Macchine AC: dispositivo, principio di funzionamento, applicazione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Le macchine elettriche svolgono la funzione critica di conversione dell'energia nei meccanismi di lavoro e nelle centrali elettriche. Tali dispositivi trovano la loro collocazione in aree diverse, fornendo agli organi esecutivi un potenziale di potenza sufficiente. Uno dei sistemi più popolari di questo tipo sono le macchine AC (ACM), che hanno diverse varietà e differenze all'interno della loro classe.

Informazioni generali su MAT

Il segmento dei convertitori MPT o elettromeccanici può essere suddiviso condizionatamente in sistemi monofase e trifase. Inoltre, a livello di base, si distinguono dispositivi asincroni, sincroni e collettori, mentre il principio generale di funzionamento e il design del design hanno molto in comune. Questa classificazione delle macchine AC è condizionata, poiché le moderne stazioni di conversione elettromeccanica coinvolgono parzialmente i flussi di lavoro di ciascun gruppo di dispositivi.

Di norma, l'MPT si basa su uno statore e un rotore, tra i quali è previsto un traferro. Anche in questo caso, indipendentemente dal tipo di macchina, il ciclo di lavoro si basa sulla rotazione del campo magnetico. Ma se in un'installazione sincrona il movimento del rotore corrisponde alla direzione del campo di forza, in una macchina asincrona il rotore può muoversi in una direzione diversa e con frequenze diverse. Questa differenza determina anche le caratteristiche dell'uso delle macchine. Quindi, se i sincroni possono fungere sia da generatore che da motore elettromeccanico, quelli asincroni vengono utilizzati principalmente come motori.

Per quanto riguarda il numero di fasi, si distinguono sistemi monofase e multifase. Inoltre, dal punto di vista dell'uso pratico, i rappresentanti della seconda categoria meritano attenzione. Si tratta per la maggior parte di macchine a corrente alternata trifase, in cui il campo magnetico svolge solo la funzione di vettore di energia. I dispositivi monofase, invece, a causa dell'impraticabilità operativa e delle grandi dimensioni, stanno progressivamente scomparendo dalla pratica applicativa, anche se in alcuni ambiti il fattore determinante nella loro scelta è il basso costo.

Differenze dalle macchine DC

La differenza strutturale fondamentale risiede nella posizione dell'avvolgimento. Nei sistemi CA copre lo statore e nelle macchine CC il rotore. In entrambi i gruppi, i motori elettrici differiscono per il tipo di eccitazione della corrente: mista, parallela e in serie. Oggi le macchine AC e DC sono utilizzate nell'industria, nell'agricoltura e nel settore domestico, ma le primeopzione è più interessante in termini di prestazioni. Gli alternatori e i motori a corrente alternata beneficiano di un design migliorato, dell'affidabilità e dell'elevata efficienza energetica.

L'uso di dispositivi in corrente continua è diffuso in aree in cui emergono i requisiti per l'accuratezza della regolazione dei parametri di funzionamento. Questi possono essere meccanismi di trazione per il trasporto, macchine utensili e strumenti di misura complessi. In termini di prestazioni, le macchine DC e AC hanno un'elevata efficienza, ma con diverse possibilità di adattamento tecnico e strutturale a specifiche condizioni applicative. Il funzionamento in CC offre più opzioni per il controllo della velocità, che è importante durante la manutenzione di servomotori e motori passo-passo.

Dispositivo MPT asincrono

Per la base tecnica di questo dispositivo sotto forma di rotore e statore, viene utilizzata una lamiera d'acciaio, che viene rivestita con uno strato isolante di colofonia su entrambi i lati prima del montaggio. Nelle macchine a bassa potenza, il nucleo può essere realizzato in acciaio elettrico senza rivestimento aggiuntivo, poiché in questo caso lo strato di ossido naturale sulla superficie del metallo funge da isolante. Lo statore è fissato nell'alloggiamento e il rotore sull'albero. Nelle macchine AC asincrone ad alta potenza, il nucleo del rotore può anche essere montato sul bordo dell'alloggiamento con un manicotto montato sull'albero. L'albero stesso deve ruotare sugli schermi dei cuscinetti, anch'essi fissati alla base dell'alloggiamento.

