מכונות AC: מכשיר, עקרון הפעולה, יישום

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

מכונות חשמליות מבצעות את הפונקציה הקריטית של המרת אנרגיה במנגנוני עבודה ובתחנות ייצור. מכשירים כאלה מוצאים את מקומם באזורים שונים, ומספקים לגופים המבצעים פוטנציאל כוח מספיק. אחת המערכות הפופולריות ביותר מסוג זה הן מכונות AC (ACMs), שיש להן מספר זנים והבדלים בתוך המעמד שלהן.

מידע כללי על MAT

ניתן לחלק באופן מותנה את הקטע של ממירי MPT או אלקטרו-מכאניים למערכות חד-פאזיות ותלת-פאזיות. כמו כן, ברמה הבסיסית, נבדלים התקני אסינכרוני, סינכרוני ואספן, בעוד שלעיקרון הכללי של פעולה ועיצוב עיצוב יש הרבה מן המשותף. סיווג זה של מכונות AC מותנה, שכן תחנות המרה אלקטרו-מכניות מודרניות כוללות חלקית זרימות עבודה מכל קבוצת מכשירים.

ככלל, ה-MPT מבוסס על סטטור ורוטור, שביניהם מסופק מרווח אוויר. שוב, ללא קשר לסוג המכונה, מחזור העבודה מבוסס על סיבוב השדה המגנטי. אבל אם בהתקנה סינכרונית תנועת הרוטור מתאימה לכיוון שדה הכוח, אז במכונה אסינכרונית הרוטור יכול לנוע בכיוון אחר ובתדרים שונים. הבדל זה קובע גם את תכונות השימוש במכונות. לכן, אם סינכרוני יכול לפעול גם כגנרטור וגם כמנוע אלקטרומכני, אז אסינכרוניים משמשים בעיקר כמנועים.

באשר למספר השלבים, מערכות חד-פאזיות מובדלות. יתר על כן, מנקודת המבט של שימוש מעשי, נציגי הקטגוריה השנייה ראויים לתשומת לב. לרוב מדובר במכונות AC תלת פאזיות, בהן השדה המגנטי פשוט מבצע את תפקידו של נושא אנרגיה. מכשירים חד פאזיים, לעומת זאת, עקב חוסר מעשיות תפעולית ומידות גדולות, נעלמים בהדרגה מנוהג היישום, אם כי באזורים מסוימים הגורם המכריע בבחירתם הוא עלות נמוכה.

הבדלים ממכונות DC

ההבדל המבני הבסיסי טמון במיקום הפיתול. במערכות AC, הוא מכסה את הסטטור, ובמכונות DC, את הרוטור. בשתי הקבוצות, מנועים חשמליים שונים בסוג עירור הזרם - מעורב, מקביל וסדרתי. כיום, מכונות AC ו-DC משמשות בתעשייה, בחקלאות ובמגזר הביתי, אך הראשונההאפשרות אטרקטיבית יותר מבחינת ביצועים. אלטרנטורים ומנועי AC נהנים מעיצוב משופר, אמינות ויעילות אנרגטית גבוהה.

השימוש במכשירי זרם ישר נפוץ באזורים שבהם באות לידי ביטוי הדרישות לדיוק ויסות של פרמטרי הפעלה. אלה יכולים להיות מנגנוני משיכה לתחבורה, כלי מכונות ומכשירי מדידה מורכבים. מבחינת ביצועים, למכונות DC ו-AC יש יעילות גבוהה, אך עם אפשרויות שונות של התאמה טכנית ומבנית לתנאי יישום ספציפיים. פעולת DC מעניקה אפשרויות נוספות לבקרת מהירות, דבר שחשוב בעת שירות מנועי סרוו ומנועי צעד.

מכשיר MPT אסינכרוני

לבסיס הטכני של התקן זה בצורת רוטור וסטטור, נעשה שימוש בפח פלדה המצופה בשכבת שמן-רוזין מבודדת משני הצדדים לפני ההרכבה. במכונות בעלות הספק נמוך, הליבה יכולה להיות עשויה מפלדה חשמלית ללא ציפוי נוסף, שכן במקרה זה שכבת התחמוצת הטבעית על פני המתכת פועלת כמבודדת. הסטטור קבוע בדיור, והרוטור על הפיר. במכונות AC אסינכרוניות בהספק גבוה, ניתן להרכיב את ליבת הרוטור גם על שפת הדיור עם שרוול המותקן על הציר. הציר עצמו חייב להסתובב על מגיני המיסבים, אשר מקובעים גם לבסיס הבית.

