Máy AC: thiết bị, nguyên lý hoạt động, ứng dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Máy điện thực hiện chức năng quan trọng là chuyển hóa năng lượng trong các cơ cấu làm việc và trạm phát điện. Các thiết bị như vậy tìm thấy vị trí của chúng ở các khu vực khác nhau, cung cấp cho các cơ quan điều hành đủ tiềm lực năng lượng. Một trong những hệ thống phổ biến nhất thuộc loại này là máy điện xoay chiều (ACM), có một số giống và khác biệt trong loại của chúng.

Thông tin chung về MAT

Phân đoạn của bộ chuyển đổi MPT hoặc cơ điện có thể được chia theo điều kiện thành hệ thống một pha và ba pha. Ngoài ra, ở cấp độ cơ bản, thiết bị không đồng bộ, đồng bộ và thiết bị thu được phân biệt, trong khi nguyên tắc hoạt động chung và thiết kế thiết kế có nhiều điểm chung. Việc phân loại máy điện xoay chiều này là có điều kiện, vì các trạm chuyển đổi cơ điện hiện đại liên quan một phần đến quy trình công việc từ mỗi nhóm thiết bị.

Theo quy luật, MPT dựa trên một stato và một rôto, giữa đó có một khe hở không khí. Một lần nữa, bất kể loại máy móc nào, chu trình làm việc đều dựa trên chuyển động quay của từ trường. Nhưng nếu trong lắp đặt đồng bộ, chuyển động của rôto tương ứng với hướng của trường lực, thì trong máy điện không đồng bộ, rôto có thể chuyển động theo hướng khác và với tần số khác nhau. Sự khác biệt này cũng quyết định đến tính năng sử dụng của máy móc. Vì vậy, nếu đồng bộ có thể hoạt động như một máy phát điện và động cơ điện, thì những động cơ không đồng bộ chủ yếu được sử dụng làm động cơ.

Đối với số lượng pha, hệ thống một pha và nhiều pha được phân biệt. Hơn nữa, từ quan điểm của việc sử dụng thực tế, các đại diện của loại thứ hai đáng được chú ý. Đây là đối với hầu hết các máy điện xoay chiều ba pha, trong đó từ trường chỉ thực hiện chức năng của một vật mang năng lượng. Mặt khác, các thiết bị một pha, do hoạt động không thực tế và kích thước lớn, đang dần biến mất khỏi thực tiễn ứng dụng, mặc dù trong một số lĩnh vực, yếu tố quyết định trong sự lựa chọn của chúng là chi phí thấp.

Sự khác biệt so với máy DC

Sự khác biệt cơ bản về cấu trúc nằm ở vị trí của cuộn dây. Trong hệ thống điện xoay chiều, nó bao gồm stato, và trong máy điện một chiều, rôto. Trong cả hai nhóm, động cơ điện khác nhau về kiểu kích từ - hỗn hợp, song song và nối tiếp. Ngày nay, máy điện xoay chiều và máy điện một chiều được sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và khu vực nội địa, nhưng chiếc máy đầu tiêntùy chọn hấp dẫn hơn về mặt hiệu suất. Máy phát điện và động cơ AC được hưởng lợi từ thiết kế cải tiến, độ tin cậy và hiệu suất năng lượng cao.

Việc sử dụng các thiết bị dòng điện một chiều là phổ biến ở các khu vực đặt yêu cầu về độ chính xác của việc điều chỉnh các thông số vận hành. Đây có thể là các cơ cấu kéo vận chuyển, máy công cụ và các dụng cụ đo lường phức tạp. Về hiệu suất, máy điện một chiều và máy điện xoay chiều có hiệu suất cao, nhưng có khả năng điều chỉnh kỹ thuật và kết cấu khác nhau cho phù hợp với các điều kiện ứng dụng cụ thể. Hoạt động DC cung cấp nhiều tùy chọn hơn để kiểm soát tốc độ, điều này rất quan trọng khi bảo dưỡng động cơ bước và servo.

Thiết bị MPT không đồng bộ

Đối với cơ sở kỹ thuật của thiết bị này ở dạng rôto và stato, thép tấm được sử dụng, được phủ một lớp nhựa thông dầu cách điện ở cả hai mặt trước khi lắp ráp. Trong các máy công suất thấp, lõi có thể được làm bằng thép điện mà không cần lớp phủ bổ sung, vì trong trường hợp này, lớp oxit tự nhiên trên bề mặt kim loại đóng vai trò như một chất cách điện. Stato được cố định trong vỏ và rôto trên trục. Trong máy điện xoay chiều công suất lớn không đồng bộ, lõi rôto cũng có thể được lắp trên vành vỏ bằng ống bọc gắn trên trục. Bản thân trục phải quay trên các tấm chắn ổ trục, các tấm chắn này cũng được cố định vào đế của vỏ.

