Maiņstrāvas iekārtas: ierīce, darbības princips, pielietojums

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Elektriskās mašīnas veic kritisko enerģijas pārveidošanas funkciju darba mehānismos un ģenerēšanas stacijās. Šādas ierīces atrod savu vietu dažādās jomās, nodrošinot izpildinstitūcijas ar pietiekamu jaudas potenciālu. Viena no populārākajām šāda veida sistēmām ir maiņstrāvas iekārtas (ACM), kurām ir vairākas šķirnes un atšķirības savā klasē.

Vispārīga informācija par MAT

MPT jeb elektromehānisko pārveidotāju segmentu nosacīti var iedalīt vienfāzes un trīsfāžu sistēmās. Arī pamatlīmenī tiek izdalītas asinhronās, sinhronās un kolektoru ierīces, savukārt vispārīgajam darbības principam un dizaina dizainam ir daudz kopīga. Šī maiņstrāvas iekārtu klasifikācija ir nosacīta, jo mūsdienu elektromehāniskās pārveidošanas stacijas daļēji ietver darbplūsmas no katras ierīču grupas.

Parasti MPT pamatā ir stators un rotors, starp kuriem ir paredzēta gaisa sprauga. Atkal, neatkarīgi no mašīnas veida, darba cikla pamatā ir magnētiskā lauka rotācija. Bet, ja sinhronā instalācijā rotora kustība atbilst spēka lauka virzienam, tad asinhronajā mašīnā rotors var kustēties citā virzienā un ar dažādām frekvencēm. Šī atšķirība nosaka arī mašīnu lietošanas īpatnības. Tātad, ja sinhronais var darboties gan kā ģenerators, gan kā elektromehānisks motors, tad asinhronie galvenokārt tiek izmantoti kā motori.

Attiecībā uz fāžu skaitu izšķir vienfāzes un daudzfāžu sistēmas. Turklāt no praktiskās izmantošanas viedokļa otrās kategorijas pārstāvji ir pelnījuši uzmanību. Tās lielākoties ir trīsfāzu maiņstrāvas iekārtas, kurās magnētiskais lauks pilda tikai enerģijas nesēja funkciju. Savukārt vienfāzes ierīces ekspluatācijas nepraktiskuma un lielo izmēru dēļ pamazām izzūd no pielietošanas prakses, lai gan dažās jomās izšķirošais faktors to izvēlē ir zemās izmaksas.

Atšķirības no līdzstrāvas iekārtām

Būtiskā strukturālā atšķirība slēpjas tinuma atrašanās vietā. Maiņstrāvas sistēmās tas aptver statoru, bet līdzstrāvas iekārtās - rotoru. Abās grupās elektromotori atšķiras pēc strāvas ierosmes veida - jauktas, paralēlas un virknes. Mūsdienās maiņstrāvas un līdzstrāvas iekārtas tiek izmantotas rūpniecībā, lauksaimniecībā un sadzīves sektorā, bet pirmaisopcija ir pievilcīgāka veiktspējas ziņā. Ģeneratori un maiņstrāvas motori gūst labumu no uzlabota dizaina, uzticamības un augstas energoefektivitātes.

Līdzstrāvas ierīču izmantošana ir plaši izplatīta jomās, kur priekšplānā izvirzās prasības darba parametru regulēšanas precizitātei. Tie var būt transporta vilces mehānismi, darbgaldi un sarežģīti mērinstrumenti. Darbības ziņā līdzstrāvas un maiņstrāvas iekārtām ir augsta efektivitāte, bet ar dažādām tehniskās un strukturālās pielāgošanas iespējām konkrētiem pielietojuma apstākļiem. Līdzstrāvas darbība sniedz vairāk iespēju ātruma regulēšanai, kas ir svarīgi, apkalpojot servo un pakāpju motorus.

Asinhronā MPT ierīce

Šīs ierīces tehniskajai bāzei rotora un statora veidā tiek izmantots lokšņu tērauds, kas pirms montāžas abās pusēs ir pārklāts ar izolācijas eļļas-kolofonija slāni. Mazjaudas mašīnās serdi var izgatavot no elektrotērauda bez papildu pārklājuma, jo šajā gadījumā dabiskais oksīda slānis uz metāla virsmas darbojas kā izolators. Stators ir fiksēts korpusā, bet rotors - uz vārpstas. Asinhronās lieljaudas maiņstrāvas mašīnās rotora serdi var uzstādīt arī uz korpusa loka ar uzmavu, kas uzstādīta uz vārpstas. Pašai vārpstai ir jāgriežas uz gultņu vairogiem, kas arī ir piestiprināti pie korpusa pamatnes.

