AC makineleri: cihaz, çalışma prensibi, uygulama

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Elektrik makineleri, çalışma mekanizmalarında ve üretim istasyonlarında enerji dönüşümünün kritik işlevini gerçekleştirir. Bu tür cihazlar farklı alanlarda yer bularak yürütme organlarına yeterli güç potansiyelini sağlar. Bu türdeki en popüler sistemlerden biri, sınıflarında çeşitli çeşitleri ve farklılıkları olan AC makineleridir (ACM'ler).

MAT hakkında genel bilgiler

MPT veya elektromekanik dönüştürücülerin segmenti şartlı olarak tek fazlı ve üç fazlı sistemlere ayrılabilir. Ayrıca, temel düzeyde, asenkron, senkron ve toplayıcı cihazlar ayırt edilirken, genel çalışma prensibi ve tasarım tasarımının çok ortak noktası vardır. Modern elektromekanik dönüştürme istasyonları kısmen her bir cihaz grubundan iş akışlarını içerdiğinden, AC makinelerinin bu sınıflandırması koşulludur.

Bir kural olarak, MPT, aralarında bir hava boşluğunun sağlandığı bir stator ve bir rotora dayanır. Yine, makinenin tipi ne olursa olsun, iş çevrimi manyetik alanın dönüşüne dayanmaktadır. Ancak senkron bir kurulumda rotorun hareketi kuvvet alanının yönüne karşılık geliyorsa, o zaman asenkron bir makinede rotor farklı bir yönde ve farklı frekanslarda hareket edebilir. Bu farklılık aynı zamanda makinelerin kullanım özelliklerini de belirlemektedir. Bu nedenle, senkron hem jeneratör hem de elektromekanik motor olarak hareket edebiliyorsa, asenkron olanlar esas olarak motor olarak kullanılır.

Faz sayısına gelince, tek ve çok fazlı sistemler ayırt edilir. Ayrıca, pratik kullanım açısından, ikinci kategorinin temsilcileri dikkati hak ediyor. Bunlar çoğunlukla, manyetik alanın sadece bir enerji taşıyıcısı işlevini yerine getirdiği üç fazlı AC makinelerdir. Diğer yandan, tek fazlı cihazlar, operasyonel pratiklik ve büyük boyutlar nedeniyle, bazı alanlarda seçimlerindeki belirleyici faktör düşük maliyet olmasına rağmen, uygulama pratiğinden yavaş yavaş kaybolmaktadır.

DC makinelerinden farkları

Temel yapısal fark, sargının konumunda yatmaktadır. AC sistemlerde statoru, DC makinelerde ise rotoru kapsar. Her iki grupta da elektrik motorları, akım uyarma tipinde farklılık gösterir - karışık, paralel ve seri. Günümüzde AC ve DC makineler sanayide, tarımda ve yerli sektörde kullanılmaktadır ancak ilkseçenek performans açısından daha caziptir. Alternatörler ve AC motorlar, geliştirilmiş tasarım, güvenilirlik ve yüksek enerji verimliliğinden yararlanır.

Çalışma parametrelerinin regülasyonu doğruluğu gereksinimlerinin ön plana çıktığı alanlarda doğru akım cihazlarının kullanımı yaygındır. Bunlar, taşıma çekiş mekanizmaları, takım tezgahları ve karmaşık ölçüm aletleri olabilir. Performans açısından, DC ve AC makineleri yüksek verimliliğe sahiptir, ancak belirli uygulama koşullarına göre farklı teknik ve yapısal ayarlama olanaklarına sahiptir. DC çalışması, servo ve step motorlara servis yapılırken önemli olan hız kontrolü için daha fazla seçenek sunar.

Eşzamansız MPT cihazı

Rotor ve stator şeklindeki bu cihazın teknik temeli için, montajdan önce her iki tarafta yalıtkan bir yağ-rosin tabakası ile kaplanmış çelik sac kullanılır. Düşük güçlü makinelerde çekirdek, ek kaplama olmaksızın elektrik çeliğinden yapılabilir, çünkü bu durumda metal yüzey üzerindeki doğal oksit tabakası bir yalıtkan görevi görür. Stator mahfazaya, rotor ise şafta sabitlenmiştir. Asenkron yüksek güçlü AC makinelerinde, rotor göbeği, mile monte edilmiş bir manşon ile mahfaza kenarına da monte edilebilir. Milin kendisi, mahfazanın tabanına da sabitlenmiş olan yatak kalkanları üzerinde dönmelidir.

