Màquines de CA: dispositiu, principi de funcionament, aplicació

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Les màquines elèctriques realitzen la funció crítica de conversió d'energia en mecanismes de treball i estacions generadores. Aquests dispositius troben el seu lloc en diferents àmbits, subministrant als òrgans executius un potencial de potència suficient. Un dels sistemes més populars d'aquest tipus són les màquines de corrent altern (ACM), que tenen diverses varietats i diferències dins de la seva classe.

Informació general sobre MAT

El segment de convertidors MPT o electromecànics es pot dividir condicionalment en sistemes monofàsics i trifàsics. També, a nivell bàsic, es distingeixen dispositius asíncrons, síncrons i col·lectors, mentre que el principi general de funcionament i el disseny del disseny tenen molt en comú. Aquesta classificació de màquines de CA és condicional, ja que les estacions de conversió electromecàniques modernes impliquen parcialment fluxos de treball de cada grup de dispositius.

Per regla general, l'MPT es basa en un estator i un rotor, entre els quals es proporciona un espai d'aire. De nou, independentment del tipus de màquina, el cicle de treball es basa en la rotació del camp magnètic. Però si en una instal·lació síncrona el moviment del rotor correspon a la direcció del camp de força, aleshores en una màquina asíncrona el rotor es pot moure en una direcció diferent i amb diferents freqüències. Aquesta diferència també determina les característiques de l'ús de les màquines. Per tant, si el síncron pot actuar tant com a generador com com a motor electromecànic, els asíncrons s'utilitzen principalment com a motors.

Pel que fa al nombre de fases, es distingeixen sistemes monofàsics i multifàsics. A més, des del punt de vista de l'ús pràctic, els representants de la segona categoria mereixen atenció. Es tracta, en la seva majoria, de màquines de CA trifàsiques, en les quals el camp magnètic només fa la funció de portador d'energia. Els dispositius monofàsics, en canvi, per la impracticabilitat operativa i les grans mides, estan desapareixent progressivament de la pràctica d'aplicació, tot i que en algunes zones el factor decisiu en la seva elecció és el baix cost.

Diferències amb les màquines de corrent continu

La diferència estructural fonamental rau en la ubicació del bobinatge. En els sistemes de corrent altern, cobreix l'estator, i en les màquines de corrent continu, el rotor. En ambdós grups, els motors elèctrics es diferencien pel tipus d'excitació del corrent: mixt, paral·lel i en sèrie. Avui dia, les màquines de CA i CC s'utilitzen a la indústria, l'agricultura i el sector domèstic, però la primeraopció és més atractiva pel que fa al rendiment. Els alternadors i els motors de CA es beneficien d'un millor disseny, fiabilitat i alta eficiència energètica.

L'ús de dispositius de corrent continu està molt estès en zones on els requisits per a la precisió de la regulació dels paràmetres de funcionament passen a primer pla. Aquests poden ser mecanismes de tracció de transport, màquines-eina i instruments de mesura complexos. Pel que fa al rendiment, les màquines de corrent continu i alterna tenen una alta eficiència, però amb diferents possibilitats d'ajust tècnic i estructural a les condicions específiques d'aplicació. El funcionament de corrent continu ofereix més opcions per al control de la velocitat, cosa que és important quan es donen servei a servomotors i motors pas a pas.

Dispositiu MPT asíncron

Per a la base tècnica d'aquest dispositiu en forma de rotor i estator, s'utilitza xapa d'acer, que està recoberta amb una capa aïllant d'oli i colofonia a les dues cares abans del muntatge. En màquines de baixa potència, el nucli es pot fer d'acer elèctric sense recobriment addicional, ja que en aquest cas la capa d'òxid natural a la superfície metàl·lica actua com a aïllant. L'estator està fixat a la carcassa i el rotor a l'eix. En màquines asíncrones de corrent altern d' alta potència, el nucli del rotor també es pot muntar a la vora de la carcassa amb una funda muntada a l'eix. El propi eix ha de girar sobre els protectors dels coixinets, que també estan fixats a la base de la carcassa.

