ماشین های AC: دستگاه، اصل کار، کاربرد

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

ماشین های الکتریکی عملکرد حیاتی تبدیل انرژی را در مکانیسم های کار و ایستگاه های تولید انجام می دهند. چنین دستگاه هایی در حوزه های مختلف جایگاه خود را پیدا می کنند و توان کافی را برای دستگاه های اجرایی تامین می کنند. یکی از محبوب‌ترین سیستم‌های این نوع، ماشین‌های AC (ACM) هستند که در کلاس خود دارای انواع مختلف و تفاوت‌هایی هستند.

اطلاعات کلی درباره MAT

بخش مبدل های MPT یا الکترومکانیکی را می توان به طور مشروط به سیستم های تک فاز و سه فاز تقسیم کرد. همچنین، در سطح پایه، دستگاه های ناهمزمان، سنکرون و جمع کننده متمایز می شوند، در حالی که اصل کلی عملکرد و طراحی طراحی مشترکات زیادی دارند. این طبقه‌بندی ماشین‌های AC مشروط است، زیرا ایستگاه‌های تبدیل الکترومکانیکی مدرن تا حدی شامل جریان‌های کاری از هر گروه از دستگاه‌ها هستند.

به عنوان یک قاعده، MPT بر اساس یک استاتور و یک روتور است که بین آنها یک شکاف هوا ایجاد می شود. باز هم، صرف نظر از نوع ماشین، چرخه کار بر اساس چرخش میدان مغناطیسی است. اما اگر در یک نصب سنکرون حرکت روتور با جهت میدان نیرو مطابقت داشته باشد، در یک ماشین ناهمزمان روتور می تواند در جهت متفاوت و با فرکانس های متفاوت حرکت کند. این تفاوت ویژگی های استفاده از ماشین ها را نیز تعیین می کند. بنابراین، اگر سنکرون می تواند هم به عنوان یک ژنراتور و هم به عنوان یک موتور الکترومکانیکی عمل کند، آنگاه موتورهای ناهمزمان عمدتاً به عنوان موتور استفاده می شوند.

در مورد تعداد فازها، سیستم های تک فاز و چند فاز متمایز می شوند. علاوه بر این، از نقطه نظر استفاده عملی، نمایندگان دسته دوم مستحق توجه هستند. اینها اکثراً ماشینهای سه فاز AC هستند که در آنها میدان مغناطیسی فقط عملکرد حامل انرژی را انجام می دهد. از سوی دیگر، دستگاه های تک فاز به دلیل غیرعملی بودن عملیات و اندازه های بزرگ، به تدریج در حال از بین رفتن از کاربرد هستند، اگرچه در برخی زمینه ها عامل تعیین کننده در انتخاب آنها هزینه کم است.

تفاوت با ماشین های DC

تفاوت ساختاری اساسی در محل سیم پیچ است. در سیستم های AC، استاتور و در ماشین های DC، روتور را پوشش می دهد. در هر دو گروه، موتورهای الکتریکی در نوع تحریک جریان - مختلط، موازی و سری، متفاوت هستند. امروزه از ماشین های AC و DC در صنعت، کشاورزی و بخش خانگی استفاده می شود، اما اولین موردگزینه از نظر عملکرد جذاب تر است. دینام ها و موتورهای AC از طراحی بهبود یافته، قابلیت اطمینان و راندمان انرژی بالا بهره مند هستند.

استفاده از دستگاه های جریان مستقیم در مناطقی که الزامات مربوط به دقت تنظیم پارامترهای عملیاتی مطرح می شود، گسترده است. اینها می توانند مکانیسم های کشش حمل و نقل، ماشین ابزار و ابزارهای اندازه گیری پیچیده باشند. از نظر عملکرد، ماشین های DC و AC دارای راندمان بالایی هستند، اما با امکانات مختلف تنظیم فنی و ساختاری برای شرایط خاص کاربردی. عملکرد DC گزینه های بیشتری را برای کنترل سرعت ارائه می دهد، که هنگام سرویس موتورهای سروو و پله ای مهم است.