המשטחים החיצוניים של הרוטור והמשטחים הפנימיים של הסטטור מסופקים בתחילה בחריצים כדי להכיל את המוליכים המתפתלים. בסטטור של מכונות AC, הפיתול הוא לעתים קרובות תלת פאזי ומחובר לרשת המתאימה של 380 V. זה נקרא גם ראשוני. סלילה הרוטור מתבצע באופן דומה, אשר קצותיו יוצרים בדרך כלל חיבור בתצורת כוכב. מסופקות גם טבעות החלקה, שדרכן ניתן לחבר בנוסף ריאוסטט להתאמה או אלמנט התנעה תלת פאזי.

חשוב לשים לב גם לפרמטרים של מרווח האוויר, שפועל כאזור בולם המפחית רעש, רעידות וחום במהלך פעולת המכשיר. ככל שהמכונה גדולה יותר, כך הפער צריך להיות גדול יותר. ערכו יכול לנוע בין מילימטר אחד למספר מילימטרים. אם מבחינה מבנית זה בלתי אפשרי להשאיר מספיק מקום לאזור האוויר, אזי מסופקת מערכת קירור נוספת ליחידה.

עקרון הפעולה של MPT אסינכרוני

הפיתול התלת פאזי במקרה זה מחובר לרשת סימטרית בעלת מתח תלת פאזי, כתוצאה מכך נוצר שדה מגנטי במרווח האוויר. לגבי פיתול האבזור, ננקטים אמצעים מיוחדים להשגת חלוקה מרחבית הרמונית של השדה עבור מרווח השיכוך, היוצר מערכת של קטבים מגנטיים מסתובבים. על פי עקרון הפעולה של מכונת זרם חילופין, נוצר שטף מגנטי בכל קוטב, שחוצה את המעגלים המתפתלים, ובכך מעורר יצירת אלקטרו-מוטיבציה.כוח. זרם תלת פאזי מושרה בפיתול התלת פאזי, המספק את מומנט המנוע. על רקע האינטראקציה של זרם הרוטור עם שטפים מגנטיים, נוצר כוח אלקטרומגנטי על המוליכים.

אם הרוטור, תחת פעולת כוח חיצוני, מופעל, שכיוונו מתאים לכיוון השטפים של השדה המגנטי של מכונת ה-AC, אז הרוטור יתחיל לעקוף את קצב הסיבוב של השדה. זה מתרחש כאשר מהירות הסטטור עולה על התדר הסינכרוני המדורג. במקביל, ישתנה כיוון התנועה של כוחות אלקטרומגנטיים. בדרך זו נוצר מומנט בלימה בפעולה הפוכה. עקרון פעולה זה מאפשר למכונה לשמש כגנרטור הפועל במצב של פלט כוח אקטיבי לרשת.

עיצוב ועיקרון הפעולה של MPT סינכרוני

מבחינת עיצוב ומיקום הסטטור, מכונה סינכרונית דומה לאסינכרונית. הליפוף נקרא אבזור והוא מבוצע עם אותו מספר קטבים כמו במקרה הקודם. הרוטור מסופק בפיתול עירור, שאספקת האנרגיה שלו מסופקת על ידי טבעות החלקה ומברשות המחוברות למקור זרם ישר. מקור הוא גנרטור-מעורר בעל הספק נמוך המותקן על פיר בודד. במכונת AC סינכרונית, הפיתול פועל כמחולל של השדה המגנטי הראשוני. במהלך תהליך העיצוב, מעצבים שואפים ליצור תנאים כך שההפצה האינדוקטיבית של שדה העירורעל משטחי הסטטור היה קרוב ככל האפשר לסינוסאידיאלי.

בעומסים מוגברים, פיתול הסטטור יוצר שדה מגנטי עם סיבוב בכיוון הרוטור באותו תדר. כך נוצר שדה סיבוב בודד, בו שדה הסטטור ישפיע על הרוטור. מכשיר זה של מכונות AC מאפשר להם לשמש כמנועים חשמליים, אם מסופק בתחילה זרם תלת פאזי לפיתול הסינכרוני. מערכות כאלה יוצרות תנאים לסיבוב מתואם של הרוטור בתדר המקביל לשדה הסטטור.