Le superfici esterne del rotore e le superfici interne dello statore sono inizialmente dotate di scanalature per accogliere i conduttori degli avvolgimenti. Nello statore delle macchine AC, l'avvolgimento è spesso trifase e collegato all'apposita rete a 380 V. Viene anche chiamato primario. L'avvolgimento del rotore viene eseguito in modo simile, le cui estremità di solito formano una connessione in una configurazione a stella. Sono inoltre forniti collettori rotanti, attraverso i quali è possibile collegare in aggiunta un reostato per la regolazione o un elemento di avviamento trifase.

È anche importante notare i parametri del traferro, che funge da zona di smorzamento che riduce rumore, vibrazioni e calore durante il funzionamento del dispositivo. Più grande è la macchina, maggiore dovrebbe essere il divario. Il suo valore può variare da uno a diversi millimetri. Se è strutturalmente impossibile lasciare spazio sufficiente per la zona d'aria, viene fornito un sistema di raffreddamento aggiuntivo per l'unità.

Il principio di funzionamento dell'MPT asincrono

L'avvolgimento trifase in questo caso è collegato a una rete simmetrica con una tensione trifase, a seguito della quale si forma un campo magnetico nel traferro. Per quanto riguarda l'avvolgimento dell'indotto, vengono prese misure speciali per ottenere una distribuzione spaziale armonica del campo per il gap di smorzamento, che forma un sistema di poli magnetici rotanti. Secondo il principio di funzionamento di una macchina a corrente alternata, ad ogni polo si forma un flusso magnetico che attraversa i circuiti degli avvolgimenti, provocando così la generazione di elettromotriceforza. Nell'avvolgimento trifase viene indotta una corrente trifase che fornisce la coppia del motore. Sullo sfondo dell'interazione della corrente del rotore con i flussi magnetici, si forma una forza elettromagnetica sui conduttori.

Se il rotore, sotto l'azione di una forza esterna, viene messo in moto, la cui direzione corrisponde alla direzione dei flussi del campo magnetico della macchina AC, allora il rotore comincerà a sorpassare il velocità di rotazione del campo. Ciò si verifica quando la velocità dello statore supera la frequenza sincrona nominale. Allo stesso tempo, verrà modificata la direzione del movimento delle forze elettromagnetiche. In questo modo si forma una coppia frenante ad azione inversa. Questo principio di funzionamento consente di utilizzare la macchina come generatore funzionante nella modalità di uscita di potenza attiva alla rete.

Progettazione e principio di funzionamento dell'MPT sincrono

In termini di design e posizione dello statore, una macchina sincrona è simile a una asincrona. L'avvolgimento è detto armatura e viene eseguito con lo stesso numero di poli del caso precedente. Il rotore è dotato di un avvolgimento di eccitazione, la cui alimentazione di energia è fornita da collettori rotanti e spazzole collegate a una sorgente di corrente continua. Una sorgente è un generatore-eccitatore a bassa potenza montato su un singolo albero. In una macchina sincrona a corrente alternata, l'avvolgimento funge da generatore del campo magnetico primario. Durante il processo di progettazione, i progettisti si sforzano di creare condizioni in modo che la distribuzione induttiva del campo di eccitazionesulle superfici dello statore era il più vicino possibile alla sinusoidale.

A carichi maggiori, l'avvolgimento dello statore genera un campo magnetico con rotazione nella direzione del rotore con la stessa frequenza. Pertanto, si forma un unico campo di rotazione, in cui il campo dello statore influenzerà il rotore. Questo dispositivo di macchine AC consente loro di essere utilizzati come motori elettrici, se inizialmente viene fornita una corrente trifase all'avvolgimento sincrono. Tali sistemi creano le condizioni per la rotazione coordinata del rotore con una frequenza corrispondente al campo dello statore.

