AC-machines: apparaat, werkingsprincipe, toepassing

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Elektrische machines vervullen de cruciale functie van energieconversie in werkmechanismen en opwekkingsstations. Dergelijke apparaten vinden hun plaats in verschillende gebieden en voorzien de uitvoerende instanties van voldoende stroompotentieel. Een van de meest populaire systemen van dit type zijn AC-machines (ACM's), die binnen hun klasse verschillende varianten en verschillen hebben.

Algemene informatie over MAT

Het segment van MPT- of elektromechanische omvormers kan voorwaardelijk worden onderverdeeld in enkelfasige en driefasige systemen. Ook worden op het basisniveau asynchrone, synchrone en collectorapparaten onderscheiden, terwijl het algemene werkingsprincipe en ontwerpontwerp veel gemeen hebben. Deze classificatie van AC-machines is voorwaardelijk, aangezien moderne elektromechanische conversiestations gedeeltelijk de workflows van elke groep apparaten omvatten.

In de regel is de MPT gebaseerd op een stator en een rotor, waartussen een luchtspleet is aangebracht. Nogmaals, ongeacht het type machine, de werkcyclus is gebaseerd op de rotatie van het magnetische veld. Maar als in een synchrone installatie de beweging van de rotor overeenkomt met de richting van het krachtveld, dan kan de rotor in een asynchrone machine in een andere richting en met verschillende frequenties bewegen. Dit verschil bepa alt ook de kenmerken van het gebruik van machines. Dus als synchroon zowel als generator als als elektromechanische motor kan werken, dan worden asynchrone voornamelijk als motor gebruikt.

Wat het aantal fasen betreft, worden enkelfasige en meerfasige systemen onderscheiden. Bovendien verdienen vertegenwoordigers van de tweede categorie vanuit het oogpunt van praktisch gebruik aandacht. Dit zijn voor het grootste deel driefasige wisselstroommachines, waarbij het magnetische veld slechts de functie van energiedrager vervult. Aan de andere kant verdwijnen eenfasige apparaten, vanwege operationele onpraktischheid en grote afmetingen, geleidelijk uit de praktijk, hoewel in sommige gebieden de beslissende factor bij hun keuze de lage kosten zijn.

Verschillen met DC-machines

Het fundamentele structurele verschil ligt in de locatie van de wikkeling. In AC-systemen bedekt het de stator en in DC-machines de rotor. In beide groepen verschillen elektromotoren in het type stroomopwekking - gemengd, parallel en serie. Tegenwoordig worden AC- en DC-machines gebruikt in de industrie, de landbouw en de huishoudelijke sector, maar de eersteoptie is aantrekkelijker in termen van prestaties. Dynamo's en AC-motoren profiteren van een verbeterd ontwerp, betrouwbaarheid en hoge energie-efficiëntie.

Het gebruik van gelijkstroomapparaten is wijdverbreid in gebieden waar de vereisten voor de nauwkeurigheid van de regeling van bedrijfsparameters naar voren komen. Dit kunnen transporttractiemechanismen, werktuigmachines en complexe meetinstrumenten zijn. In termen van prestaties hebben DC- en AC-machines een hoog rendement, maar met verschillende mogelijkheden van technische en structurele aanpassing aan specifieke toepassingsomstandigheden. DC-werking geeft meer opties voor snelheidsregeling, wat belangrijk is bij onderhoud aan servo- en stappenmotoren.

Asynchrone MPT-apparaat

Voor de technische basis van dit apparaat in de vorm van een rotor en een stator wordt plaatstaal gebruikt, dat voor montage aan beide zijden is gecoat met een isolerende olie-harslaag. Bij machines met een laag vermogen kan de kern worden gemaakt van elektrisch staal zonder extra coating, omdat in dit geval de natuurlijke oxidelaag op het metalen oppervlak als een isolator werkt. De stator zit vast in de behuizing en de rotor op de as. Bij asynchrone AC-machines met hoog vermogen kan de rotorkern ook op de behuizingsrand worden gemonteerd met een huls op de as. De as zelf moet draaien op de lagerschilden, die ook aan de onderkant van de behuizing zijn bevestigd.