Bề mặt bên ngoài của rôto và bề mặt bên trong của stato ban đầu được tạo rãnh để chứa các dây dẫn của cuộn dây. Trong stato của máy điện xoay chiều, cuộn dây thường là ba pha và được nối với mạng 380 V. Nó còn được gọi là sơ cấp. Cuộn dây rôto cũng được thực hiện tương tự, các đầu của chúng thường tạo thành kết nối theo cấu hình hình sao. Vòng trượt cũng được cung cấp, qua đó có thể kết nối thêm bộ điều chỉnh lưu biến để điều chỉnh hoặc phần tử khởi động ba pha.

Cũng cần lưu ý thông số khe hở gió, có tác dụng như một vùng van điều tiết giúp giảm tiếng ồn, độ rung và độ nóng trong quá trình hoạt động của thiết bị. Máy càng lớn thì khe hở càng lớn. Giá trị của nó có thể thay đổi từ một đến vài mm. Nếu về mặt cấu trúc, không thể để lại đủ không gian cho vùng không khí, thì một hệ thống làm mát bổ sung cho thiết bị sẽ được cung cấp.

Nguyên lý hoạt động của MPT không đồng bộ

Cuộn dây ba pha trong trường hợp này được nối với mạng đối xứng có điện áp ba pha, do đó từ trường được hình thành trong khe hở không khí. Đối với dây quấn phần ứng, các biện pháp đặc biệt được thực hiện để đạt được sự phân bố điều hòa của trường trong không gian đối với khe hở tắt dần, tạo thành một hệ thống các cực từ quay. Theo nguyên lý hoạt động của máy điện xoay chiều, ở mỗi cực hình thành một từ thông xuyên qua các mạch cuộn dây, từ đó sinh ra suất điện động.sức mạnh. Trong cuộn dây ba pha xuất hiện dòng điện ba pha, cung cấp mômen quay cho động cơ. Trong bối cảnh tương tác của dòng điện rôto với từ thông, lực điện từ được hình thành trên các dây dẫn.

Nếu rôto, dưới tác dụng của ngoại lực, chuyển động có hướng tương ứng với hướng của từ thông của máy điện xoay chiều, thì rôto sẽ bắt đầu chuyển động tỷ lệ quay của ruộng. Điều này xảy ra khi tốc độ stato vượt quá tần số đồng bộ danh định. Đồng thời, hướng chuyển động của lực điện từ sẽ bị thay đổi. Bằng cách này, mômen phanh có tác dụng ngược được hình thành. Nguyên lý hoạt động này cho phép máy được sử dụng như một máy phát điện hoạt động ở chế độ công suất hoạt động phát ra mạng.

Thiết kế và nguyên lý hoạt động của MPT đồng bộ

Về thiết kế và vị trí của stato, máy điện đồng bộ tương tự máy điện không đồng bộ. Cuộn dây được gọi là phần ứng và được thực hiện với cùng một số cực như trong trường hợp trước. Rôto được cung cấp một cuộn dây kích từ, nguồn năng lượng được cung cấp bởi các vòng trượt và chổi than được nối với nguồn dòng điện một chiều. Nguồn là một máy phát công suất thấp được lắp trên một trục. Trong máy điện xoay chiều đồng bộ, cuộn dây đóng vai trò như máy phát từ trường sơ cấp. Trong quá trình thiết kế, các nhà thiết kế cố gắng tạo ra các điều kiện để phân bố quy nạp của trường kích thíchtrên các bề mặt của stato càng gần hình sin càng tốt.

Khi tăng tải, cuộn dây stato tạo ra từ trường quay theo hướng của rôto với cùng tần số. Do đó, một trường quay duy nhất được hình thành, trong đó trường stato sẽ ảnh hưởng đến rôto. Thiết bị này của máy điện xoay chiều cho phép chúng được sử dụng như động cơ điện, nếu ban đầu dòng điện ba pha được cung cấp cho cuộn dây đồng bộ. Các hệ thống như vậy tạo điều kiện cho chuyển động quay phối hợp của rôto với tần số tương ứng với trường stato.