Les superfícies exteriors del rotor i les superfícies interiors de l'estator estan inicialment proveïdes de ranures per acomodar els conductors del bobinat. A l'estator de les màquines de CA, el bobinatge sovint és trifàsic i connectat a la xarxa adequada de 380 V. També s'anomena primària. El bobinatge del rotor es realitza de manera similar, els extrems del qual solen formar una connexió en una configuració en estrella. També es proporcionen anelles antideslizants, a través dels quals es pot connectar addicionalment un reòstat per a l'ajust o un element d'arrencada trifàsic.

També és important tenir en compte els paràmetres de l'entrefer, que actua com a zona amortidor que redueix el soroll, la vibració i la calor durant el funcionament del dispositiu. Com més gran sigui la màquina, més gran hauria de ser la bretxa. El seu valor pot variar d'un a diversos mil·límetres. Si és estructuralment impossible deixar prou espai per a la zona d'aire, s'ofereix un sistema de refrigeració addicional per a la unitat.

El principi de funcionament de l'MPT asíncron

El bobinatge trifàsic en aquest cas està connectat a una xarxa simètrica amb una tensió trifàsica, com a resultat de la qual cosa es forma un camp magnètic a l'entrefer. Pel que fa al bobinat de l'induït, es prenen mesures especials per aconseguir una distribució espacial harmònica del camp per al buit d'amortiment, que forma un sistema de pols magnètics giratoris. D'acord amb el principi de funcionament d'una màquina de corrent altern, es forma un flux magnètic a cada pol, que travessa els circuits de bobinat, provocant així la generació d'electromotriu.força. S'indueix un corrent trifàsic al bobinatge trifàsic, que proporciona el parell motor. En el context de la interacció del corrent del rotor amb els fluxos magnètics, es forma una força electromagnètica sobre els conductors.

Si el rotor, sota l'acció d'una força externa, es posa en moviment, la direcció del qual correspon a la direcció dels fluxos del camp magnètic de la màquina de CA, aleshores el rotor començarà a superar el velocitat de rotació del camp. Això passa quan la velocitat de l'estator supera la freqüència síncrona nominal. Al mateix temps, es canviarà la direcció del moviment de les forces electromagnètiques. D'aquesta manera, es forma un parell de frenada amb acció inversa. Aquest principi de funcionament permet utilitzar la màquina com a generador que funciona en el mode de sortida de potència activa a la xarxa.

Disseny i principi de funcionament de l'MPT síncron

Pel que fa al disseny i la ubicació de l'estator, una màquina síncrona és similar a una de síncrona. El bobinatge s'anomena induït i es realitza amb el mateix nombre de pols que en el cas anterior. El rotor està dotat d'un bobinatge d'excitació, el subministrament d'energia del qual es proporciona mitjançant anells i raspalls connectats a una font de corrent continu. Una font és un generador-excitador de baixa potència muntat en un sol eix. En una màquina de CA síncrona, el bobinatge actua com a generador del camp magnètic primari. Durant el procés de disseny, els dissenyadors s'esforcen per crear condicions perquè la distribució inductiva del camp d'excitacióa les superfícies de l'estator era el més a prop possible de la sinusoïdal.

En augmentar les càrregues, l'enrotllament de l'estator genera un camp magnètic amb gir en la direcció del rotor amb la mateixa freqüència. Així, es forma un únic camp de rotació, en el qual el camp de l'estator afectarà el rotor. Aquest dispositiu de màquines de corrent altern permet utilitzar-les com a motors elèctrics, si inicialment es subministra un corrent trifàsic al bobinat síncron. Aquests sistemes creen condicions per a la rotació coordinada del rotor amb una freqüència corresponent al camp de l'estator.