De buitenoppervlakken van de rotor en de binnenoppervlakken van de stator zijn aanvankelijk voorzien van groeven om de wikkelgeleiders op te nemen. In de stator van AC-machines is de wikkeling vaak driefasig en aangesloten op het juiste netwerk van 380 V. Het wordt ook primair genoemd. De rotorwikkeling wordt op dezelfde manier uitgevoerd, waarvan de uiteinden meestal een verbinding vormen in een sterconfiguratie. Er zijn ook sleepringen voorzien, waardoor een regelweerstand of een driefasig startelement kan worden aangesloten.

Het is ook belangrijk om rekening te houden met de parameters van de luchtspleet, die fungeert als een demperzone die geluid, trillingen en hitte vermindert tijdens het gebruik van het apparaat. Hoe groter de machine, hoe groter de opening zou moeten zijn. De waarde kan variëren van één tot enkele millimeters. Als het structureel onmogelijk is om voldoende ruimte voor de luchtzone over te laten, dan wordt een extra koelsysteem voor de unit voorzien.

Het werkingsprincipe van asynchrone MPT

De driefasige wikkeling is in dit geval aangesloten op een symmetrisch netwerk met een driefasige spanning, waardoor in de luchtspleet een magnetisch veld wordt gevormd. Met betrekking tot de ankerwikkeling zijn speciale maatregelen genomen om een harmonische ruimtelijke verdeling van het veld voor de dempingsspleet te bereiken, die een systeem van roterende magnetische polen vormt. Volgens het werkingsprincipe van een wisselstroommachine wordt aan elke pool een magnetische flux gevormd, die de wikkelcircuits kruist, waardoor het genereren van elektromotorischekracht. In de draaistroomwikkeling wordt een driefasenstroom geïnduceerd, die het motorkoppel levert. Tegen de achtergrond van de interactie van de rotorstroom met magnetische fluxen, wordt een elektromagnetische kracht gevormd op de geleiders.

Als de rotor, onder invloed van een externe kracht, in beweging wordt gebracht, waarvan de richting overeenkomt met de richting van de fluxen van het magnetische veld van de AC-machine, dan begint de rotor de rotatiesnelheid van het veld. Dit gebeurt wanneer de statorsnelheid de nominale synchrone frequentie overschrijdt. Tegelijkertijd zal de bewegingsrichting van elektromagnetische krachten worden veranderd. Op deze manier wordt een remkoppel met een omgekeerde werking gevormd. Door dit werkingsprincipe kan de machine worden gebruikt als een generator die werkt in de modus van actief vermogen dat naar het netwerk wordt gestuurd.

Ontwerp en werkingsprincipe van synchrone MPT

Qua ontwerp en locatie van de stator is een synchrone machine vergelijkbaar met een asynchrone. De wikkeling wordt een anker genoemd en wordt uitgevoerd met hetzelfde aantal polen als in het vorige geval. De rotor is voorzien van een bekrachtigingswikkeling, waarvan de energievoorziening wordt verzorgd door sleepringen en borstels die zijn aangesloten op een gelijkstroombron. Een bron is een generator-opwekker met laag vermogen die op een enkele as is gemonteerd. In een synchrone AC-machine werkt de wikkeling als een generator van het primaire magnetische veld. Tijdens het ontwerpproces streven ontwerpers ernaar om voorwaarden te creëren zodat de inductieve verdeling van het excitatieveldop de oppervlakken van de stator was zo dicht mogelijk bij sinusoïdaal mogelijk.

Bij verhoogde belasting genereert de statorwikkeling een magnetisch veld met rotatie in de richting van de rotor met dezelfde frequentie. Zo wordt een enkel rotatieveld gevormd, waarin het statorveld de rotor zal beïnvloeden. Met dit apparaat van wisselstroommachines kunnen ze worden gebruikt als elektromotoren, als aanvankelijk een driefasige stroom wordt geleverd aan de synchrone wikkeling. Dergelijke systemen creëren voorwaarden voor de gecoördineerde rotatie van de rotor met een frequentie die overeenkomt met het statorveld.