Rotora ārējās virsmas un statora iekšējās virsmas sākotnēji ir aprīkotas ar rievām, lai pielāgotos tinumu vadītājiem. Maiņstrāvas mašīnu statorā tinums bieži ir trīsfāzu un savienots ar atbilstošu tīklu 380 V. To sauc arī par primāro. Līdzīgi tiek veikts arī rotora tinums, kura gali parasti veido savienojumu zvaigznes konfigurācijā. Tiek nodrošināti arī slīdgredzeni, caur kuriem var papildus pieslēgt reostatu regulēšanai vai trīsfāzu palaišanas elementu.

Svarīgi ir arī atzīmēt gaisa spraugas parametrus, kas darbojas kā slāpētāja zona, kas samazina troksni, vibrāciju un siltumu ierīces darbības laikā. Jo lielāka mašīna, jo lielākai jābūt atstarpei. Tās vērtība var svārstīties no viena līdz vairākiem milimetriem. Ja strukturāli nav iespējams atstāt pietiekami daudz vietas gaisa zonai, tad iekārtai tiek nodrošināta papildu dzesēšanas sistēma.

Asinhronās MPT darbības princips

Trīsfāzu tinums šajā gadījumā ir savienots ar simetrisku tīklu ar trīsfāžu spriegumu, kā rezultātā gaisa spraugā veidojas magnētiskais lauks. Attiecībā uz armatūras tinumu tiek veikti īpaši pasākumi, lai panāktu harmonisku lauka telpisko sadalījumu slāpēšanas spraugai, kas veido rotējošu magnētisko polu sistēmu. Saskaņā ar maiņstrāvas mašīnas darbības principu katrā polā veidojas magnētiskā plūsma, kas šķērso tinumu ķēdes, tādējādi izraisot elektromotora veidošanos.spēks. Trīsfāzu tinumā tiek inducēta trīsfāzu strāva, kas nodrošina motora griezes momentu. Uz rotora strāvas mijiedarbības ar magnētiskajām plūsmām fona uz vadītājiem veidojas elektromagnētiskais spēks.

Ja ārēja spēka iedarbībā tiek iedarbināts rotors, kura virziens atbilst maiņstrāvas iekārtas magnētiskā lauka plūsmu virzienam, tad rotors sāks apsteigt lauka rotācijas ātrums. Tas notiek, ja statora ātrums pārsniedz nominālo sinhrono frekvenci. Tajā pašā laikā tiks mainīts elektromagnētisko spēku kustības virziens. Tādā veidā veidojas bremzēšanas moments ar pretēju darbību. Šis darbības princips ļauj iekārtu izmantot kā ģeneratoru, kas darbojas aktīvās jaudas izvadīšanas režīmā tīklā.

Sinhronā MPT dizains un darbības princips

Statora konstrukcijas un novietojuma ziņā sinhronā iekārta ir līdzīga asinhronai iekārtai. Tinumu sauc par armatūru, un to veic ar tādu pašu stabu skaitu kā iepriekšējā gadījumā. Rotors ir nodrošināts ar ierosmes tinumu, kura enerģijas padevi nodrošina slīdgredzeni un birstes, kas savienotas ar līdzstrāvas avotu. Avots ir mazjaudas ģenerators-ierosinātājs, kas uzstādīts uz vienas vārpstas. Sinhronā maiņstrāvas mašīnā tinums darbojas kā primārā magnētiskā lauka ģenerators. Projektēšanas procesā dizaineri cenšas radīt apstākļus, lai ierosmes lauks būtu induktīvsuz statora virsmām bija pēc iespējas tuvāk sinusoidālai.

Pie palielinātām slodzēm statora tinums ģenerē magnētisko lauku ar rotāciju rotora virzienā ar tādu pašu frekvenci. Tādējādi veidojas vienots rotācijas lauks, kurā statora lauks ietekmēs rotoru. Šī maiņstrāvas iekārtu iekārta ļauj tos izmantot kā elektromotorus, ja sinhronajam tinumam sākotnēji tiek pievadīta trīsfāzu strāva. Šādas sistēmas rada apstākļus koordinētai rotora rotācijai ar frekvenci, kas atbilst statora laukam.