Macchine sincrone salienti e non salienti

La principale differenza tra i sistemi di pali salienti è la presenza di pali sporgenti nel progetto, che sono fissati a speciali sporgenze del pozzo. Nei meccanismi tipici, il fissaggio viene effettuato con l'aiuto di elementi di fissaggio della coda a forma di T sul bordo della croce o sull'albero attraverso la boccola. Nel dispositivo delle macchine AC a bassa potenza, lo stesso problema può essere risolto con connessioni bullonate. Come materiale di avvolgimento viene utilizzata la striscia di rame, che viene avvolta su un bordo, isolando con guarnizioni speciali. Nelle alette con i poli nelle scanalature, sono posizionate le aste di avvolgimento per l'avviamento. In questo caso viene utilizzato un materiale ad alta resistività come l'ottone. I contorni degli avvolgimenti alle estremità sono saldati agli elementi di cortocircuito, formando anelli comuni per un cortocircuito. Le macchine a poli salienti con un potenziale di potenza di 10-12 kW possono essere eseguite nel cosiddetto design invertito, quando l'indotto ruota e i poli induttori rimangono fissicondizione.

Nelle macchine ad aste non salienti, il design si basa su un rotore cilindrico in acciaio forgiato. Ci sono scanalature nel rotore per formare l'avvolgimento di eccitazione, i cui poli sono calcolati per alte velocità. Tuttavia, l'uso di un tale avvolgimento in macchine elettriche con corrente alternata ad alta potenza è impossibile a causa dell'elevato grado di usura del rotore in condizioni operative difficili. Per questo motivo, anche negli impianti di media potenza, per i rotori vengono utilizzati componenti ad alta resistenza realizzati da solidi forgiati a base di acciai al cromo-nichel-molibdeno o al cromo-nichel. In conformità con i requisiti tecnici di resistenza, il diametro massimo della parte di lavoro del rotore di un rotore di una macchina sincrona non saliente non può superare i 125 cm di elementi. La lunghezza massima del rotore è di 8,5 m Le unità polari non salienti utilizzate nell'industria includono vari turbogeneratori. Con il loro aiuto, in particolare, collegano i momenti di funzionamento delle turbine a vapore con le centrali termiche.

Caratteristiche dei generatori idroelettrici verticali

Una classe separata di MPT sincroni a poli salienti dotati di albero verticale. Tali impianti sono collegati a turbine idrauliche e sono selezionati in base alla potenza dei flussi serviti in termini di frequenza di rotazione. La maggior parte delle macchine AC di questo tipo sono a bassa velocità, ma allo stesso tempo ce l'hannoun gran numero di poli. Tra i componenti operativi critici di un idrogeneratore verticale, si possono notare un cuscinetto reggispinta e un cuscinetto reggispinta, che sopporta il carico dalle parti rotanti del motore. Il cuscinetto reggispinta, in particolare, è anche sottoposto alla pressione del flusso d'acqua, che agisce sulle pale della turbina. Inoltre è previsto un freno per fermare la rotazione e nella struttura di lavoro sono presenti anche cuscinetti di guida che percepiscono le forze radiali.

Nella parte superiore della macchina, insieme all'idrogeneratore, possono essere collocate unità ausiliarie, ad esempio un eccitatore generatore e un regolatore. A proposito, quest'ultima è una macchina AC indipendente con avvolgimento e poli per magneti permanenti. Questa impostazione fornisce alimentazione al motore per la funzione del regolatore automatico. Nei grandi idrogeneratori verticali, l'eccitatore può essere sostituito da un generatore sincrono che, insieme alle unità di eccitazione e ai raddrizzatori a mercurio, fornisce energia ai dispositivi di potenza che servono il processo di lavoro dell'idrogeneratore principale. La configurazione della macchina ad albero verticale viene utilizzata anche come meccanismo di azionamento per pompe idrauliche per impieghi gravosi.

Collezionista MPT

La presenza di un'unità collettore nella progettazione dell'MPT è spesso determinata dalla necessità di svolgere la funzione di conversione della velocità di rotazione nel collegamento elettrico di circuiti a frequenza diversa sugli avvolgimenti del rotore e dello statore. Questa soluzione consente di dotare il dispositivo di ulterioriproprietà operative, inclusa la regolazione automatica dei parametri operativi. Le macchine di raccolta AC collegate a reti trifase ricevono tre spazzole in ciascun segmento della divisione bipolare. Le spazzole sono collegate tra loro in un circuito parallelo con ponticelli. In questo senso, i collettori MPT sono simili ai motori in corrente continua, ma differiscono da essi per il numero di spazzole utilizzate sui poli. Inoltre, lo statore in questo sistema può avere diversi avvolgimenti aggiuntivi.