Saliente en niet-salient synchrone machines

Het belangrijkste verschil tussen opvallende paalsystemen is de aanwezigheid van uitstekende palen in het ontwerp, die zijn bevestigd aan speciale uitsteeksels van de schacht. In typische mechanismen wordt de bevestiging uitgevoerd met behulp van T-vormige staartbevestigingen aan de rand van het kruis of de schacht door de bus. In het apparaat van AC-machines met laag vermogen kan hetzelfde probleem worden opgelost door boutverbindingen. Als wikkelmateriaal wordt stripkoper gebruikt, dat op een rand is gewikkeld, isolerend met speciale pakkingen. In nokken met palen in de groeven worden de opwindstaven voor het starten geplaatst. In dit geval wordt een materiaal met een hoge weerstand zoals messing gebruikt. De wikkelcontouren aan de uiteinden zijn aan de kortsluitelementen gelast en vormen gemeenschappelijke ringen voor een kortsluiting. Salient-pole-machines met een vermogenspotentieel van 10-12 kW kunnen worden uitgevoerd in het zogenaamde inverted-ontwerp, wanneer het anker roteert en de inductorpolen stationair blijvenstaat.

In niet-uitspringende poolmachines is het ontwerp gebaseerd op een cilindrische rotor gemaakt van staalsmeedwerk. Er zijn groeven in de rotor om de excitatiewikkeling te vormen, waarvan de polen zijn berekend voor hoge snelheden. Het gebruik van een dergelijke wikkeling in elektrische machines met wisselstroom met hoog vermogen is echter onmogelijk vanwege de hoge mate van rotorslijtage onder zware bedrijfsomstandigheden. Om deze reden worden zelfs in installaties met gemiddeld vermogen zeer sterke componenten van massief smeedwerk op basis van chroom-nikkel-molybdeen of chroom-nikkelstaal gebruikt voor rotoren. In overeenstemming met de technische vereisten voor sterkte, mag de maximale diameter van het werkende deel van de rotor van een niet-uitspringende synchrone machinerotor niet groter zijn dan 125 cm elementen. De maximale lengte van de rotor is 8,5 m. Niet-uitspringende poolunits die in de industrie worden gebruikt, zijn onder meer verschillende turbogeneratoren. Met hun hulp verbinden ze vooral de bedrijfsmomenten van stoomturbines met thermische centrales.

Kenmerken van verticale hydrogeneratoren

Een aparte klasse uitspringende synchrone MPT's voorzien van een verticale as. Dergelijke installaties zijn verbonden met hydraulische turbines en worden geselecteerd op basis van het vermogen van de bediende stromen in termen van rotatiefrequentie. De meeste AC-machines van dit type hebben een lage snelheid, maar hebben tegelijkertijd:een groot aantal palen. Onder de kritische werkende componenten van een verticale hydrogenerator, kan men een druklager en een druklager opmerken, die de belasting van de roterende delen van de motor draagt. Met name het druklager wordt ook onderworpen aan druk van de waterstroom, die op de turbinebladen inwerkt. Bovendien is er een rem voorzien om de rotatie te stoppen, en er zijn ook geleidelagers aanwezig in de werkstructuur die radiale krachten waarnemen.

In het bovenste deel van de machine kunnen, samen met de hydrogenerator, hulpeenheden worden geplaatst, bijvoorbeeld een generatoropwekker en een regelaar. Trouwens, de laatste is een onafhankelijke AC-machine met een wikkeling en polen voor permanente magneten. Deze instelling levert stroom aan de motor voor de automatische regelaarfunctie. In grote verticale hydrogeneratoren kan de bekrachtiger worden vervangen door een synchrone generator, die, samen met de bekrachtigingseenheden en kwikgelijkrichters, stroom levert aan de stroomapparaten die het werkproces van de hoofdwaterkrachtgenerator bedienen. De machineconfiguratie met verticale as wordt ook gebruikt als aandrijfmechanisme voor zware hydraulische pompen.

Collector MPT

De aanwezigheid van een collectoreenheid in het ontwerp van de MPT wordt vaak bepaald door de noodzaak om de rotatiesnelheid om te zetten in de elektrische aansluiting van circuits met verschillende frequenties op de rotor- en statorwikkelingen. Met deze oplossing kunt u het apparaat uitrusten met extraoperationele eigenschappen, inclusief automatische regeling van bedrijfsparameters. AC-collectormachines die zijn aangesloten op driefasige netwerken krijgen drie borstelvingers in elk segment van de dubbelpolige verdeling. De borstels zijn met jumpers in een parallelschakeling met elkaar verbonden. In die zin zijn collector-MPT's vergelijkbaar met DC-motoren, maar verschillen van hen in het aantal borstels dat op de polen wordt gebruikt. Bovendien kan de stator in dit systeem meerdere extra wikkelingen hebben.