Máy đồng bộ nổi bật và không nổi bật

Sự khác biệt chính giữa các hệ thống cực nổi là sự hiện diện của các cực nhô ra trong thiết kế, được gắn vào các phần nhô ra đặc biệt của trục. Trong các cơ cấu điển hình, việc cố định được thực hiện với sự trợ giúp của các chốt đuôi hình chữ T vào vành chữ thập hoặc trục qua ống lót. Trong thiết bị của máy điện xoay chiều công suất thấp, vấn đề tương tự có thể được giải quyết bằng các kết nối bắt vít. Là một vật liệu cuộn, đồng dải được sử dụng, được quấn trên một cạnh, cách điện bằng các miếng đệm đặc biệt. Trong vấu có các cực trong rãnh, người ta đặt các thanh quấn để khởi động. Trong trường hợp này, vật liệu có điện trở suất cao như đồng thau được sử dụng. Các đường viền cuộn dây ở các đầu được hàn vào các phần tử ngắn mạch, tạo thành các vòng chung cho một đoạn ngắn mạch. Máy điện cực nổi có điện thế 10-12 kW có thể được thực hiện trong cái gọi là thiết kế ngược, khi phần ứng quay và các cực của cuộn cảm vẫn đứng yên.điều kiện.

Trong các máy cực không nổi bật, thiết kế dựa trên một rôto hình trụ làm bằng thép rèn. Có các rãnh trong rôto để tạo thành dây quấn kích thích, các cực của chúng được tính toán cho tốc độ cao. Tuy nhiên, việc sử dụng cuộn dây như vậy trong máy điện có dòng điện xoay chiều công suất lớn là không thể do rôto bị mài mòn nhiều trong điều kiện vận hành khắc nghiệt. Vì lý do này, ngay cả trong các lắp đặt công suất trung bình, các bộ phận có độ bền cao được làm bằng vật liệu rèn rắn dựa trên thép crom-niken-molypden hoặc crom-niken được sử dụng cho rôto. Phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật về độ bền, đường kính lớn nhất của bộ phận làm việc của rôto của rôto máy điện đồng bộ không nổi bật không được vượt quá 125 cm. Chiều dài tối đa của rôto là 8,5 m. Các đơn vị cực không nổi bật được sử dụng trong công nghiệp bao gồm các máy phát điện tăng áp khác nhau. Đặc biệt, với sự giúp đỡ của họ, họ kết nối các khoảnh khắc vận hành của tuabin hơi nước với các nhà máy nhiệt điện.

Tính năng của máy phát thủy điện trục đứng

Một lớp MPT đồng bộ cực nổi riêng biệt được cung cấp với trục thẳng đứng. Việc lắp đặt như vậy được kết nối với tuabin thủy lực và được lựa chọn theo công suất của các dòng phục vụ về tần số quay. Hầu hết các máy AC thuộc loại này có tốc độ thấp, nhưng đồng thời chúng cómột số lượng lớn các cực. Trong số các bộ phận làm việc quan trọng của máy phát thủy thẳng đứng, người ta có thể lưu ý đến ổ trục đẩy và ổ đỡ lực đẩy, chịu tải trọng từ các bộ phận quay của động cơ. Đặc biệt, ổ đỡ lực đẩy còn phải chịu áp lực của dòng nước tác động lên các cánh tuabin. Ngoài ra, một phanh được cung cấp để dừng quay và các ổ trục dẫn hướng cũng có trong cơ cấu làm việc nhận biết các lực hướng tâm.

Ở phần trên của máy, cùng với bộ tạo thủy, có thể đặt các bộ phụ trợ - ví dụ, bộ kích từ máy phát và bộ điều chỉnh. Nhân tiện, máy thứ hai là một máy điện xoay chiều độc lập với một cuộn dây và các cực cho nam châm vĩnh cửu. Cài đặt này cung cấp năng lượng cho động cơ cho chức năng điều tốc tự động. Trong các máy phát điện thủy công trục đứng lớn, máy kích từ có thể được thay thế bằng máy phát điện đồng bộ, cùng với bộ kích từ và bộ chỉnh lưu thủy ngân, cung cấp nguồn điện cho các thiết bị điện phục vụ quá trình làm việc của máy phát thủy điện chính. Cấu hình máy trục đứng cũng được sử dụng làm cơ cấu truyền động cho máy bơm thủy lực hạng nặng.

Bộ sưu tập MPT

Sự hiện diện của bộ phận góp trong thiết kế của MPT thường được xác định bởi nhu cầu thực hiện chức năng chuyển đổi tốc độ quay trong kết nối điện của các mạch tần số khác nhau trên cuộn dây rôto và stato. Giải pháp này cho phép bạn trang bị thêm cho thiết bịđặc tính vận hành, bao gồm quy định tự động các thông số vận hành. Máy thu điện xoay chiều được kết nối với mạng ba pha nhận được ba ngón tay chổi quét trong mỗi đoạn của bộ phân đôi cực. Các bàn chải được kết nối với nhau trong một mạch song song với jumper. Theo nghĩa này, MPT bộ thu tương tự như động cơ DC, nhưng khác chúng ở số chổi được sử dụng trên các cực. Ngoài ra, stato trong hệ thống này có thể có một số cuộn dây bổ sung.

