Айнымалы ток машиналары: құрылғысы, жұмыс істеу принципі, қолданылуы

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Электр машиналары жұмыс механизмдерінде және генератор станцияларында энергияны түрлендірудің маңызды функциясын орындайды. Мұндай құрылғылар атқарушы органдарды жеткілікті қуат әлеуетімен қамтамасыз етіп, әр салада өз орнын табады. Осы түрдегі ең танымал жүйелердің бірі айнымалы ток машиналары (ACMs) болып табылады, олардың класында бірнеше сорттары мен айырмашылықтары бар.

MAT туралы жалпы ақпарат

MPT немесе электромеханикалық түрлендіргіштердің сегментін шартты түрде бір фазалы және үш фазалы жүйелерге бөлуге болады. Сондай-ақ, негізгі деңгейде асинхронды, синхронды және коллекторлық құрылғылар ажыратылады, ал жұмыс істеудің жалпы принципі мен дизайн дизайнының ортақтығы көп. Айнымалы ток машиналарының бұл жіктелуі шартты болып табылады, өйткені қазіргі заманғы электромеханикалық түрлендіру станциялары құрылғылардың әрбір тобынан жұмыс ағындарын ішінара қамтиды.

Әдетте, МПТ статор мен роторға негізделген, олардың арасында ауа саңылауы қарастырылған. Тағы да, машинаның түріне қарамастан, жұмыс циклі магнит өрісінің айналуына негізделген. Бірақ синхронды қондырғыда ротордың қозғалысы күш өрісінің бағытына сәйкес келсе, асинхронды машинада ротор басқа бағытта және әртүрлі жиілікте қозғала алады. Бұл айырмашылық машиналарды пайдалану ерекшеліктерін де анықтайды. Демек, синхронды генератор ретінде де, электромеханикалық қозғалтқыш ретінде де әрекет ете алатын болса, онда асинхронды қозғалтқыштар негізінен қозғалтқыш ретінде пайдаланылады.

Фазалар санына келетін болсақ, бір және көп фазалы жүйелер бөлінеді. Сонымен қатар, практикалық пайдалану тұрғысынан екінші санаттың өкілдері назар аударуға тұрарлық. Бұл көбінесе үш фазалы айнымалы ток машиналары, оларда магнит өрісі тек энергия тасымалдаушы функциясын орындайды. Бірфазалы құрылғылар, екінші жағынан, пайдалану практикалық еместігі мен үлкен өлшемдерге байланысты, қолдану тәжірибесінен бірте-бірте жойылады, дегенмен кейбір аймақтарда оларды таңдауда шешуші фактор төмен баға болып табылады.

Тұрақты ток машиналарынан айырмашылығы

Негізгі құрылымдық айырмашылық орамның орналасуында. Айнымалы ток жүйелерінде ол статорды, ал тұрақты ток машиналарында роторды жабады. Екі топта да электр қозғалтқыштары ток қоздыру түрі бойынша ерекшеленеді - аралас, параллель және сериялы. Бүгінгі таңда айнымалы және тұрақты ток машиналары өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында және отандық секторда қолданылады, бірақ біріншіопция өнімділігі жағынан тартымдырақ. Айнымалы ток қозғалтқыштары мен айнымалы ток қозғалтқыштары жақсартылған дизайн, сенімділік және жоғары энергия тиімділігін пайдаланады.

Тұрақты ток құрылғыларын пайдалану жұмыс параметрлерін реттеудің дәлдігіне қойылатын талаптар бірінші орынға шығатын жерлерде кең таралған. Бұл көлік тарту механизмдері, станоктар және күрделі өлшеуіш аспаптар болуы мүмкін. Өнімділік тұрғысынан тұрақты және айнымалы ток машиналары жоғары тиімділікке ие, бірақ нақты қолдану шарттарына техникалық және құрылымдық реттеудің әртүрлі мүмкіндіктері бар. Тұрақты ток жұмысы жылдамдықты басқарудың көбірек мүмкіндіктерін береді, бұл серво және қадамдық қозғалтқыштарға қызмет көрсету кезінде маңызды.

Асинхронды MPT құрылғысы

Ротор және статор түріндегі бұл құрылғының техникалық негізі үшін құрастыру алдында екі жағынан оқшаулағыш майлы канифоль қабатымен қапталған табақ болат қолданылады. Төмен қуатты машиналарда ядроны қосымша жабынсыз электрлік болаттан жасауға болады, өйткені бұл жағдайда металл бетіндегі табиғи оксид қабаты оқшаулағыш ретінде әрекет етеді. Статор корпуста, ал ротор білікке бекітілген. Асинхронды жоғары қуатты айнымалы ток машиналарында ротордың өзегін білікке орнатылған гильзамен корпустың жиегіне де орнатуға болады. Біліктің өзі корпустың негізіне бекітілген мойынтіректердің қалқандарында айналуы керек.