دستگاه MPT ناهمزمان

برای پایه فنی این دستگاه به صورت روتور و استاتور از ورق فولادی استفاده می شود که قبل از مونتاژ با یک لایه عایق روغن-کلوفون از دو طرف پوشش داده می شود. در ماشین‌های کم مصرف، هسته را می‌توان از فولاد الکتریکی بدون پوشش اضافی ساخت، زیرا در این حالت لایه اکسید طبیعی روی سطح فلز به عنوان یک عایق عمل می‌کند. استاتور در محفظه و روتور روی شفت ثابت است. در ماشین‌های AC با قدرت بالا ناهمزمان، می‌توان هسته روتور را با یک آستین روی شفت روی لبه محفظه نصب کرد. خود شافت باید روی سپرهای یاتاقان بچرخد، که آنها نیز به پایه محفظه ثابت هستند.

سطوح بیرونی روتور و سطوح داخلی استاتور در ابتدا با شیارهایی برای قرار دادن هادی های سیم پیچ ارائه می شود. در استاتور ماشین های AC سیم پیچ اغلب سه فاز بوده و به شبکه مناسب 380 ولت متصل می شود و به آن اولیه نیز می گویند. سیم پیچ روتور نیز به همین ترتیب انجام می شود که انتهای آن معمولاً یک اتصال را در یک پیکربندی ستاره تشکیل می دهد. حلقه‌های لغزنده نیز ارائه شده‌اند که از طریق آنها می‌توان یک رئوستات برای تنظیم یا یک عنصر راه‌اندازی سه فاز را به علاوه متصل کرد.

توجه به پارامترهای شکاف هوا نیز مهم است که به عنوان یک منطقه دمپر عمل می کند که صدا، لرزش و گرما را در حین کار دستگاه کاهش می دهد. هرچه دستگاه بزرگتر باشد، فاصله باید بزرگتر باشد. مقدار آن می تواند از یک تا چند میلی متر متفاوت باشد. اگر از نظر ساختاری امکان باقی گذاشتن فضای کافی برای منطقه هوا وجود نداشته باشد، یک سیستم خنک کننده اضافی برای واحد ارائه می شود.

اصل عملکرد MPT ناهمزمان

سیم پیچ سه فاز در این مورد به یک شبکه متقارن با ولتاژ سه فاز متصل می شود که در نتیجه یک میدان مغناطیسی در شکاف هوا تشکیل می شود. در مورد سیم پیچ آرمیچر، اقدامات ویژه ای برای دستیابی به توزیع فضایی هارمونیک میدان برای شکاف میرایی انجام می شود که سیستمی از قطب های مغناطیسی دوار را تشکیل می دهد. با توجه به اصل کار یک ماشین جریان متناوب، یک شار مغناطیسی در هر قطب تشکیل می شود که از مدارهای سیم پیچ عبور می کند و در نتیجه باعث تحریک تولید الکتروموتور می شود.استحکام - قدرت. یک جریان سه فاز در سیم پیچ سه فاز القا می شود که گشتاور موتور را تامین می کند. در پس زمینه برهمکنش جریان روتور با شارهای مغناطیسی، نیروی الکترومغناطیسی روی هادی ها ایجاد می شود.

اگر روتور تحت تأثیر نیروی خارجی به حرکت درآید که جهت آن مطابق با جهت شارهای میدان مغناطیسی دستگاه AC باشد، روتور شروع به سبقت گرفتن از سرعت چرخش میدان این زمانی اتفاق می افتد که سرعت استاتور از فرکانس سنکرون نامی تجاوز کند. در عین حال، جهت حرکت نیروهای الکترومغناطیسی تغییر خواهد کرد. به این ترتیب گشتاور ترمز با عمل معکوس تشکیل می شود. این اصل عملکرد به دستگاه اجازه می دهد تا به عنوان یک ژنراتور در حالت خروجی توان فعال به شبکه استفاده شود.