Izcilas un nenozīmīgas sinhronās mašīnas

Galvenā atšķirība starp izcilu stabu sistēmām ir konstrukcijā izvirzītu stabu klātbūtne, kas ir piestiprināti pie īpašiem vārpstas izvirzījumiem. Tipiskos mehānismos fiksācija tiek veikta ar T-veida astes stiprinājumu palīdzību pie krusta malas vai vārpstas caur buksi. Mazjaudas maiņstrāvas iekārtu ierīcē to pašu problēmu var atrisināt ar skrūvju savienojumiem. Kā tinumu materiāls tiek izmantots sloksnes varš, kas uztīts uz malas, izolējot ar speciālām blīvēm. Izciļņos ar stabiem rievās ievieto tinumu stieņus palaišanai. Šajā gadījumā tiek izmantots materiāls ar augstu pretestību, piemēram, misiņš. Tinumu kontūras galos tiek piemetinātas pie īssavienojuma elementiem, veidojot kopīgus gredzenus īssavienojumam. Izbīdāmās polu mašīnas ar jaudas potenciālu 10-12 kW var veikt tā sauktajā apgrieztajā konstrukcijā, kad armatūra griežas un induktora stabi paliek nekustīgi.stāvoklis.

Mašīnās, kas nav stingras, konstrukcijas pamatā ir cilindrisks rotors, kas izgatavots no tērauda kaluma. Rotorā ir rievas ierosmes tinuma veidošanai, kuru stabi ir aprēķināti lieliem ātrumiem. Tomēr šāda tinuma izmantošana elektriskās mašīnās ar lielas jaudas maiņstrāvu nav iespējama augstā rotora nodiluma pakāpes dēļ skarbos ekspluatācijas apstākļos. Šī iemesla dēļ pat vidējas jaudas iekārtās rotoriem tiek izmantotas augstas stiprības detaļas, kas izgatavotas no cietiem kalumiem, kuru pamatā ir hroma-niķeļa-molibdēna vai hroma-niķeļa tērauds. Atbilstoši stiprības tehniskajām prasībām neizvirzītas sinhronās mašīnas rotora rotora darba daļas maksimālais diametrs nedrīkst pārsniegt 125 cm.elementus. Rotora maksimālais garums ir 8,5 m. Rūpniecībā izmantotie stabu bloki ietver dažādus turboģeneratorus. Ar to palīdzību, jo īpaši, tie savieno tvaika turbīnu darbības momentus ar termoelektrostacijām.

Vertikālo hidroģeneratoru funkcijas

Atsevišķa izcilā pola sinhrono MPT klase, kas aprīkota ar vertikālu vārpstu. Šādas iekārtas ir savienotas ar hidrauliskajām turbīnām un tiek izvēlētas atbilstoši apkalpoto plūsmu jaudai rotācijas frekvences izteiksmē. Lielākajai daļai šāda veida maiņstrāvas iekārtu ir maza ātruma, bet tajā pašā laikā tās irliels skaits stabu. Starp vertikālā hidroģeneratora kritiskajām darba sastāvdaļām var atzīmēt vilces gultni un vilces gultni, kas nes slodzi no dzinēja rotējošajām daļām. Jo īpaši vilces gultnis ir pakļauts spiedienam no ūdens plūsmas, kas iedarbojas uz turbīnas lāpstiņām. Turklāt ir nodrošināta bremze, lai apturētu rotāciju, un darba konstrukcijā ir arī vadošie gultņi, kas uztver radiālos spēkus.

Mašīnas augšējā daļā kopā ar hidroģeneratoru var novietot palīgierīces - piemēram, ģeneratora ierosinātāju un regulatoru. Starp citu, pēdējā ir neatkarīga maiņstrāvas iekārta ar tinumu un poliem pastāvīgajiem magnētiem. Šis iestatījums nodrošina motora jaudu automātiskās regulatora funkcijai. Lielajos vertikālajos hidroģeneratoros ierosinātāju var aizstāt ar sinhrono ģeneratoru, kas kopā ar ierosmes blokiem un dzīvsudraba taisngriežiem nodrošina elektroenerģiju galvenā hidroģeneratora darba procesu apkalpojošajām barošanas ierīcēm. Vertikālās vārpstas mašīnas konfigurācija tiek izmantota arī kā piedziņas mehānisms lieljaudas hidrauliskajiem sūkņiem.

Kolekcionārs MPT

Kolektora bloka klātbūtni MPT konstrukcijā bieži nosaka nepieciešamība veikt rotācijas ātruma pārveidošanas funkciju dažādu frekvenču ķēžu elektriskajā savienojumā uz rotora un statora tinumiem. Šis risinājums ļauj aprīkot ierīci ar papilduekspluatācijas īpašības, tostarp automātiska darbības parametru regulēšana. Maiņstrāvas kolektoru iekārtas, kas ir savienotas ar trīsfāzu tīkliem, saņem trīs birstes pirkstus katrā divpolu sadalījuma segmentā. Birstes ir savienotas viena ar otru paralēlā ķēdē ar džemperiem. Šajā ziņā kolektoru MPT ir līdzīgi līdzstrāvas motoriem, taču atšķiras no tiem ar uz stabiem izmantoto suku skaitu. Turklāt šīs sistēmas statoram var būt vairāki papildu tinumi.