Ротордың сыртқы беттері мен статордың ішкі беттері бастапқыда орама өткізгіштерін орналастыру үшін ойықтармен қамтамасыз етілген. Айнымалы ток машиналарының статорында орам жиі үш фазалы және сәйкес 380 В желіге қосылады. Оны бастапқы деп те атайды. Ротордың орамасы дәл осылай орындалады, оның ұштары әдетте жұлдызды конфигурацияда қосылымды құрайды. Сондай-ақ сырғанау сақиналары бар, олар арқылы реттеуге арналған реостатты немесе үш фазалы іске қосу элементін қосымша қосуға болады.

Сондай-ақ құрылғының жұмысы кезінде шуды, дірілді және жылуды азайтатын демпферлік аймақ ретінде әрекет ететін ауа саңылауының параметрлерін ескеру қажет. Машина неғұрлым үлкен болса, соғұрлым бос орын үлкенірек болуы керек. Оның мәні бір миллиметрден бірнеше миллиметрге дейін өзгеруі мүмкін. Ауа аймағы үшін жеткілікті орын қалдыру құрылымдық тұрғыдан мүмкін болмаса, құрылғы үшін қосымша салқындату жүйесі қарастырылған.

Асинхронды MPT жұмыс принципі

Үш фазалы орам бұл жағдайда үш фазалы кернеуі бар симметриялы желіге қосылады, нәтижесінде ауа саңылауында магнит өрісі пайда болады. Якорь орамасына қатысты, айналмалы магниттік полюстердің жүйесін құрайтын демпферлік саңылау үшін өрістің гармоникалық кеңістікте таралуына қол жеткізу үшін арнайы шаралар қолданылады. Айнымалы ток машинасының жұмыс істеу принципі бойынша әрбір полюсте магнит ағыны пайда болады, ол орама тізбектерін кесіп өтеді, осылайша электр қозғалтқышының пайда болуын тудырады.күш. Үш фазалы орамда қозғалтқыш моментін қамтамасыз ететін үш фазалы ток индукцияланады. Ротор тогының магниттік ағындармен әрекеттесу фонында өткізгіштерде электромагниттік күш пайда болады.

Егер сыртқы күштің әсерінен ротор қозғалысқа келтірілсе, оның бағыты айнымалы ток машинасының магнит өрісінің ағындарының бағытына сәйкес келсе, онда ротор озып кете бастайды. өрістің айналу жылдамдығы. Бұл статор жылдамдығы номиналды синхронды жиіліктен асқанда орын алады. Бұл ретте электромагниттік күштердің қозғалыс бағыты өзгереді. Осылайша кері әрекеті бар тежеу моменті қалыптасады. Бұл жұмыс принципі машинаны желіге белсенді қуат шығару режимінде жұмыс істейтін генератор ретінде пайдалануға мүмкіндік береді.

Синхронды MPT конструкциясы мен жұмыс принципі

Статордың конструкциясы мен орналасуы бойынша синхронды машина асинхрондыға ұқсас. Орам арматура деп аталады және алдыңғы жағдайдағыдай полюстер санымен орындалады. Ротор қоздыру орамымен қамтамасыз етілген, оның энергиямен қамтамасыз етілуі сырғанау сақиналарымен және тұрақты ток көзіне қосылған щеткалармен қамтамасыз етіледі. Көз деп бір білікке орнатылған аз қуатты генератор-қоздырғышты айтады. Синхронды айнымалы ток машинасында орама бастапқы магнит өрісінің генераторы ретінде әрекет етеді. Жобалау процесінде дизайнерлер қозу өрісінің индуктивті таралуы үшін жағдай жасауға ұмтыладыстатор беттерінде синусоидальге барынша жақын болды.

Жоғары жүктеме кезінде статор орамасы бірдей жиіліктегі ротордың бағытымен айналуымен магнит өрісін тудырады. Осылайша, статор өрісі роторға әсер ететін жалғыз айналу өрісі қалыптасады. Айнымалы ток машиналарының бұл құрылғысы синхронды орамға бастапқыда үш фазалы ток берілсе, оларды электр қозғалтқыштары ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Мұндай жүйелер статор өрісіне сәйкес жиілікпен ротордың үйлестірілген айналуына жағдай жасайды.