طراحی و اصل عملکرد MPT سنکرون

از نظر طراحی و مکان استاتور، یک ماشین سنکرون شبیه به یک ماشین ناهمزمان است. سیم پیچ آرمیچر نامیده می شود و با همان تعداد قطب مانند مورد قبلی انجام می شود. روتور با یک سیم پیچ تحریک ارائه می شود که تامین انرژی آن توسط حلقه های لغزنده و برس های متصل به منبع جریان مستقیم تامین می شود. منبع یک ژنراتور محرک کم مصرف است که روی یک شفت نصب شده است. در یک ماشین AC سنکرون، سیم پیچ به عنوان یک مولد میدان مغناطیسی اولیه عمل می کند. در طول فرآیند طراحی، طراحان تلاش می کنند تا شرایطی را ایجاد کنند که توزیع القایی میدان تحریک شودروی سطوح استاتور تا حد امکان نزدیک به سینوسی بود.

در بارهای افزایش یافته، سیم پیچ استاتور یک میدان مغناطیسی با چرخش در جهت روتور با همان فرکانس ایجاد می کند. بنابراین، یک میدان چرخشی واحد تشکیل می شود که در آن میدان استاتور بر روتور تأثیر می گذارد. این دستگاه از ماشین های AC اجازه می دهد تا آنها را به عنوان موتور الکتریکی، اگر یک جریان سه فاز در ابتدا به سیم پیچ سنکرون عرضه شود. چنین سیستم هایی شرایطی را برای چرخش هماهنگ روتور با فرکانس مربوط به میدان استاتور ایجاد می کنند.

ماشین های سنکرون برجسته و غیر برجسته

تفاوت اصلی سیستم های قطب برجسته وجود قطب های بیرون زده در طراحی است که به برجستگی های ویژه شفت متصل می شوند. در مکانیسم های معمولی، تثبیت با کمک بست های دم T شکل به لبه صلیب یا شفت از طریق بوش انجام می شود. در دستگاه ماشین های AC کم مصرف نیز همین مشکل را می توان با اتصالات پیچ و مهره ای حل کرد. به عنوان یک ماده سیم پیچ از مس نواری استفاده می شود که روی لبه پیچ می شود و با واشرهای مخصوص عایق می شود. در تیغه های دارای قطب در شیارها، میله های سیم پیچ برای راه اندازی قرار می گیرند. در این مورد از ماده ای با مقاومت بالا مانند برنج استفاده می شود. خطوط سیم پیچ در انتها به عناصر اتصال کوتاه جوش داده می شوند و حلقه های مشترکی را برای اتصال کوتاه تشکیل می دهند. ماشین‌های قطب برجسته با پتانسیل توان 10-12 کیلووات را می‌توان در طرحی به اصطلاح معکوس اجرا کرد، زمانی که آرمیچر می‌چرخد و قطب‌های سلف ثابت می‌مانند.شرط.

در ماشین های قطب غیر برجسته، طراحی بر اساس روتور استوانه ای ساخته شده از آهنگری فولادی است. برای تشکیل سیم پیچ تحریک در روتور شیارهایی وجود دارد که قطب های آن برای سرعت های بالا محاسبه می شود. با این حال، استفاده از چنین سیم پیچی در ماشین های الکتریکی با جریان متناوب توان بالا به دلیل درجه بالای سایش روتور در شرایط سخت عملیاتی غیرممکن است. به همین دلیل، حتی در تاسیسات با توان متوسط، از قطعات با استحکام بالا ساخته شده از آهنگرهای جامد بر پایه فولادهای کروم- نیکل-مولیبدن یا کروم- نیکل برای روتورها استفاده می شود. مطابق با الزامات فنی برای استحکام، حداکثر قطر قسمت کار روتور روتور ماشین سنکرون غیر برجسته نباید از 125 سانتی متر تجاوز کند. حداکثر طول روتور 8.5 متر می باشد.واحدهای قطب غیر برجسته که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند شامل انواع توربوژنراتور می باشد. با کمک آنها، به ویژه، لحظه های عملیاتی توربین های بخار را به نیروگاه های حرارتی متصل می کنند.