Rotorun dış yüzeyleri ve statorun iç yüzeyleri başlangıçta sargı iletkenlerini barındırmak için oluklar ile sağlanır. AC makinelerin statorunda, sargı genellikle üç fazlıdır ve uygun 380 V şebekeye bağlanır. Ayrıca birincil olarak da adlandırılır. Uçları genellikle yıldız konfigürasyonunda bir bağlantı oluşturan rotor sargısı da benzer şekilde gerçekleştirilir. Ayrıca, ayarlama için bir reostatın veya üç fazlı bir başlatma elemanının ilave olarak bağlanabileceği kayma halkaları da sağlanmıştır.

Cihazın çalışması sırasında gürültüyü, titreşimi ve ısıyı az altan bir damper bölgesi görevi gören hava boşluğunun parametrelerine de dikkat etmek önemlidir. Makine ne kadar büyükse, boşluk o kadar büyük olmalıdır. Değeri bir ila birkaç milimetre arasında değişebilir. Hava bölgesi için yeterli alan bırakmak yapısal olarak imkansızsa, ünite için ek bir soğutma sistemi sağlanır.

Eşzamansız MPT'nin çalışma prensibi

Bu durumda üç fazlı sargı, üç fazlı voltajlı simetrik bir ağa bağlanır ve bunun sonucunda hava boşluğunda bir manyetik alan oluşur. Armatür sargısı ile ilgili olarak, dönen manyetik kutuplardan oluşan bir sistem oluşturan sönümleme boşluğu için alanın harmonik bir uzaysal dağılımını elde etmek için özel önlemler alınır. Bir alternatif akım makinesinin çalışma prensibine göre, her kutupta, sargı devrelerini geçen ve böylece elektromotor üretimini tetikleyen bir manyetik akı oluşur.kuvvet. Motor torkunu sağlayan üç fazlı sargıda üç fazlı bir akım indüklenir. Rotor akımının manyetik akılarla etkileşiminin arka planına karşı, iletkenler üzerinde bir elektromanyetik kuvvet oluşur.

Harici bir kuvvetin etkisi altındaki rotor, yönü AC makinesinin manyetik alanının akışlarının yönüne karşılık gelen harekete geçirilirse, rotor onu sollamaya başlayacaktır. alanın dönme hızı. Bu, stator hızı nominal senkron frekansı aştığında meydana gelir. Aynı zamanda elektromanyetik kuvvetlerin hareket yönü de değişecektir. Bu şekilde, ters etkili bir frenleme torku oluşur. Bu çalışma prensibi, makinenin ağa aktif güç çıkışı modunda çalışan bir jeneratör olarak kullanılmasına izin verir.

Senkronize MPT tasarımı ve çalışma prensibi

Statorun tasarımı ve konumu açısından, senkron bir makine asenkron bir makineye benzer. Sargıya armatür denir ve önceki durumda olduğu gibi aynı sayıda kutupla gerçekleştirilir. Rotor, enerji beslemesi bir doğru akım kaynağına bağlı kayar halkalar ve fırçalar tarafından sağlanan bir uyarma sargısı ile donatılmıştır. Kaynak, tek bir şaft üzerine monte edilmiş düşük güçlü bir jeneratör-uyarıcıdır. Senkron bir AC makinede, sargı, birincil manyetik alanın bir jeneratörü olarak işlev görür. Tasarım sürecinde tasarımcılar, uyarma alanının endüktif dağılımını sağlayacak koşullar yaratmaya çalışırlar.statorun yüzeylerinde mümkün olduğunca sinüzoidal'e yakındı.

Artan yüklerde, stator sargısı rotor yönünde aynı frekansta dönen bir manyetik alan oluşturur. Böylece, stator alanının rotoru etkileyeceği tek bir dönme alanı oluşur. AC makinelerinin bu cihazı, başlangıçta senkron sargıya üç fazlı bir akım verilirse, elektrik motorları olarak kullanılmalarına izin verir. Bu tür sistemler, rotorun stator alanına karşılık gelen bir frekansla koordineli dönüşü için koşullar yaratır.