Slēgtais armatūras tinums, izmantojot kolektoru ar trīsfāzu sukām, būs trīsfāzu kompleksais tinums ar trīsstūra savienojumu. Armatūras rotācijas laikā katra tinuma fāze saglabā nemainīgu stāvokli, tomēr sekcijas pārmaiņus pāriet no vienas fāzes uz otru. Ja maiņstrāvas komutatora mašīnā tiek izmantots sešfāžu suku komplekts ar nobīdi 60 ° viena pret otru, tad ar daudzstūra savienojumu tiek izveidots sešfāzu tinums. Uz daudzfāzu mašīnas sukām ar kolektoru grupu strāvas frekvenci nosaka magnētiskās plūsmas rotācija attiecībā pret fiksētajām sukām. Rotora griešanās virziens var būt pretējs vai saskaņots.

MAT izmantošana

Mūsdienās MPT izmanto visur, kur vienā vai otrā veidā ir nepieciešama mehāniskās vai elektriskās enerģijas ražošana. Inženiersistēmu, spēkstaciju un celšanas un transporta agregātu apkopē tiek izmantotas lielas ražošanas vienības, bet parastā mājsaimniecībā tiek izmantotas mazjaudas vienības.iekārtas no ventilatoriem līdz sūkņiem. Bet abos gadījumos maiņstrāvas mašīnu mērķis ir samazināts līdz enerģijas potenciāla attīstībai pietiekamā apjomā. Cita lieta, ka būtiska nozīme ir strukturālajām atšķirībām, statora un rotora iekšējās konfigurācijas ieviešanai, kā arī vadības infrastruktūrai.

Lai gan vispārējā MPT ierīce ilgu laiku saglabā vienu un to pašu funkcionālo komponentu komplektu, pieaugošās prasības šādu sistēmu darbībai liek izstrādātājiem ieviest papildu vadīklas un vadīklas. Pašreizējā tehnoloģiju attīstības stadijā, īpaši saistībā ar maiņstrāvas iekārtu izmantošanu rūpniecības sektorā, ir grūti iedomāties šādu motoru un ģeneratoru darbību bez augstas precizitātes līdzekļiem darbības parametru regulēšanai. Šim nolūkam tiek izmantotas dažādas kontroles metodes - impulss, frekvence, reostats utt. Mūsdienu MPT darbības raksturīga iezīme ir arī automatizācijas ieviešana regulēšanas infrastruktūrā. Vadības elektronika ir savienota ar elektrostaciju no vienas puses, bet no otras - ar programmatūras kontrolieriem, kas pēc dotā algoritma dod komandas, lai iestatītu konkrētus mehānisma parametrus.

Secinājums

Strāvas ģeneratori un elektromotori ir neaizstājams enerģijas komponents mūsdienu nozarē. Pateicoties savām funkcijām, darbojas darbgaldi, transporta, sakaru iekārtas un citi elektroagregāti un ierīces, kurām nepieciešama barošana. PlkstŠajā gadījumā ir milzīgs maiņstrāvas un līdzstrāvas elektrisko mašīnu veidu un apakšsugu klāsts, kuru īpašības un raksturlielumi galu galā nosaka to darbības nišu. MPT tehniskās un ekspluatācijas īpašības ietver vienkāršāku konstrukcijas ierīci un salīdzinoši zemas apkopes prasības. No otras puses, līdzstrāvas iekārtas izrādās pievilcīgāks risinājums elektroapgādes problēmām sarežģītās kritiskās energosistēmās. Jaudas rūpniecisko iekārtu iekšzemes ražošanas segmentam ir liela pieredze abu veidu elektrisko mašīnu projektēšanā un ražošanā. Lielie uzņēmumi arvien vairāk koncentrējas uz individuālu risinājumu izstrādi ar strukturālām un darbības iezīmēm. Atkāpes no standarta projektiem bieži vien ir saistītas ar nepieciešamību pieslēgt palīgfunkcionālās vienības un aprīkojumu, piemēram, dzesēšanas sistēmas, aizsargierīces pret pārkaršanu un tīkla svārstībām, papildu un rezerves jaudu. Turklāt ārējai darbības videi ir ievērojama ietekme uz dažām elektrisko mašīnu konstrukcijas īpašībām, kas tiek ņemta vērā arī iekārtu projektēšanas un izveides posmos.