מכונות סינכרוניות בולטות ולא בולטות

ההבדל העיקרי בין מערכות עמודים בולטים הוא הימצאות עמודים בולטים בעיצוב, המחוברים לבליטות מיוחדות של הפיר. במנגנונים טיפוסיים, הקיבוע מתבצע בעזרת מחברי זנב בצורת T לשפת הצלב או לפיר דרך התותב. במכשיר של מכונות AC בעלות הספק נמוך, ניתן לפתור את אותה בעיה על ידי חיבורים מוברגים. כחומר מתפתל, נעשה שימוש בנחושת רצועת, אשר נפצע על קצה, בידוד עם אטמים מיוחדים. בזיזים עם מוטות בחריצים מניחים את מוטות הפיתול להתנעה. במקרה זה, נעשה שימוש בחומר בעל התנגדות גבוהה כמו פליז. קווי המתאר המתפתלים בקצוות מרותכים לאלמנטים המקצרים, ויוצרים טבעות משותפות לקצר חשמלי. ניתן לבצע מכונות בולטות בעלות פוטנציאל הספק של 10-12 קילוואט בתכנון הפוך, כאשר האבזור מסתובב ועמודי המשרן נשארים נייחיםמצב.

במכונות מוטות לא בולטות, העיצוב מבוסס על רוטור גלילי העשוי מחזוף פלדה. ישנם חריצים ברוטור ליצירת פיתול העירור, שהקטבים שלהם מחושבים עבור מהירויות גבוהות. עם זאת, השימוש בפיתול כזה במכונות חשמליות בעלות זרם חילופין בהספק גבוה אינו אפשרי בשל מידת הבלאי הגבוהה של הרוטור בתנאי הפעלה קשים. מסיבה זו, גם במתקנים בעלי הספק בינוני משתמשים לרוטורים ברכיבים בעלי חוזק גבוה העשויים מחשלים מוצקים על בסיס כרום-ניקל-מוליבדן או פלדות כרום-ניקל. בהתאם לדרישות הטכניות לחוזק, הקוטר המרבי של החלק העובד של הרוטור של רוטור מכונה סינכרוני לא בולט לא יכול לעלות על 125 ס מ אלמנטים. אורכו המרבי של הרוטור הוא 8.5 מ' יחידות עמוד לא בולטים המשמשות בתעשייה כוללות טורבוגנרטורים שונים. בעזרתם, במיוחד, הם מחברים את רגעי הפעולה של טורבינות קיטור עם תחנות כוח תרמיות.

תכונות של גנרטורים הידרו אנכיים

מחלקה נפרדת של MPT סינכרוני-מוט בולט המסופק עם פיר אנכי. מתקנים כאלה מחוברים לטורבינות הידראוליות ונבחרים בהתאם לעוצמת הזרימות המוגשות מבחינת תדירות הסיבוב. רוב מכונות AC מסוג זה הן מהירות נמוכה, אך יחד עם זאת יש להןמספר רב של מוטות. בין מרכיבי העבודה הקריטיים של גנרטור הידרו אנכי, ניתן לציין מיסב דחף ומסב דחף, הנושא את העומס מהחלקים המסתובבים של המנוע. מיסב הדחף, בפרט, נתון גם ללחץ מזרימת המים, הפועלת על להבי הטורבינה. בנוסף, מסופק בלם לעצירת סיבוב, ומסבי מנחה קיימים גם במבנה העבודה הקולטים כוחות רדיאליים.

בחלק העליון של המכונה, יחד עם גנרטור ההידרו, ניתן להציב יחידות עזר - למשל מעורר גנרטור ווסת. אגב, האחרון הוא מכונת AC עצמאית עם מתפתל ומוטות למגנטים קבועים. הגדרה זו מספקת כוח למנוע עבור פונקציית הגובר האוטומטי. במחוללי הידרו אנכיים גדולים ניתן להחליף את המעורר בגנרטור סינכרוני, אשר יחד עם יחידות העירור ומיישרי הכספית מספק חשמל למכשירי החשמל המשרתים את תהליך העבודה של מחולל ההידרו הראשי. תצורת מכונת הפיר האנכי משמשת גם כמנגנון הנעה עבור משאבות הידראוליות כבדות.

אספן MPT

הנוכחות של יחידת אספן בתכנון ה-MPT נקבעת לרוב על ידי הצורך לבצע את הפונקציה של המרת מהירות הסיבוב בחיבור החשמלי של מעגלים בתדרים שונים על פיתולי הרוטור והסטטור. פתרון זה מאפשר לך לצייד את המכשיר בתוספתמאפיינים תפעוליים, לרבות ויסות אוטומטי של פרמטרי תפעול. מכונות קולט AC המחוברות לרשתות תלת פאזיות מקבלות שלוש אצבעות מברשת בכל מקטע של חטיבת הקוטב הכפול. המברשות מחוברות זו לזו במעגל מקביל עם מגשרים. במובן זה, MPTs אספנים דומים למנועי DC, אך שונים מהם במספר המברשות המשמשות על הקטבים. בנוסף, לסטטור במערכת זו עשויים להיות מספר פיתולים נוספים.