ویژگی های ژنراتورهای آبی عمودی

کلاس جداگانه ای از MPT های سنکرون قطب برجسته که با شفت عمودی ارائه می شوند. چنین تاسیساتی به توربین های هیدرولیک متصل می شوند و با توجه به توان جریان های ارائه شده از نظر فرکانس چرخش انتخاب می شوند. اکثر ماشین های AC از این نوع کم سرعت هستند، اما در عین حال دارای سرعت هستندتعداد زیادی قطب در میان اجزای کاری حیاتی یک هیدروژنراتور عمودی، می توان به یک یاتاقان رانش و یک یاتاقان رانش اشاره کرد که بار از قسمت های چرخان موتور را تحمل می کند. به ویژه یاتاقان رانش نیز تحت فشار جریان آب قرار می گیرد که روی پره های توربین عمل می کند. علاوه بر این، یک ترمز برای توقف چرخش در نظر گرفته شده است، و یاتاقان های راهنما نیز در ساختار کار وجود دارند که نیروهای شعاعی را درک می کنند.

در قسمت بالایی دستگاه، به همراه هیدروژنراتور، واحدهای کمکی را می توان قرار داد - به عنوان مثال، یک تحریک کننده ژنراتور و یک تنظیم کننده. به هر حال، دومی یک ماشین AC مستقل با سیم پیچ و قطب برای آهنرباهای دائمی است. این تنظیم قدرت موتور را برای عملکرد گاورنر خودکار فراهم می کند. در ژنراتورهای هیدروژنی عمودی بزرگ، تحریک کننده را می توان با یک ژنراتور سنکرون جایگزین کرد، که همراه با واحدهای تحریک و یکسو کننده های جیوه، برق را برای دستگاه های قدرتی که فرآیند کار ژنراتور اصلی آبی را خدمت می کنند، تامین می کند. پیکربندی ماشین شفت عمودی نیز به عنوان مکانیزم محرک برای پمپ های هیدرولیک سنگین استفاده می شود.

گردآورنده MPT

حضور یک واحد جمع کننده در طراحی MPT اغلب با نیاز به انجام عملکرد تبدیل سرعت چرخشی در اتصال الکتریکی مدارهای فرکانس های مختلف روی سیم پیچ های روتور و استاتور تعیین می شود. این راه حل به شما امکان می دهد دستگاه را به تجهیزات اضافی مجهز کنیدخواص عملیاتی، از جمله تنظیم خودکار پارامترهای عملیاتی. ماشین های جمع کننده AC که به شبکه های سه فاز متصل هستند، سه انگشت قلم مو را در هر بخش از تقسیم دو قطبی دریافت می کنند. برس ها در یک مدار موازی با جامپرها به یکدیگر متصل می شوند. از این نظر، MPT های کلکتوری مشابه موتورهای DC هستند، اما در تعداد برس های استفاده شده روی قطب ها با آنها تفاوت دارند. علاوه بر این، استاتور در این سیستم ممکن است چندین سیم پیچ اضافی داشته باشد.

سیم پیچ آرمیچر بسته هنگام استفاده از کلکتور با برس های سه فاز، یک سیم پیچ پیچیده سه فاز با اتصال مثلث خواهد بود. در طول چرخش آرمیچر، هر فاز سیم پیچ موقعیت بدون تغییر را حفظ می کند، با این حال، بخش ها به طور متناوب از یک فاز به فاز دیگر منتقل می شوند. اگر یک مجموعه شش فاز از برس ها با تغییر 60 درجه نسبت به یکدیگر در دستگاه کموتاتور AC استفاده شود، سیم پیچ شش فاز با اتصال چند ضلعی تشکیل می شود. در برس های یک ماشین چند فاز با گروه کلکتور، فرکانس جریان با چرخش شار مغناطیسی نسبت به برس های ثابت تعیین می شود. جهت چرخش روتور را می توان شمارنده یا مطابقت داد.