De gesloten ankerwikkeling bij gebruik van een collector met driefasige borstels is een driefasige complexe wikkeling met een delta-aansluiting. Tijdens de rotatie van het anker behoudt elke fase van de wikkeling een ongewijzigde positie, maar de secties gaan afwisselend van de ene fase naar de andere. Als een zesfasige set borstels met een verschuiving van 60 ° ten opzichte van elkaar wordt gebruikt in een AC-commutatormachine, wordt een zesfasige wikkeling gevormd met een polygoonverbinding. Op de borstels van een meerfasige machine met een collectorgroep wordt de stroomfrequentie bepaald door de rotatie van de magnetische flux ten opzichte van de vaste borstels. De draairichting van de rotor kan tegengesteld of aangepast zijn.

Gebruik van MAT

Tegenwoordig worden MPT's overal gebruikt waar, in een of andere vorm, de opwekking van mechanische of elektrische energie vereist is. Grote productieve eenheden worden gebruikt bij het onderhoud van technische systemen, krachtcentrales en hef- en transporteenheden, en eenheden met een laag vermogen worden gebruikt in gewoon huishoudenapparatuur van ventilatoren tot pompen. Maar in beide gevallen is het doel van AC-machines beperkt tot de ontwikkeling van energiepotentieel in voldoende volume. Een ander ding is dat structurele verschillen, de implementatie van de interne configuratie van de stator en rotor, evenals de regelinfrastructuur van fundamenteel belang zijn.

Hoewel het algemene MPT-apparaat gedurende lange tijd dezelfde set functionele componenten behoudt, dwingen de toenemende vereisten voor de werking van dergelijke systemen ontwikkelaars om aanvullende controles en controles te introduceren. In het huidige stadium van technologische ontwikkeling, vooral in de context van het gebruik van AC-machines in de industriële sector, is het moeilijk om de werking van dergelijke motoren en generatoren voor te stellen zonder zeer nauwkeurige middelen voor het regelen van bedrijfsparameters. Hiervoor worden verschillende besturingsmethoden gebruikt - puls, frequentie, reostaat, enz. De introductie van automatisering in de regelgevende infrastructuur is ook een kenmerkend kenmerk van de moderne MPT-operatie. De besturingselektronica is enerzijds verbonden met de energiecentrale en anderzijds met de softwarecontrollers, die volgens een bepaald algoritme opdrachten geven om specifieke parameters van het mechanisme in te stellen.

Conclusie

Stroomgeneratoren en elektromotoren zijn een onmisbare krachtcomponent in de hedendaagse industrie. Door hun functie werken werktuigmachines, transport-, communicatie-installaties en andere elektrische eenheden en apparaten die voeding nodig hebben. BijIn dit geval is er een enorm scala aan typen en ondersoorten van elektrische AC- en DC-machines, waarvan de kenmerken en kenmerken uiteindelijk de niche voor hun werking bepalen. De technische en operationele kenmerken van de MPT omvatten een eenvoudiger structureel apparaat en relatief lage onderhoudsvereisten. Aan de andere kant blijken DC-machines een aantrekkelijkere oplossing te zijn voor voedingsproblemen in complexe kritieke voedingssystemen. Het binnenlandse productiesegment van elektrische industriële apparatuur heeft uitgebreide ervaring in het ontwerp en de productie van beide soorten elektrische machines. Grote ondernemingen richten zich steeds meer op de ontwikkeling van individuele oplossingen met structurele en operationele kenmerken. Afwijkingen van standaardontwerpen worden vaak geassocieerd met de noodzaak om aanvullende functionele eenheden en apparatuur zoals koelsystemen, beveiligingsapparatuur tegen oververhitting en netfluctuaties, extra en back-upvoeding aan te sluiten. Bovendien heeft de externe bedrijfsomgeving een aanzienlijke invloed op enkele van de structurele eigenschappen van elektrische machines, waarmee ook rekening wordt gehouden bij het ontwerpen en maken van apparatuur.