Belirgin ve göze çarpmayan senkron makineler

Çıkıntılı direk sistemleri arasındaki temel fark, tasarımda şaftın özel çıkıntılarına tutturulmuş çıkıntılı direklerin varlığıdır. Tipik mekanizmalarda, burç aracılığıyla haç veya şaftın kenarına T şeklindeki kuyruk tutturucular yardımıyla sabitleme gerçekleştirilir. Düşük güçlü AC makinelerinin cihazında, aynı sorun cıvatalı bağlantılar ile çözülebilir. Sargı malzemesi olarak, bir kenara sarılmış, özel contalarla yalıtkan şerit bakır kullanılır. Oluklarında direk bulunan pabuçlara, çalıştırma için sarma çubukları yerleştirilir. Bu durumda pirinç gibi yüksek dirençli bir malzeme kullanılır. Uçlardaki sarım konturları, kısa devre için ortak halkalar oluşturan kısa devre elemanlarına kaynaklanır. 10-12 kW güç potansiyeline sahip çıkıntılı kutuplu makineler, armatür döndüğünde ve indüktör kutupları sabit kaldığında, ters çevrilmiş tasarımda gerçekleştirilebilir.durum.

Çıkıntılı olmayan kutup makinelerinde tasarım, çelik dövmeden yapılmış silindirik bir rotora dayanmaktadır. Rotorda, kutupları yüksek hızlar için hesaplanan uyarma sargısını oluşturmak için oluklar bulunmaktadır. Bununla birlikte, zorlu çalışma koşullarında yüksek derecede rotor aşınması nedeniyle, yüksek güçlü alternatif akıma sahip elektrik makinelerinde böyle bir sargının kullanılması mümkün değildir. Bu nedenle, orta güçlü tesislerde bile, rotorlar için krom-nikel-molibden veya krom-nikel çeliklerine dayalı katı dövme parçalardan yapılmış yüksek mukavemetli bileşenler kullanılır. Mukavemet için teknik gerekliliklere uygun olarak, çıkıntılı olmayan bir senkron makine rotorunun rotorunun çalışma parçasının maksimum çapı 125 cm'lik elemanları aşamaz. Rotorun maksimum uzunluğu 8,5 m'dir. Endüstride kullanılan çıkıntısız kutup üniteleri, çeşitli turbojeneratörleri içerir. Onların yardımıyla özellikle buhar türbinlerinin çalışma anlarını termik santrallere bağlarlar.

Dikey hidro jeneratörlerin özellikleri

Dikey bir şaft ile sağlanan ayrı bir çıkık kutuplu senkron MPT sınıfı. Bu tür tesisler hidrolik türbinlere bağlıdır ve dönüş frekansı açısından hizmet verilen akışların gücüne göre seçilir. Bu tipteki çoğu AC makinesi düşük hızlıdır, ancak aynı zamandaçok sayıda kutup. Dikey bir hidro jeneratörün kritik çalışma bileşenleri arasında, yükü motorun dönen parçalarından taşıyan bir baskı yatağı ve bir baskı yatağı not edilebilir. Özellikle baskı yatağı, türbin kanatlarına etki eden su akışından gelen basınca da maruz kalır. Ayrıca dönüşü durdurmak için bir fren sağlanır ve radyal kuvvetleri algılayan çalışma yapısında kılavuz yataklar da mevcuttur.

Makinenin üst kısmına hidro jeneratör ile birlikte yardımcı üniteler yerleştirilebilir - örneğin bir jeneratör uyarıcısı ve bir regülatör. Bu arada, ikincisi, kalıcı mıknatıslar için sargı ve kutuplara sahip bağımsız bir AC makinesidir. Bu ayar, otomatik regülatör işlevi için motora güç sağlar. Büyük dikey hidro jeneratörlerde, uyarıcı, uyarıcı üniteler ve cıva redresörleri ile birlikte, ana hidro jeneratörün çalışma sürecine hizmet eden güç cihazlarına güç sağlayan bir senkron jeneratör ile değiştirilebilir. Dikey milli makine konfigürasyonu, ağır hizmet tipi hidrolik pompalar için bir tahrik mekanizması olarak da kullanılır.

Toplayıcı MPT

MPT'nin tasarımında bir kollektör ünitesinin varlığı, genellikle rotor ve stator sargılarındaki farklı frekanslı devrelerin elektrik bağlantısında dönme hızını dönüştürme işlevini gerçekleştirme ihtiyacı ile belirlenir. Bu çözüm, cihazı ek donanımlarla donatmanıza olanak tanır.çalışma parametrelerinin otomatik düzenlenmesi dahil olmak üzere operasyonel özellikler. Üç fazlı ağlara bağlı AC kollektör makineleri, çift kutuplu bölmenin her bir bölümünde üç fırça parmağı alır. Fırçalar birbirine jumperlar ile paralel bir devrede bağlanmıştır. Bu anlamda kollektör MPT'ler DC motorlara benzer ancak kutuplarda kullanılan fırça sayısı bakımından onlardan farklıdır. Ek olarak, bu sistemdeki statorun birkaç ek sargısı olabilir.

