آلات التيار المتردد: الجهاز ، مبدأ التشغيل ، التطبيق

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

تقوم الآلات الكهربائية بالوظيفة الحاسمة لتحويل الطاقة في آليات العمل ومحطات التوليد. تجد مثل هذه الأجهزة مكانها في مناطق مختلفة ، حيث تزود الأجهزة التنفيذية بإمكانيات الطاقة الكافية. من أكثر الأنظمة شيوعًا من هذا النوع آلات التكييف (ACMs) ، والتي لها العديد من الأصناف والاختلافات داخل فئتها.

معلومات عامة حول MAT

يمكن تقسيم مقطع MPT أو المحولات الكهروميكانيكية بشكل مشروط إلى أنظمة أحادية الطور وثلاث مراحل. أيضًا ، على المستوى الأساسي ، تتميز الأجهزة غير المتزامنة والمتزامنة والمجمعة ، في حين أن المبدأ العام لتصميم التشغيل والتصميم لهما الكثير من القواسم المشتركة. هذا التصنيف لآلات التيار المتردد مشروط ، لأن محطات التحويل الكهروميكانيكية الحديثة تتضمن جزئيًا تدفقات عمل من كل مجموعة من الأجهزة.

كقاعدة عامة ، يعتمد MPT على الجزء الثابت والدوار ، حيث يتم توفير فجوة هوائية. مرة أخرى ، بغض النظر عن نوع الآلة ، تعتمد دورة العمل على دوران المجال المغناطيسي. ولكن إذا كانت حركة الدوار في التثبيت المتزامن تتوافق مع اتجاه مجال القوة ، فعندئذٍ في آلة غير متزامنة يمكن أن يتحرك الدوار في اتجاه مختلف وبترددات مختلفة. يحدد هذا الاختلاف أيضًا ميزات استخدام الآلات. لذلك ، إذا كان المتزامن يمكن أن يعمل كمولد وكمحرك كهروميكانيكي ، فإن المحركات غير المتزامنة تستخدم بشكل أساسي كمحركات.

بالنسبة لعدد المراحل ، يتم تمييز الأنظمة أحادية ومتعددة الطور. علاوة على ذلك ، من وجهة نظر الاستخدام العملي ، فإن ممثلي الفئة الثانية يستحقون الاهتمام. هذه هي في معظمها آلات التيار المتردد ثلاثية الطور ، حيث يؤدي المجال المغناطيسي وظيفة ناقل الطاقة. من ناحية أخرى ، تختفي الأجهزة أحادية الطور تدريجياً من ممارسة التطبيق ، بسبب عدم التطبيق العملي والأحجام الكبيرة ، على الرغم من أن العامل الحاسم في اختيارهم منخفض التكلفة في بعض المناطق.

الاختلافات عن آلات التيار المستمر

يكمن الاختلاف الهيكلي الأساسي في موقع اللف. في أنظمة التيار المتردد ، يغطي الجزء الثابت ، وفي آلات التيار المستمر ، الدوار. في كلا المجموعتين ، تختلف المحركات الكهربائية في نوع الإثارة الحالية - مختلطة ، متوازية ومتسلسلة. اليوم ، تُستخدم آلات التيار المتردد والتيار المستمر في الصناعة والزراعة والقطاع المحلي ، ولكنها الأولىالخيار أكثر جاذبية من حيث الأداء. تستفيد المولدات ومحركات التيار المتردد من التصميم المحسن والموثوقية وكفاءة الطاقة العالية.

ينتشر استخدام أجهزة التيار المباشر في المناطق التي تبرز فيها متطلبات دقة تنظيم معلمات التشغيل. يمكن أن تكون هذه آليات جر النقل ، وأدوات الآلات وأدوات القياس المعقدة. من حيث الأداء ، تتمتع آلات التيار المستمر والتيار المتردد بكفاءة عالية ، ولكن مع إمكانيات مختلفة للتعديل الفني والهيكلي لظروف التطبيق المحددة. يوفر تشغيل التيار المستمر مزيدًا من الخيارات للتحكم في السرعة ، وهو أمر مهم عند خدمة محركات المؤازرة والخطوة.

جهاز MPT غير متزامن

للأساس التقني لهذا الجهاز على شكل دوار و الجزء الثابت ، يتم استخدام صفائح فولاذية مطلية بطبقة عازلة من الصنوبري الزيتية على كلا الجانبين قبل التجميع. في الآلات منخفضة الطاقة ، يمكن أن يكون القلب مصنوعًا من الفولاذ الكهربائي بدون طلاء إضافي ، حيث تعمل طبقة الأكسيد الطبيعي الموجودة على سطح المعدن في هذه الحالة كعازل. يتم تثبيت الجزء الثابت في الهيكل ، والدوار على العمود. في آلات التيار المتردد عالية الطاقة غير المتزامنة ، يمكن أيضًا تركيب قلب الدوار على حافة السكن مع جلبة مثبتة على العمود. يجب أن يدور العمود نفسه على دروع المحمل ، والتي يتم تثبيتها أيضًا على قاعدة السكن.