Айқын және көрінбейтін синхронды машиналар

Сыртқы тірек жүйелерінің негізгі айырмашылығы жобада біліктің арнайы шығыңқы жерлеріне бекітілген шығыңқы тіректердің болуы. Типтік механизмдерде бекіту Т-тәрізді құйрықты бекіткіштердің көмегімен кресттің жиегіне немесе білікке втулка арқылы жүзеге асырылады. Төмен қуатты айнымалы ток машиналарының құрылғысында бірдей мәселені болтты қосылымдар арқылы шешуге болады. Орам материалы ретінде арнайы тығыздағыштармен оқшаулайтын шетіне оралған жолақ мыс қолданылады. Ойықтарда тіректері бар құлақшаларда іске қосу үшін орама шыбықтар орналастырылған. Бұл жағдайда мыс сияқты жоғары кедергісі бар материал қолданылады. Ұштардағы орама контурлары қысқа тұйықталу элементтеріне дәнекерленген, қысқа тұйықталу үшін жалпы сақиналар құрайды. Қуат әлеуеті 10-12 кВт болатын серпінді полюсті машиналарды инверттелген конструкцияда арматура айналып, индуктор полюстері қозғалмайтын күйде болғанда орындауға болады.жағдай.

Сыртқысыз полюсті машиналарда конструкция болат соғудан жасалған цилиндрлік роторға негізделген. Роторда қоздыру орамасын қалыптастыру үшін ойықтар бар, олардың полюстері жоғары жылдамдыққа есептелген. Дегенмен, мұндай ораманы жоғары қуатты айнымалы токпен электр машиналарында пайдалану қатал жұмыс жағдайында ротордың тозуының жоғары дәрежесіне байланысты мүмкін емес. Осы себепті, тіпті орташа қуатты қондырғылардың өзінде роторлар үшін хром-никель-молибден немесе хром-никельді болаттар негізіндегі қатты соғылмалардан жасалған жоғары берік тетіктер қолданылады. Беріктікке қойылатын техникалық талаптарға сәйкес саңылаусыз синхронды машина роторының роторының жұмыс бөлігінің максималды диаметрі 125 см элементтерден аспауы керек. Ротордың максималды ұзындығы 8,5 м. Өнеркәсіпте қолданылатын жалпақ емес полюсті қондырғыларға әртүрлі турбогенераторлар жатады. Олардың көмегімен, атап айтқанда, олар бу турбиналарының жұмыс моменттерін жылу электр станцияларымен байланыстырады.

Тік гидрогенераторлардың ерекшеліктері

Тік білікпен қамтамасыз етілген тік полюсті синхронды МПТ-лардың жеке класы. Мұндай қондырғылар гидравликалық турбиналарға қосылады және айналу жиілігі бойынша қызмет көрсетілетін ағындардың қуатына сәйкес таңдалады. Осы түрдегі айнымалы ток машиналарының көпшілігі төмен жылдамдықпен жұмыс істейді, бірақ сонымен бірге оларда барполюстердің көп саны. Тік гидрогенератордың маңызды жұмыс құрамдас бөліктерінің ішінде қозғалтқыштың айналмалы бөліктерінен түсетін жүктемені көтеретін тірек және тірек тірегін атап өтуге болады. Атап айтқанда, тірек мойынтірегі турбина қалақтарына әсер ететін су ағынының қысымына ұшырайды. Сонымен қатар, айналуды тоқтату үшін тежегіш қарастырылған және радиалды күштерді қабылдайтын жұмыс құрылымында бағыттаушы мойынтіректер де бар.

Машинаның жоғарғы бөлігінде гидрогенератормен бірге қосалқы қондырғыларды орналастыруға болады - мысалы, генератор қоздырғышы мен реттегіш. Айтпақшы, соңғысы тұрақты магниттерге арналған орамасы мен полюстері бар тәуелсіз айнымалы ток машинасы. Бұл параметр автоматты басқару функциясы үшін қозғалтқышқа қуат береді. Үлкен тік гидрогенераторларда қоздырғышты синхронды генератормен ауыстыруға болады, ол қоздыру қондырғыларымен және сынап түзеткіштерімен бірге негізгі гидрогенератордың жұмыс процесіне қызмет ететін күштік құрылғыларды қуатпен қамтамасыз етеді. Тік білік машинасының конфигурациясы ауыр гидравликалық сорғылар үшін жетек механизмі ретінде де пайдаланылады.

Коллектор MPT

МПТ конструкциясында коллекторлық блоктың болуы көбінесе ротор мен статор орамаларында әртүрлі жиілікті тізбектердің электрлік қосылуында айналу жылдамдығын түрлендіру функциясын орындау қажеттілігімен анықталады. Бұл шешім құрылғыны қосымша жабдықтауға мүмкіндік бередіоперациялық қасиеттер, оның ішінде жұмыс параметрлерін автоматты реттеу. Үш фазалы желілерге қосылған айнымалы ток коллекторлық машиналар қос полюсті бөлімнің әрбір сегментінде үш щеткалы саусақты алады. Шөткелер бір-бірімен параллельді тізбекте секіргіштермен қосылған. Бұл мағынада коллекторлық MPT тұрақты ток қозғалтқыштарына ұқсас, бірақ олардан полюстерде қолданылатын щеткалар санымен ерекшеленеді. Бұған қоса, бұл жүйедегі статордың бірнеше қосымша орамдары болуы мүмкін.