פיתול האבזור הסגור בעת שימוש בקולט עם מברשות תלת-פאזיות יהיה פיתול מורכב תלת-פאזי עם חיבור דלתא. במהלך סיבוב האבזור, כל שלב של הפיתול שומר על מיקום ללא שינוי, עם זאת, הקטעים עוברים לסירוגין משלב אחד למשנהו. אם משתמשים בסט מברשות שישה פאזיות עם תזוזה של 60 מעלות זו לזו במכונת קומוטטור AC, אז נוצרת סלילה בעלת שישה פאזי עם חיבור מצולע. במברשות של מכונה רב-פאזית עם קבוצת אספנים, תדר הזרם נקבע על ידי סיבוב השטף המגנטי ביחס למברשות הקבועות. כיוון הסיבוב של הרוטור יכול להיות מנוגד או מותאם.

שימוש ב-MAT

כיום, משתמשים ב-MPT בכל מקום שבו, בצורה זו או אחרת, נדרש יצירת אנרגיה מכנית או חשמלית. יחידות יצרניות גדולות משמשות לתחזוקה של מערכות הנדסיות, תחנות כוח ויחידות הרמה והובלה, ויחידות בעלות הספק נמוך משמשות במשק בית רגילציוד ממאווררים ועד משאבות. אבל בשני המקרים, המטרה של מכונות AC מצטמצמת לפיתוח פוטנציאל אנרגיה בנפח מספיק. דבר נוסף הוא שלהבדלים מבניים, יישום התצורה הפנימית של הסטטור והרוטור, כמו גם תשתית הבקרה הם בעלי חשיבות מהותית.

למרות שמכשיר ה-MPT הכללי שומר על אותה סט של רכיבים פונקציונליים במשך זמן רב, הדרישות ההולכות וגוברות לתפעול של מערכות כאלה מאלצות מפתחים להציג בקרות ובקרות נוספות. בשלב הנוכחי של ההתפתחות הטכנולוגית, במיוחד בהקשר של שימוש במכונות AC במגזר התעשייתי, קשה לדמיין את פעולתם של מנועים וגנרטורים כאלה ללא אמצעים בעלי דיוק גבוה לוויסות פרמטרי תפעול. לשם כך נעשה שימוש במגוון שיטות בקרה - דופק, תדר, ריאוסטט וכו'. הכנסת אוטומציה לתשתית הרגולטורית היא גם תכונה אופיינית של פעולת MPT מודרנית. אלקטרוניקת הבקרה מחוברת לתחנת הכוח מצד אחד, ומצד שני - לבקרי התוכנה, שלפי אלגוריתם נתון נותנים פקודות לקביעת פרמטרים ספציפיים של המנגנון.

מסקנה

גנרטורים ומנועים חשמליים הם מרכיב הספק הכרחי בתעשייה של ימינו. בשל תפקידם פועלים כלי מכונות, הובלה, מתקני תקשורת ויחידות ומכשירים חשמליים אחרים הדורשים אספקת חשמל. בְּבמקרה זה, יש מגוון עצום של סוגים ותת-מינים של מכונות חשמליות AC ו-DC, שהתכונות והמאפיינים שלהן קובעות בסופו של דבר את הנישה לפעולתן. המאפיינים הטכניים והתפעוליים של ה-MPT כוללים מכשיר מבני פשוט יותר ודרישות תחזוקה נמוכות יחסית. מצד שני, מכונות DC מתגלות כפתרון אטרקטיבי יותר לבעיות אספקת חשמל במערכות מתח קריטיות מורכבות. לפלח הייצור המקומי של ציוד תעשייתי כוח יש ניסיון רב בתכנון וייצור של שני סוגי המכונות החשמליות. ארגונים גדולים מתמקדים יותר ויותר בפיתוח פתרונות בודדים עם מאפיינים מבניים ותפעוליים. חריגות מתכנונים סטנדרטיים קשורות לעתים קרובות לצורך בחיבור יחידות פונקציונליות וציוד עזר כגון מערכות קירור, ציוד מגן מפני התחממות יתר ותנודות ברשת, כוח נוסף וגיבוי. בנוסף, לסביבת ההפעלה החיצונית יש השפעה ניכרת על חלק מהמאפיינים המבניים של מכונות חשמליות, אשר נלקחת בחשבון גם בשלבי התכנון ויצירת הציוד.