Màquines síncrones destacades i no destacades

La principal diferència entre els sistemes de pols destacats és la presència de pals que sobresurten en el disseny, que s'uneixen a sortints especials de l'eix. En els mecanismes típics, la fixació es duu a terme amb l'ajuda de fixacions de cua en forma de T a la vora de la creu o l'eix a través del casquet. En el dispositiu de màquines de corrent altern de baixa potència, el mateix problema es pot resoldre mitjançant connexions cargolades. Com a material de bobinat, s'utilitza coure en tira, que s'enrotlla en una vora, aïllant amb juntes especials. En les puntes amb pals a les ranures, es col·loquen les barres de bobina per a l'arrencada. En aquest cas, s'utilitza un material d' alta resistivitat com el llautó. Els contorns de bobinatge als extrems es solden als elements de curtcircuit, formant anells comuns per a un curtcircuit. Les màquines de pols destacats amb un potencial de potència de 10-12 kW es poden realitzar en l'anomenat disseny invertit, quan l'induït gira i els pols inductors romanen estacionaris.condició.

A les màquines de pals no destacats, el disseny es basa en un rotor cilíndric fet d'acer forjat. Hi ha ranures al rotor per formar l'enrotllament d'excitació, els pols del qual es calculen per a altes velocitats. Tanmateix, l'ús d'aquest bobinat en màquines elèctriques amb corrent altern d' alta potència és impossible a causa de l' alt grau de desgast del rotor en condicions de funcionament dures. Per aquest motiu, fins i tot en instal·lacions de mitjana potència, per als rotors s'utilitzen components d' alta resistència fets de forja massissa a base d'acers crom-níquel-molibdè o crom-níquel. D'acord amb els requisits tècnics de resistència, el diàmetre màxim de la part de treball del rotor d'un rotor de màquina síncrona no destacada no pot superar els 125 cm. La longitud màxima del rotor és de 8,5 m. Les unitats de pols no destacables que s'utilitzen a la indústria inclouen diversos turbogeneradors. Amb la seva ajuda, en particular, connecten els moments de funcionament de les turbines de vapor amb les centrals tèrmiques.

Característiques dels hidrogeneradors verticals

Una classe separada de MPT síncrons de pols sortints proveïts d'un eix vertical. Aquestes instal·lacions estan connectades a turbines hidràuliques i es seleccionen en funció de la potència dels cabals servits en termes de freqüència de rotació. La majoria de màquines de CA d'aquest tipus són de baixa velocitat, però alhora ho tenenun gran nombre de pols. Entre els components de treball crítics d'un generador hidràulic vertical, es pot destacar un coixinet d'empenta i un coixinet d'empenta, que suporta la càrrega de les parts giratòries del motor. El coixinet d'empenta, en particular, també està sotmès a la pressió del flux d'aigua, que actua sobre les pales de la turbina. A més, s'ofereix un fre per aturar la rotació, i també hi ha coixinets de guia a l'estructura de treball que perceben les forces radials.

A la part superior de la màquina, juntament amb el hidrogenerador, es poden col·locar unitats auxiliars, per exemple, un excitador de generador i un regulador. Per cert, aquesta última és una màquina de corrent alterna independent amb bobinatge i pals per a imants permanents. Aquesta configuració proporciona energia al motor per a la funció de governador automàtic. En els grans generadors hidràulics verticals, l'excitador es pot substituir per un generador síncron, que, juntament amb les unitats d'excitació i els rectificadors de mercuri, proporciona energia als dispositius d'alimentació que serveixen el procés de treball del generador hidràulic principal. La configuració de la màquina d'eix vertical també s'utilitza com a mecanisme d'accionament per a bombes hidràuliques de gran resistència.

MPT del col·lector

La presència d'una unitat col·lectora en el disseny de l'MPT sovint ve determinada per la necessitat de realitzar la funció de convertir la velocitat de rotació en la connexió elèctrica de circuits de diferents freqüències als bobinats del rotor i de l'estator. Aquesta solució us permet equipar el dispositiu amb addicionalspropietats operatives, inclosa la regulació automàtica dels paràmetres de funcionament. Les màquines col·lectores de CA que estan connectades a xarxes trifàsiques reben tres dits de raspall a cada segment de la divisió de doble pol. Els raspalls estan connectats entre si en un circuit paral·lel amb ponts. En aquest sentit, els MPT de col·lectors són similars als motors de corrent continu, però es diferencien d'ells pel nombre de raspalls utilitzats als pals. A més, l'estator d'aquest sistema pot tenir diversos bobinatges addicionals.