Üç fazlı fırçalı bir kollektör kullanırken kapalı armatür sargısı, üçgen bağlantılı üç fazlı karmaşık bir sargı olacaktır. Armatürün dönüşü sırasında, sargının her fazı değişmeden bir pozisyonda kalır, ancak bölümler dönüşümlü olarak bir fazdan diğerine geçer. Bir AC komütatör makinesinde birbirine göre 60 ° kaymalı altı fazlı bir fırça seti kullanılıyorsa, poligon bağlantılı altı fazlı bir sargı oluşturulur. Bir kollektör grubuna sahip çok fazlı bir makinenin fırçalarında, akım frekansı, sabit fırçalara göre manyetik akının dönüşü ile belirlenir. Rotorun dönüş yönü ya karşıt ya da eşleştirilmiş olabilir.

MAT kullanımı

Bugün, MPT'ler şu veya bu şekilde mekanik veya elektrik enerjisi üretiminin gerekli olduğu her yerde kullanılmaktadır. Mühendislik sistemlerinin, elektrik santrallerinin ve kaldırma ve taşıma ünitelerinin bakımında büyük üretken üniteler kullanılır ve sıradan evlerde düşük güçlü üniteler kullanılır.fanlardan pompalara ekipman. Ancak her iki durumda da AC makinelerin amacı, yeterli hacimde enerji potansiyeli geliştirmeye indirgenmiştir. Diğer bir şey ise yapısal farklılıklar, stator ve rotorun iç konfigürasyonunun uygulanması ve ayrıca kontrol altyapısının temel öneme sahip olmasıdır.

Genel MPT cihazı uzun bir süre aynı işlevsel bileşen setini elinde tutsa da, bu tür sistemlerin çalışması için artan gereksinimler, geliştiricileri ek kontroller ve kontroller sunmaya zorlar. Teknolojik gelişimin mevcut aşamasında, özellikle endüstriyel sektörde alternatif akım makinelerinin kullanımı bağlamında, bu tür motorların ve jeneratörlerin işletim parametrelerini düzenlemek için yüksek hassasiyetli araçlar olmadan çalışmasını hayal etmek zordur. Bunun için çeşitli kontrol yöntemleri kullanılır - darbe, frekans, reostat vb. Otomasyonun düzenleyici altyapıya dahil edilmesi de modern MPT operasyonunun karakteristik bir özelliğidir. Kontrol elektroniği bir yandan elektrik santraline, diğer yandan belirli bir algoritmaya göre mekanizmanın belirli parametrelerini ayarlamak için komutlar veren yazılım kontrolörlerine bağlıdır.

Sonuç

Güç jeneratörleri ve elektrik motorları günümüz endüstrisinde vazgeçilmez bir güç bileşenidir. İşlevleri gereği takım tezgahları, nakliye, iletişim tesisatları ve güç kaynağı gerektiren diğer elektrik üniteleri ve cihazlar çalışır. saatBu durumda, özellikleri ve özellikleri nihayetinde operasyonları için nişi belirleyen çok sayıda AC ve DC elektrik makinesi türü ve alt türü vardır. MPT'nin teknik ve operasyonel özellikleri, daha basit bir yapısal cihaz ve nispeten düşük bakım gereksinimleri içerir. Öte yandan, DC makineleri, karmaşık kritik güç sistemlerinde güç kaynağı sorunlarına daha çekici bir çözüm olarak ortaya çıkıyor. Elektrikli endüstriyel ekipmanın yerli üretim bölümü, her iki tip elektrikli makinenin tasarımı ve üretiminde geniş deneyime sahiptir. Büyük işletmeler, yapısal ve operasyonel özelliklere sahip bireysel çözümlerin geliştirilmesine giderek daha fazla odaklanmaktadır. Standart tasarımlardan sapmalar genellikle soğutma sistemleri, aşırı ısınmaya ve şebeke dalgalanmalarına karşı koruyucu ekipman, ek ve yedek güç gibi yardımcı fonksiyonel üniteleri ve ekipmanı bağlama ihtiyacı ile ilişkilidir. Ek olarak, dış çalışma ortamı, elektrikli makinelerin bazı yapısal özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve bu, ekipman tasarlama ve oluşturma aşamalarında da dikkate alınır.