Vahelduvvoolumasinad: seade, tööpõhimõte, rakendus

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Elektrimasinad täidavad töömehhanismides ja tootmisjaamades energia muundamise kriitilist funktsiooni. Sellised seadmed leiavad oma koha erinevates piirkondades, varustades täitevorganeid piisava võimsusega. Üks populaarsemaid seda tüüpi süsteeme on vahelduvvoolumasinad (ACM), millel on oma klassis mitu sorti ja erinevusi.

Üldine teave MAT kohta

MPT või elektromehaaniliste muundurite segmendi võib tinglikult jagada ühefaasilisteks ja kolmefaasilisteks süsteemideks. Samuti eristatakse algtasemel asünkroonseid, sünkroonseid ja kollektorseadmeid, samas kui üldisel tööpõhimõttel ja disainilahendusel on palju ühist. See vahelduvvoolumasinate klassifikatsioon on tingimuslik, kuna kaasaegsed elektromehaanilised muundusjaamad hõlmavad osaliselt iga seadmerühma töövooge.

Reeglina põhineb MPT staatoril ja rootoril, mille vahel on õhuvahe. Jällegi, olenemata masina tüübist, põhineb töötsükkel magnetvälja pöörlemisel. Aga kui sünkroonpaigaldises vastab rootori liikumine jõuvälja suunale, siis asünkroonmasinas võib rootor liikuda erinevas suunas ja erinevate sagedustega. See erinevus määrab ka masinate kasutamise omadused. Seega, kui sünkroonsed võivad toimida nii generaatori kui ka elektromehaanilise mootorina, siis asünkroonseid kasutatakse peamiselt mootoritena.

Faaside arvu osas eristatakse ühe- ja mitmefaasilisi süsteeme. Veelgi enam, praktilise kasutamise seisukoh alt väärivad tähelepanu teise kategooria esindajad. Need on enamasti kolmefaasilised vahelduvvoolumasinad, milles magnetväli täidab lihts alt energiakandja funktsiooni. Teisest küljest kaovad ühefaasilised seadmed kasutuse ebapraktilisuse ja suurte mõõtmete tõttu järk-järgult kasutuspraktikast, kuigi mõnes valdkonnas on nende valikul otsustavaks teguriks madal hind.

Erinevused alalisvoolumasinatest

Põhiline struktuurne erinevus seisneb mähise asukohas. Vahelduvvoolusüsteemides katab see staatori ja alalisvooluseadmetes rootori. Mõlemas rühmas erinevad elektrimootorid voolu ergutamise tüübi poolest - segatud, paralleelsed ja jada. Tänapäeval kasutatakse vahelduv- ja alalisvoolumasinaid tööstuses, põllumajanduses ja kodusektoris, kuid esimenevalik on jõudluse poolest atraktiivsem. Generaatorid ja vahelduvvoolumootorid saavad kasu paremast disainist, töökindlusest ja kõrgest energiatõhususest.

Alalisvooluseadmete kasutamine on lai alt levinud valdkondades, kus tööparameetrite reguleerimise täpsuse nõuded tulevad esiplaanile. Need võivad olla transpordi veomehhanismid, tööpingid ja keerukad mõõteriistad. Töövõime osas on alalis- ja vahelduvvoolumasinad kõrge kasuteguriga, kuid erinevate tehniliste ja konstruktsiooniliste kohandamisvõimalustega konkreetsetele kasutustingimustele. Alalisvoolurežiim annab rohkem võimalusi kiiruse reguleerimiseks, mis on oluline servo- ja samm-mootorite hooldamisel.

Asünkroonne MPT-seade

Selle rootori ja staatori kujul oleva seadme tehniliseks baasiks kasutatakse lehtterast, mis on enne kokkupanekut mõlem alt poolt kaetud isoleeriva õli-vaigukihiga. Väikese võimsusega masinates saab südamiku valmistada elektriterasest ilma lisakatteta, kuna sel juhul toimib metallpinnal olev looduslik oksiidikiht isolaatorina. Staator on kinnitatud korpusesse ja rootor võlli külge. Asünkroonsetes suure võimsusega vahelduvvoolu masinates saab rootori südamiku paigaldada ka korpuse veljele võllile paigaldatud hülsiga. Võll ise peab pöörlema laagrikilpidel, mis on samuti kinnitatud korpuse alusele.