L'avvolgimento dell'indotto chiuso quando si utilizza un collettore con spazzole trifase sarà un avvolgimento complesso trifase con una connessione a triangolo. Durante la rotazione dell'indotto ogni fase dell'avvolgimento mantiene una posizione invariata, tuttavia le sezioni passano alternativamente da una fase all' altra. Se in una macchina a collettore CA viene utilizzato un set di spazzole a sei fasi con uno spostamento di 60 ° l'una rispetto all' altra, si forma un avvolgimento a sei fasi con una connessione poligonale. Sulle spazzole di una macchina multifase con gruppo collettore, la frequenza della corrente è determinata dalla rotazione del flusso magnetico rispetto alle spazzole fisse. La direzione di rotazione del rotore può essere contraria o abbinata.

Uso di MAT

Oggi, gli MPT sono usati ovunque dove, in una forma o nell' altra, sia richiesta la generazione di energia meccanica o elettrica. Le unità produttive di grandi dimensioni sono utilizzate nella manutenzione di sistemi di ingegneria, centrali elettriche e unità di sollevamento e trasporto e le unità a bassa potenza sono utilizzate nelle normali abitazioniapparecchiature dai ventilatori alle pompe. Ma in entrambi i casi, lo scopo delle macchine AC si riduce allo sviluppo del potenziale energetico in un volume sufficiente. Un' altra cosa è che le differenze strutturali, l'implementazione della configurazione interna dello statore e del rotore, nonché l'infrastruttura di controllo sono di fondamentale importanza.

Sebbene il dispositivo MPT generale mantenga lo stesso insieme di componenti funzionali per lungo tempo, i crescenti requisiti per il funzionamento di tali sistemi obbligano gli sviluppatori a introdurre controlli e controlli aggiuntivi. Allo stato attuale dello sviluppo tecnologico, soprattutto nell'ambito dell'impiego di macchine a corrente alternata nel settore industriale, è difficile immaginare il funzionamento di tali motori e generatori senza mezzi di alta precisione per la regolazione dei parametri di funzionamento. Per questo, viene utilizzata una varietà di metodi di controllo: impulso, frequenza, reostato, ecc. L'introduzione dell'automazione nell'infrastruttura normativa è anche una caratteristica del moderno funzionamento MPT. L'elettronica di controllo è collegata alla centrale elettrica da un lato e, dall' altro, ai controller software, che, secondo un determinato algoritmo, danno comandi per impostare parametri specifici del meccanismo.

Conclusione

I generatori di corrente ei motori elettrici sono un componente di potenza indispensabile nell'industria di oggi. A causa della loro funzione, sono in funzione macchine utensili, trasporti, impianti di comunicazione e altre unità e dispositivi elettrici che richiedono alimentazione. InIn questo caso, esiste una vasta gamma di tipi e sottospecie di macchine elettriche CA e CC, le cui caratteristiche e caratteristiche determinano in definitiva la nicchia per il loro funzionamento. Le caratteristiche tecniche e operative dell'MPT includono un dispositivo strutturale più semplice e requisiti di manutenzione relativamente bassi. D' altra parte, le macchine DC si rivelano una soluzione più interessante ai problemi di alimentazione in complessi sistemi di alimentazione critici. Il segmento della produzione domestica di apparecchiature industriali di potenza ha una vasta esperienza nella progettazione e produzione di entrambi i tipi di macchine elettriche. Le grandi imprese si stanno concentrando sempre più sullo sviluppo di soluzioni individuali con caratteristiche strutturali e operative. Le deviazioni dai progetti standard sono spesso associate alla necessità di collegare unità funzionali ausiliarie e apparecchiature come sistemi di raffreddamento, dispositivi di protezione contro il surriscaldamento e le fluttuazioni di rete, alimentazione aggiuntiva e di backup. Inoltre, l'ambiente operativo esterno ha una notevole influenza su alcune delle proprietà strutturali delle macchine elettriche, di cui si tiene conto anche nelle fasi di progettazione e creazione delle apparecchiature.