Dây quấn phần ứng kín khi sử dụng cực thu có chổi than ba pha sẽ là dây quấn phức hợp ba pha có đấu nối tam giác. Trong quá trình quay của phần ứng, mỗi pha của cuộn dây giữ một vị trí không thay đổi, tuy nhiên, các phần luân phiên chuyển từ pha này sang pha khác. Nếu bộ chổi than sáu pha có sự dịch chuyển 60 ° so với nhau được sử dụng trong máy điện cổ góp xoay chiều, thì cuộn dây sáu pha được hình thành với kết nối đa giác. Trên chổi điện của máy điện nhiều pha có nhóm cực góp, tần số dòng điện được xác định bằng chuyển động quay của từ thông so với chổi điện cố định. Hướng quay của rôto có thể ngược lại hoặc khớp với nhau.

Sử dụng MAT

Ngày nay, MPT được sử dụng ở mọi nơi, ở dạng này hay dạng khác, cần phải tạo ra năng lượng cơ hoặc điện. Các đơn vị sản xuất lớn được sử dụng trong việc bảo trì các hệ thống kỹ thuật, trạm điện và các đơn vị nâng hạ và vận chuyển, và các đơn vị công suất thấp được sử dụng trong các hộ gia đình bình thườngthiết bị từ quạt đến máy bơm. Nhưng trong cả hai trường hợp, mục đích của máy điện xoay chiều được giảm xuống để phát triển thế năng ở mức đủ khối lượng. Một điều nữa là sự khác biệt về cấu trúc, việc thực hiện cấu hình bên trong của stato và rôto, cũng như cơ sở hạ tầng điều khiển có tầm quan trọng cơ bản.

Mặc dù thiết bị MPT chung vẫn giữ nguyên bộ thành phần chức năng trong một thời gian dài, nhưng yêu cầu ngày càng tăng đối với hoạt động của các hệ thống này buộc các nhà phát triển phải đưa ra các điều khiển và điều khiển bổ sung. Ở giai đoạn phát triển công nghệ hiện nay, đặc biệt là trong bối cảnh sử dụng máy điện xoay chiều trong lĩnh vực công nghiệp, khó có thể hình dung hoạt động của các động cơ và máy phát điện như vậy mà không có các phương tiện chính xác cao để điều chỉnh các thông số vận hành. Đối với điều này, nhiều phương pháp điều khiển được sử dụng - xung, tần số, bộ lưu biến, v.v. Việc đưa tự động hóa vào cơ sở hạ tầng quy định cũng là một tính năng đặc trưng của hoạt động MPT hiện đại. Thiết bị điện tử điều khiển một mặt được kết nối với nhà máy điện và mặt khác - với bộ điều khiển phần mềm, theo một thuật toán nhất định, đưa ra các lệnh để thiết lập các thông số cụ thể của cơ chế.

Kết

Máy phát điện và động cơ điện là thành phần điện năng không thể thiếu trong ngành công nghiệp ngày nay. Do chức năng của chúng, các công cụ máy móc, phương tiện giao thông, lắp đặt thông tin liên lạc và các đơn vị và thiết bị điện khác yêu cầu cung cấp điện hoạt động. TạiTrong trường hợp này, có rất nhiều loại và phân loài của máy điện xoay chiều và điện một chiều, các tính năng và đặc điểm của chúng cuối cùng xác định vị trí thích hợp cho hoạt động của chúng. Các tính năng kỹ thuật và hoạt động của MPT bao gồm một thiết bị cấu trúc đơn giản hơn và yêu cầu bảo trì tương đối thấp. Mặt khác, máy điện một chiều hóa ra lại là một giải pháp hấp dẫn hơn cho các vấn đề cung cấp điện trong các hệ thống điện quan trọng phức tạp. Phân khúc sản xuất thiết bị công nghiệp điện trong nước có nhiều kinh nghiệm trong việc thiết kế và sản xuất cả hai loại máy điện. Các doanh nghiệp lớn đang ngày càng tập trung vào việc phát triển các giải pháp riêng lẻ với các đặc điểm cấu trúc và hoạt động. Sự sai lệch so với thiết kế tiêu chuẩn thường liên quan đến nhu cầu kết nối các đơn vị và thiết bị chức năng phụ trợ như hệ thống làm mát, thiết bị bảo vệ chống quá nhiệt và dao động nguồn, nguồn bổ sung và dự phòng. Ngoài ra, môi trường vận hành bên ngoài có ảnh hưởng đáng kể đến một số đặc tính cấu tạo của máy điện, điều này cũng được tính đến ở giai đoạn thiết kế và chế tạo thiết bị.