استفاده از MAT

امروزه MPT ها در هر جایی که به هر شکلی که نیاز به تولید انرژی مکانیکی یا الکتریکی است استفاده می شود. واحدهای تولیدی بزرگ در تعمیر و نگهداری سیستم های مهندسی، نیروگاه ها و واحدهای بالابر و حمل و نقل و واحدهای کم مصرف در خانه های معمولی استفاده می شود.تجهیزات از فن گرفته تا پمپ. اما در هر دو مورد، هدف ماشین های AC به توسعه پتانسیل انرژی در حجم کافی کاهش می یابد. نکته دیگر این است که تفاوت های ساختاری، اجرای پیکربندی داخلی استاتور و روتور و همچنین زیرساخت کنترل از اهمیت اساسی برخوردار است.

اگرچه دستگاه MPT عمومی مجموعه ای از اجزای عملکردی را برای مدت طولانی حفظ می کند، نیازهای روزافزون برای عملکرد چنین سیستم هایی توسعه دهندگان را مجبور می کند تا کنترل ها و کنترل های اضافی را معرفی کنند. در مرحله کنونی توسعه فناوری، به ویژه در زمینه استفاده از ماشین های AC در بخش صنعتی، تصور عملکرد چنین موتورها و ژنراتورهایی بدون ابزار دقیق برای تنظیم پارامترهای عملیاتی دشوار است. برای این، انواع روش های کنترل استفاده می شود - پالس، فرکانس، رئوستات و غیره. معرفی اتوماسیون به زیرساخت های نظارتی نیز یکی از ویژگی های بارز عملیات MPT مدرن است. الکترونیک کنترل از یک طرف به نیروگاه و از طرف دیگر به کنترل کننده های نرم افزاری متصل است که طبق یک الگوریتم داده شده، دستوراتی برای تنظیم پارامترهای خاص مکانیزم می دهد.

نتیجه گیری

ژنراتورهای برق و موتورهای الکتریکی یک جزء انرژی ضروری در صنعت امروز هستند. با توجه به عملکرد آنها، ماشین ابزار، حمل و نقل، تاسیسات ارتباطی و سایر واحدهای الکتریکی و دستگاه هایی که نیاز به منبع تغذیه دارند، کار می کنند. دردر این مورد، مجموعه عظیمی از انواع و زیرگونه‌های ماشین‌های الکتریکی AC و DC وجود دارد که ویژگی‌ها و ویژگی‌های آن‌ها در نهایت جایگاه عملکرد آنها را تعیین می‌کند. ویژگی های فنی و عملیاتی MPT شامل یک دستگاه ساختاری ساده تر و نیازهای تعمیر و نگهداری نسبتا کم است. از سوی دیگر، ماشین های DC راه حل جذاب تری برای مشکلات منبع تغذیه در سیستم های قدرت بحرانی پیچیده هستند. بخش تولید داخلی تجهیزات صنعتی قدرت دارای تجربه گسترده ای در طراحی و تولید هر دو نوع ماشین های الکتریکی می باشد. شرکت های بزرگ به طور فزاینده ای بر توسعه راه حل های فردی با ویژگی های ساختاری و عملیاتی تمرکز می کنند. انحراف از طرح های استاندارد اغلب با نیاز به اتصال واحدهای کاربردی کمکی و تجهیزات مانند سیستم های خنک کننده، تجهیزات حفاظتی در برابر گرمای بیش از حد و نوسانات شبکه، برق اضافی و پشتیبان همراه است. علاوه بر این، محیط عملیات خارجی تأثیر قابل توجهی بر برخی از ویژگی های ساختاری ماشین های الکتریکی دارد که در مراحل طراحی و ایجاد تجهیزات نیز مورد توجه قرار می گیرد.