Үшфазалы щеткалары бар коллекторды пайдаланған кезде жабық арматура орамасы үшфазалы қосылымы бар үшфазалы кешенді орам болады. Арматураның айналуы кезінде орамның әрбір фазасы өзгеріссіз қалпын сақтайды, алайда секциялар бір фазадан екіншісіне кезекпен өтеді. Айнымалы ток коммутатор машинасында бір-біріне қатысты 60 ° жылжуы бар алты фазалы щеткалар жиынтығы пайдаланылса, онда көпбұрышты қосылыммен алты фазалы орам қалыптасады. Коллектор тобы бар көп фазалы машинаның щеткаларында ток жиілігі бекітілген щеткаларға қатысты магнит ағынының айналуымен анықталады. Ротордың айналу бағыты қарсы немесе сәйкес болуы мүмкін.

MAT пайдалану

Бүгінгі таңда MPT механикалық немесе электр энергиясын өндіру қажет болатын барлық жерде қолданылады. Ірі өнімді қондырғылар инженерлік жүйелерге, электр станцияларына және жүк көтергіш-көлік қондырғыларына қызмет көрсетуде, ал қарапайым тұрмыста төмен қуатты қондырғылар қолданылады.желдеткіштерден сорғыларға дейінгі жабдық. Бірақ екі жағдайда да айнымалы ток машиналарының мақсаты жеткілікті көлемде энергетикалық әлеуетті игеруге дейін төмендейді. Тағы бір нәрсе, құрылымдық айырмашылықтар, статор мен ротордың ішкі конфигурациясын жүзеге асыру, сондай-ақ басқару инфрақұрылымы принципті маңызды болып табылады.

Жалпы MPT құрылғысы бірдей функционалдық құрамдас бөліктерді ұзақ уақыт бойы сақтағанымен, мұндай жүйелердің жұмысына қойылатын талаптардың артуы әзірлеушілерді қосымша басқару элементтері мен басқару элементтерін енгізуге мәжбүр етеді. Технологиялық дамудың қазіргі кезеңінде, әсіресе өнеркәсіптік секторда айнымалы ток машиналарын пайдалану жағдайында мұндай қозғалтқыштар мен генераторлардың жұмысын жұмыс параметрлерін реттеуге арналған жоғары дәлдіктегі құралдарсыз елестету қиын. Ол үшін әртүрлі басқару әдістері қолданылады - импульстік, жиілік, реостат және т.б. Реттеу инфрақұрылымына автоматтандыруды енгізу де қазіргі заманғы MPT жұмысына тән қасиет болып табылады. Басқару электроникасы бір жағынан электр станциясына, ал екінші жағынан – берілген алгоритмге сәйкес механизмнің нақты параметрлерін орнатуға командалар беретін бағдарламалық контроллерлерге қосылған.

Қорытынды

Электр генераторлары мен электр қозғалтқыштары бүгінгі өнеркәсіпте таптырмас қуат құрамдас бөлігі болып табылады. Атқаратын қызметіне байланысты станоктар, көлік, байланыс қондырғылары және басқа электр қондырғылары мен электрмен жабдықтауды қажет ететін құрылғылар жұмыс істейді. СағатБұл жағдайда айнымалы және тұрақты ток электр машиналарының түрлері мен кіші түрлерінің үлкен массиві бар, олардың ерекшеліктері мен сипаттамалары сайып келгенде олардың жұмыс істеу орнын анықтайды. MPT техникалық және пайдалану ерекшеліктері қарапайым құрылымдық құрылғыны және салыстырмалы түрде төмен техникалық қызмет көрсету талаптарын қамтиды. Екінші жағынан, тұрақты ток машиналары күрделі критикалық қуат жүйелеріндегі электрмен жабдықтау мәселелеріне неғұрлым тартымды шешім болып табылады. Электр энергетикалық өнеркәсіптік жабдықтың отандық өндіріс сегменті электр машиналарының екі түрін де жобалау және өндіруде үлкен тәжірибеге ие. Ірі кәсіпорындар құрылымдық және операциялық ерекшеліктері бар жеке шешімдерді әзірлеуге көбірек назар аударуда. Стандартты конструкциялардан ауытқулар көбінесе салқындату жүйелері, қызып кетуден және электр желісінің ауытқуларынан қорғау құралдары, қосымша және резервтік қуат сияқты қосалқы функционалдық блоктар мен жабдықтарды қосу қажеттілігімен байланысты. Сонымен қатар, сыртқы жұмыс ортасы электр машиналарының кейбір құрылымдық қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді, ол жабдықты жобалау және жасау кезеңдерінде де ескеріледі.