Rootori välispinnad ja staatori sisepinnad on algselt varustatud soontega, et mahutada mähisjuhtmeid. Vahelduvvoolumasinate staatoris on mähis sageli kolmefaasiline ja ühendatud vastavasse 380 V võrku. Seda nimetatakse ka primaarseks. Sarnaselt teostatakse ka rootori mähis, mille otsad moodustavad tavaliselt tähekonfiguratsioonis ühenduse. Samuti on kaasas libisemisrõngad, mille kaudu saab täiendav alt ühendada reguleerimiseks mõeldud reostaadi või kolmefaasilise käivituselemendi.

Samuti on oluline tähele panna õhupilu parameetreid, mis toimib summutsoonina, mis vähendab seadme töötamise ajal müra, vibratsiooni ja kuumust. Mida suurem masin, seda suurem peaks olema vahe. Selle väärtus võib varieeruda ühest kuni mitme millimeetrini. Kui õhutsoonile ei ole konstruktsiooniliselt võimalik piisav alt ruumi jätta, on seadme jaoks ette nähtud täiendav jahutussüsteem.

Asünkroonse MPT tööpõhimõte

Kolmefaasiline mähis on sel juhul ühendatud sümmeetrilisse võrku kolmefaasilise pingega, mille tulemusena tekib õhupilusse magnetväli. Ankru mähise osas rakendatakse erimeetmeid, et saavutada välja harmooniline ruumiline jaotus summutuspilu jaoks, mis moodustab pöörlevate magnetpooluste süsteemi. Vahelduvvoolumasina tööpõhimõtte kohaselt moodustub igal poolusel magnetvoog, mis läbib mähisahelaid, provotseerides sellega elektromotiivi teket.tugevus. Kolmefaasilises mähises indutseeritakse kolmefaasiline vool, mis tagab mootori pöördemomendi. Rootori voolu ja magnetvoogude vastasmõju taustal tekib juhtmetele elektromagnetiline jõud.

Kui rootor pannakse välisjõu mõjul liikuma, mille suund vastab vahelduvvoolumasina magnetvälja voogude suunale, hakkab rootor mööduma välja pöörlemiskiirus. See juhtub siis, kui staatori kiirus ületab sünkroonse nimisageduse. Samal ajal muudetakse elektromagnetiliste jõudude liikumise suunda. Nii moodustub vastupidise toimega pidurdusmoment. See tööpõhimõte võimaldab masinat kasutada generaatorina, mis töötab võrgu aktiivvõimsuse režiimis.

Sünkroonse MPT disain ja tööpõhimõte

Staatori konstruktsiooni ja asukoha poolest sarnaneb sünkroonmasin asünkroonse masinaga. Mähist nimetatakse armatuuriks ja see viiakse läbi sama arvu poolustega kui eelmisel juhul. Rootor on varustatud ergutusmähisega, mille energiavarustuse tagavad alalisvooluallikaga ühendatud liugrõngad ja harjad. Allikas on väikese võimsusega generaator-erguti, mis on paigaldatud ühele võllile. Sünkroonses vahelduvvoolumasinas toimib mähis primaarse magnetvälja generaatorina. Projekteerimise käigus püüavad disainerid luua tingimused nii, et ergutusvälja induktiivne jaotusstaatori pindadel oli sinusoidaalsele võimalikult lähedal.

Suurenenud koormuse korral tekitab staatori mähis sama sagedusega rootori suunas pöörleva magnetvälja. Seega moodustub üks pöörlemisväli, milles staatoriväli mõjutab rootorit. See vahelduvvoolumasinate seade võimaldab neid kasutada elektrimootoritena, kui algselt antakse sünkroonmähisele kolmefaasiline vool. Sellised süsteemid loovad tingimused rootori koordineeritud pöörlemiseks staatoriväljale vastava sagedusega.

