AC machine na may paikot-ikot at mga pole para sa mga permanenteng magnet. Ang setting na ito ay nagbibigay ng kapangyarihan sa motor para sa awtomatikong paggana ng gobernador. Sa malalaking vertical hydro generator, ang exciter ay maaaring mapalitan ng isang kasabay na generator, na, kasama ang mga excitation unit at mercury rectifier, ay nagbibigay ng kapangyarihan sa mga power device na nagsisilbi sa proseso ng pagtatrabaho ng pangunahing hydro generator. Ang vertical shaft machine configuration ay ginagamit din bilang drive mechanism para sa heavy duty hydraulic pump.

Collector MPT

Ang pagkakaroon ng collector unit sa disenyo ng MPT ay kadalasang tinutukoy ng pangangailangang gampanan ang function ng pag-convert ng rotational speed sa electrical connection ng different-frequency circuits sa rotor at stator windings. Ang solusyon na ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang bigyan ang aparato ng karagdagangmga katangian ng pagpapatakbo, kabilang ang awtomatikong regulasyon ng mga parameter ng pagpapatakbo. Ang mga AC collector machine na nakakonekta sa mga three-phase network ay tumatanggap ng tatlong brush finger sa bawat segment ng double pole division. Ang mga brush ay konektado sa bawat isa sa isang parallel circuit na may mga jumper. Sa ganitong kahulugan, ang mga kolektor ng MPT ay katulad ng mga DC motor, ngunit naiiba sa kanila sa bilang ng mga brush na ginamit sa mga pole. Bilang karagdagan, ang stator sa system na ito ay maaaring magkaroon ng ilang karagdagang windings.

Ang closed armature winding kapag gumagamit ng collector na may three-phase brush ay magiging three-phase complex winding na may delta connection. Sa panahon ng pag-ikot ng armature, ang bawat yugto ng paikot-ikot ay nagpapanatili ng hindi nagbabagong posisyon, gayunpaman, ang mga seksyon ay halili na pumasa mula sa isang yugto patungo sa isa pa. Kung ang isang anim na yugto na hanay ng mga brush na may shift na 60 ° na may kaugnayan sa bawat isa ay ginagamit sa isang AC commutator machine, pagkatapos ay isang anim na yugto na paikot-ikot ay nabuo na may koneksyon sa polygon. Sa mga brush ng isang multi-phase na makina na may pangkat ng kolektor, ang kasalukuyang dalas ay tinutukoy ng pag-ikot ng magnetic flux na may kaugnayan sa mga nakapirming brush. Ang direksyon ng pag-ikot ng rotor ay maaaring counter o tugma.

Paggamit ng MAT

Ngayon, ang mga MPT ay ginagamit saanman kung saan, sa isang anyo o iba pa, ang pagbuo ng mekanikal o elektrikal na enerhiya ay kinakailangan. Ang mga malalaking produktibong yunit ay ginagamit sa pagpapanatili ng mga sistema ng engineering, mga istasyon ng kuryente at mga yunit ng pag-angat at transportasyon, at ang mga yunit na may mababang kapangyarihan ay ginagamit sa ordinaryong sambahayan.kagamitan mula sa mga bentilador hanggang sa mga bomba. Ngunit sa parehong mga kaso, ang layunin ng AC machine ay nabawasan sa pagbuo ng potensyal na enerhiya sa sapat na dami. Ang isa pang bagay ay ang mga pagkakaiba sa istruktura, ang pagpapatupad ng panloob na pagsasaayos ng stator at rotor, gayundin ang imprastraktura ng kontrol ay napakahalaga.

Bagaman ang pangkalahatang MPT device ay nagpapanatili ng parehong hanay ng mga functional na bahagi sa loob ng mahabang panahon, ang dumaraming mga kinakailangan para sa pagpapatakbo ng naturang mga system ay pumipilit sa mga developer na magpakilala ng mga karagdagang kontrol at kontrol. Sa kasalukuyang yugto ng teknolohikal na pag-unlad, lalo na sa konteksto ng paggamit ng mga makina ng AC sa sektor ng industriya, mahirap isipin ang pagpapatakbo ng naturang mga motor at generator nang walang mataas na katumpakan na paraan para sa pag-regulate ng mga parameter ng operating. Para dito, ginagamit ang iba't ibang paraan ng kontrol - pulso, dalas, rheostat, atbp. Ang pagpapakilala ng automation sa imprastraktura ng regulasyon ay isa ring katangian ng modernong operasyon ng MPT. Ang control electronics ay konektado sa power plant sa isang banda, at sa kabilang banda - sa mga software controllers, na, ayon sa isang ibinigay na algorithm, ay nagbibigay ng mga utos upang magtakda ng mga partikular na parameter ng mekanismo.

Konklusyon

Ang mga power generator at electric motor ay isang kailangang-kailangan na bahagi ng kuryente sa industriya ngayon. Dahil sa kanilang pag-andar, gumagana ang mga kagamitan sa makina, transportasyon, mga instalasyon ng komunikasyon at iba pang mga de-koryenteng yunit at device na nangangailangan ng supply ng kuryente. SaSa kasong ito, mayroong isang malaking hanay ng mga uri at subspecies ng AC at DC na mga de-koryenteng makina, ang mga tampok at katangian na sa huli ay tumutukoy sa angkop na lugar para sa kanilang operasyon. Ang mga teknikal at operational na tampok ng MPT ay kinabibilangan ng isang mas simpleng structural device at medyo mababa ang mga kinakailangan sa pagpapanatili. Sa kabilang banda, nagiging mas kaakit-akit na solusyon ang mga DC machine sa mga problema sa supply ng kuryente sa mga kumplikadong kritikal na sistema ng kuryente. Ang domestic production segment ng power industrial equipment ay may malawak na karanasan sa disenyo at produksyon ng parehong uri ng mga de-koryenteng makina. Ang mga malalaking negosyo ay lalong tumutuon sa pagbuo ng mga indibidwal na solusyon na may mga tampok na istruktura at pagpapatakbo. Ang mga paglihis mula sa mga karaniwang disenyo ay kadalasang nauugnay sa pangangailangang ikonekta ang mga pantulong na functional unit at kagamitan tulad ng mga sistema ng paglamig, kagamitang proteksiyon laban sa sobrang init at mga pagbabago sa mains, karagdagang at backup na kapangyarihan. Bilang karagdagan, ang panlabas na kapaligiran sa pagpapatakbo ay may malaking impluwensya sa ilan sa mga katangian ng istruktura ng mga de-koryenteng makina, na isinasaalang-alang din sa mga yugto ng pagdidisenyo at paglikha ng kagamitan.