El bobinatge de l'induït tancat quan s'utilitza un col·lector amb raspalls trifàsics serà un bobinatge complex trifàsic amb una connexió delta. Durant la rotació de l'induït, cada fase del bobinatge manté una posició in alterada, però, les seccions passen alternativament d'una fase a una altra. Si s'utilitza un conjunt de raspalls de sis fases amb un desplaçament de 60 ° entre si en una màquina de commutador de CA, es forma un bobinatge de sis fases amb una connexió de polígon. Als raspalls d'una màquina multifàsica amb un grup de col·lectors, la freqüència actual està determinada per la rotació del flux magnètic en relació amb les escombretes fixes. La direcció de gir del rotor pot ser oposada o igualada.

Ús de MAT

Avui, els MPT s'utilitzen a tot arreu on, d'una forma o altra, es requereix la generació d'energia mecànica o elèctrica. Les grans unitats productives s'utilitzen en el manteniment de sistemes d'enginyeria, centrals elèctriques i unitats d'elevació i transport, i les unitats de baixa potència s'utilitzen a la llar normal.equips des de ventiladors fins a bombes. Però en ambdós casos, la finalitat de les màquines de corrent altern es redueix al desenvolupament del potencial energètic en volum suficient. Una altra cosa és que les diferències estructurals, la implementació de la configuració interna de l'estator i el rotor, així com la infraestructura de control són de fonamental importància.

Tot i que el dispositiu MPT general conserva el mateix conjunt de components funcionals durant molt de temps, els requisits creixents per al funcionament d'aquests sistemes obliguen els desenvolupadors a introduir controls i controls addicionals. En l'actual etapa de desenvolupament tecnològic, especialment en el context de l'ús de màquines de corrent altern en el sector industrial, és difícil imaginar el funcionament d'aquests motors i generadors sense mitjans d' alta precisió per regular els paràmetres de funcionament. Per a això, s'utilitzen diversos mètodes de control: pols, freqüència, reòstat, etc. La introducció de l'automatització a la infraestructura reguladora també és un tret característic de l'operació moderna del MPT. L'electrònica de control està connectada a la central elèctrica d'una banda i, de l' altra, als controladors de programari, que, segons un algorisme determinat, donen ordres per establir paràmetres específics del mecanisme.

Conclusió

Els generadors d'energia i els motors elèctrics són un component d'energia indispensable en la indústria actual. Per la seva funció, funcionen les màquines-eina, les instal·lacions de transport, de comunicació i altres unitats i aparells elèctrics que requereixen font d'alimentació. A lesEn aquest cas, hi ha una gran varietat de tipus i subespècies de màquines elèctriques de CA i CC, les característiques i característiques de les quals determinen finalment el nínxol per al seu funcionament. Les característiques tècniques i operatives de l'MPT inclouen un dispositiu estructural més senzill i requisits de manteniment relativament baixos. D' altra banda, les màquines de corrent continu resulten una solució més atractiva als problemes de subministrament d'alimentació en sistemes d'alimentació crítics complexos. El segment de producció domèstica d'equips industrials d'energia té una àmplia experiència en el disseny i la producció d'ambdós tipus de màquines elèctriques. Les grans empreses se centren cada cop més en el desenvolupament de solucions individuals amb característiques estructurals i operatives. Les desviacions dels dissenys estàndard s'associen sovint amb la necessitat de connectar unitats funcionals auxiliars i equips com ara sistemes de refrigeració, equips de protecció contra el sobreescalfament i les fluctuacions de la xarxa elèctrica, energia addicional i de reserva. A més, l'entorn operatiu extern té una influència considerable en algunes de les propietats estructurals de les màquines elèctriques, que també es té en compte en les etapes de disseny i creació d'equips.