Eraldivad ja mittesaadavad sünkroonmasinad

Peamine erinevus silmatorkavate postide süsteemide vahel on väljaulatuvate postide olemasolu konstruktsioonis, mis on kinnitatud võlli spetsiaalsete eendite külge. Tüüpilistes mehhanismides toimub fikseerimine T-kujuliste sabakinnituste abil risti serva või võlli külge läbi puksi. Väikese võimsusega vahelduvvoolumasinate seadmes saab sama probleemi lahendada poltühendustega. Mähismaterjalina kasutatakse ribavaske, mis on keritud servale, isoleerides spetsiaalsete tihenditega. Silmadesse, mille soontes on postid, asetatakse käivitusvardad. Sel juhul kasutatakse suure takistusega materjali nagu messing. Mähise kontuurid otstes keevitatakse lühiselementide külge, moodustades lühise jaoks ühised rõngad. 10-12 kW võimsuspotentsiaaliga salient-poolusega masinaid saab teostada nn ümberpööratud konstruktsioonis, kui armatuur pöörleb ja induktiivpoolid jäävad paigale.tingimus.

Puuduva poolusega masinate konstruktsioon põhineb terassepisest valmistatud silindrilisel rootoril. Ergastusmähise moodustamiseks on rootoris sooned, mille poolused on arvutatud suurtele kiirustele. Sellise mähise kasutamine suure võimsusega vahelduvvooluga elektrimasinates on aga võimatu rootori suure kulumise tõttu karmides töötingimustes. Sel põhjusel kasutatakse isegi keskmise võimsusega paigaldistes rootorite jaoks kõrge tugevusega komponente, mis on valmistatud kroom-nikkel-molübdeen- või kroom-nikkelterasel põhinevatest tahkest sepistest. Tugevuse tehniliste nõuete kohaselt ei tohi sünkroonse sünkroonmasina rootori tööosa maksimaalne läbimõõt ületada 125 cm elemendid. Rootori maksimaalne pikkus on 8,5 m. Tööstuses kasutatavate mittesirgete pooluste sõlmede hulka kuuluvad erinevad turbogeneraatorid. Eelkõige ühendavad nad nende abiga auruturbiinide töömomente soojuselektrijaamadega.

Vertikaalsete hüdrogeneraatorite omadused

Eraldi klass väljapaistva poolusega sünkroonseid MPT-sid, mis on varustatud vertikaalse võlliga. Sellised paigaldised on ühendatud hüdroturbiinidega ja valitakse vastav alt teenindatavate voolude võimsusele pöörlemissageduse osas. Enamik seda tüüpi vahelduvvoolu masinaid on madala kiirusega, kuid samal ajal on neilsuur hulk poste. Vertikaalse hüdrogeneraatori kriitiliste töökomponentide hulgas võib märkida tõukelaagrit ja tõukelaagrit, mis kannab koormust mootori pöörlevatest osadest. Eelkõige survelaager on allutatud ka veevoolu survele, mis mõjub turbiini labadele. Lisaks on pöörlemise peatamiseks pidur ja töökonstruktsioonis on ka juhtlaagrid, mis tajuvad radiaalseid jõude.

Masina ülemisse ossa saab koos hüdrogeneraatoriga paigutada ka abiseadmeid - näiteks generaatori erguti ja regulaatori. Muide, viimane on iseseisev vahelduvvoolumasin, millel on mähis ja poolused püsimagnetite jaoks. See säte annab mootorile toite automaatse regulaatori funktsiooni jaoks. Suurtes vertikaalsetes hüdrogeneraatorites saab erguti asendada sünkroongeneraatoriga, mis koos ergutussõlmede ja elavhõbedalalditega annab toite hüdrogeneraatori tööprotsessi teenindavatele jõuseadmetele. Vertikaalse võlliga masina konfiguratsiooni kasutatakse ka raskeveokite hüdropumpade ajamimehhanismina.

Collector MPT

Kollektorüksuse olemasolu MPT konstruktsioonis määrab sageli vajadus täita pöörlemiskiiruse muundamise funktsiooni rootori ja staatori mähiste erineva sagedusega ahelate elektriühenduses. See lahendus võimaldab teil seadme varustada täiendavatetööomadused, sealhulgas tööparameetrite automaatne reguleerimine. Kolmefaasiliste võrkudega ühendatud vahelduvvoolu kollektormasinad saavad kahepooluselise jaotuse igas segmendis kolm harja sõrme. Harjad on omavahel ühendatud paralleelses ahelas džemprid. Selles mõttes on kollektor-MPT-d sarnased alalisvoolumootoritele, kuid erinevad neist poolustel kasutatavate harjade arvu poolest. Lisaks võib selle süsteemi staatoril olla mitu täiendavat mähist.

Kinnine armatuurimähis kolmefaasiliste harjadega kollektori kasutamisel on kolmefaasiline kolmnurkse ühendusega kompleksmähis. Ankru pöörlemise ajal hoiab mähise iga faas muutumatut asendit, kuid sektsioonid liiguvad vaheldumisi ühest faasist teise. Kui vahelduvvoolukommutaatori masinas kasutatakse kuuefaasilist harjade komplekti, mille nihe on üksteise suhtes 60 °, siis moodustatakse kuuefaasiline mähis hulknurkse ühendusega. Kollektorrühmaga mitmefaasilise masina harjadel määrab voolu sageduse magnetvoo pöörlemine fikseeritud harjade suhtes. Rootori pöörlemissuund võib olla kas vastupidine või sobitatud.

MAT-i kasutamine

Tänapäeval kasutatakse MPT-sid kõikjal, kus ühel või teisel kujul on vaja mehaanilist või elektrienergiat toota. Insenerisüsteemide, elektrijaamade ning tõste- ja transpordisõlmede hooldamisel kasutatakse suuri tootmisseadmeid ning tavamajapidamises kasutatakse väikese võimsusega seadmeid.seadmed ventilaatoritest pumpadeni. Kuid mõlemal juhul taandub vahelduvvoolumasinate eesmärk piisava mahuga energiapotentsiaali arendamisele. Teine asi on see, et struktuursed erinevused, staatori ja rootori sisekonfiguratsiooni rakendamine ning juhtimisinfrastruktuur on põhimõttelise tähtsusega.

Kuigi üldine MPT-seade säilitab pikka aega sama funktsionaalsete komponentide komplekti, sunnivad kasvavad nõuded selliste süsteemide toimimisele arendajaid kasutusele võtma täiendavaid juhtelemente ja juhtelemente. Tehnoloogilise arengu praeguses etapis, eriti tööstussektoris vahelduvvoolumasinate kasutamise kontekstis, on raske ette kujutada selliste mootorite ja generaatorite tööd ilma tööparameetrite reguleerimise ülitäpsete vahenditeta. Selleks kasutatakse mitmesuguseid juhtimismeetodeid - impulss, sagedus, reostaat jne. Kaasaegse MPT toimimise tunnusjoon on ka automatiseerimise juurutamine reguleerivasse infrastruktuuri. Juhtelektroonika on ühendatud ühelt poolt elektrijaamaga ja teiselt poolt - tarkvara kontrolleritega, mis vastav alt etteantud algoritmile annavad käsklusi mehhanismi konkreetsete parameetrite seadistamiseks.

Järeldus

Toitegeneraatorid ja elektrimootorid on tänapäeva tööstuses asendamatu toitekomponent. Tänu oma funktsioonile töötavad tööpingid, transpordi-, sidepaigaldised ja muud toiteallikat vajavad elektrisõlmed ja seadmed. KellSel juhul on suur hulk vahelduv- ja alalisvoolu elektrimasinate tüüpe ja alamliike, mille omadused ja omadused määravad lõpuks kindlaks nende töö niši. MPT tehnilised ja tööomadused hõlmavad lihtsamat konstruktsiooniseadet ja suhteliselt madalaid hooldusnõudeid. Teisest küljest osutuvad alalisvoolumasinad atraktiivsemaks lahenduseks keeruliste kriitiliste toitesüsteemide toiteprobleemidele. Elektritööstusseadmete kodumaisel tootmissegmendil on mõlemat tüüpi elektrimasinate projekteerimisel ja tootmisel suured kogemused. Suured ettevõtted keskenduvad üha enam individuaalsete, struktuursete ja toimimisomadustega lahenduste väljatöötamisele. Kõrvalekalded standardsetest konstruktsioonidest on sageli seotud vajadusega ühendada abifunktsionaalseid üksusi ja seadmeid nagu jahutussüsteemid, kaitseseadmed ülekuumenemise ja võrgu kõikumiste eest, lisa- ja varutoide. Lisaks mõjutab väline töökeskkond märkimisväärselt mõningaid elektrimasinate konstruktsiooniomadusi, mida võetakse arvesse ka seadmete projekteerimise ja loomise etapis.