يتم تزويد الأسطح الخارجية للعضو الدوار والأسطح الداخلية للجزء الثابت مبدئيًا بأخاديد لاستيعاب موصلات اللف. في الجزء الثابت لآلات التيار المتردد ، غالبًا ما يكون الملف ثلاثي الأطوار ومتصلًا بشبكة 380 فولت المناسبة ، ويسمى أيضًا أساسيًا. يتم إجراء لف الدوار بالمثل ، حيث تشكل نهاياته عادةً اتصالًا في تكوين نجم. يتم أيضًا توفير حلقات الانزلاق ، والتي من خلالها يمكن بشكل إضافي توصيل مقاومة متغيرة للضبط أو عنصر بدء ثلاثي الطور.

من المهم أيضًا ملاحظة معلمات فجوة الهواء ، والتي تعمل كمنطقة مانعة للتسرب تقلل من الضوضاء والاهتزاز والحرارة أثناء تشغيل الجهاز. كلما كانت الآلة أكبر ، يجب أن تكون الفجوة أكبر. يمكن أن تختلف قيمتها من 1 إلى عدة ملليمترات. إذا كان من المستحيل من الناحية الهيكلية ترك مساحة كافية لمنطقة الهواء ، فسيتم توفير نظام تبريد إضافي للوحدة.

مبدأ تشغيل MPT غير المتزامن

اللف ثلاثي الطور في هذه الحالة متصل بشبكة متناظرة بجهد ثلاثي الطور ، ونتيجة لذلك يتشكل مجال مغناطيسي في فجوة الهواء. فيما يتعلق بملف المحرك ، يتم اتخاذ تدابير خاصة لتحقيق التوزيع المكاني التوافقي للحقل لفجوة التخميد ، والتي تشكل نظامًا للأقطاب المغناطيسية الدوارة. وفقًا لمبدأ تشغيل آلة التيار المتردد ، يتم تكوين تدفق مغناطيسي في كل قطب ، والذي يعبر دوائر اللف ، مما يؤدي إلى توليد محرك كهربائيقوة. يتم تحفيز تيار ثلاثي الطور في الملف ثلاثي الطور ، والذي يوفر عزم دوران المحرك. على خلفية تفاعل تيار الدوار مع التدفقات المغناطيسية ، تتشكل قوة كهرومغناطيسية على الموصلات.

إذا تم ضبط الدوار ، تحت تأثير قوة خارجية ، في اتجاه يتوافق مع اتجاه تدفقات المجال المغناطيسي لآلة التيار المتردد ، فسيبدأ الدوار في تجاوز معدل دوران المجال. يحدث هذا عندما تتجاوز سرعة الجزء الثابت التردد المتزامن المقدر. في الوقت نفسه ، سيتم تغيير اتجاه حركة القوى الكهرومغناطيسية. بهذه الطريقة ، يتم تشكيل عزم الكبح مع عمل عكسي. يسمح مبدأ التشغيل هذا باستخدام الجهاز كمولد يعمل في وضع خرج الطاقة النشط للشبكة.

تصميم ومبدأ تشغيل MPT متزامن

من حيث تصميم وموقع الجزء الثابت ، فإن الآلة المتزامنة تشبه الآلة غير المتزامنة. يُطلق على الملف اسم المحرك ويتم إجراؤه بنفس عدد الأعمدة كما في الحالة السابقة. يتم تزويد الجزء المتحرك بملف مثير ، يتم توفير إمداد الطاقة به عن طريق حلقات منزلقة وفرشاة متصلة بمصدر تيار مباشر. المصدر عبارة عن محرض مولد منخفض الطاقة مركب على عمود واحد. في آلة التيار المتناوب المتزامن ، يعمل الملف كمولد للحقل المغناطيسي الأساسي. أثناء عملية التصميم ، يسعى المصممون إلى تهيئة الظروف بحيث يتم التوزيع الاستقرائي لمجال الإثارةعلى أسطح الجزء الثابت كان أقرب ما يمكن من الجيب.

عند زيادة الأحمال ، يولد ملف الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا مع دوران في اتجاه الدوار بنفس التردد. وبالتالي ، يتم تشكيل مجال دوران واحد ، حيث يؤثر حقل الجزء الثابت على الجزء المتحرك. يسمح هذا الجهاز من آلات التيار المتردد باستخدامها كمحركات كهربائية ، إذا تم توفير تيار ثلاثي الطور في البداية للملف المتزامن. تخلق مثل هذه الأنظمة ظروفًا للدوران المنسق للدوار بتردد يتوافق مع مجال الجزء الثابت.

الآلات المتزامنة البارزة وغير البارزة

الاختلاف الرئيسي بين أنظمة الأعمدة البارزة هو وجود أعمدة بارزة في التصميم ، متصلة بنقاط خاصة من العمود. في الآليات النموذجية ، يتم التثبيت بمساعدة مثبتات الذيل على شكل حرف T إلى حافة التقاطع أو العمود من خلال الجلبة. في جهاز آلات التيار المتردد منخفضة الطاقة ، يمكن حل نفس المشكلة عن طريق التوصيلات المثبتة بمسامير. كمادة متعرجة ، يتم استخدام شريط نحاسي ، يتم لفه على الحافة ، ويتم عزله بحشوات خاصة. في العروات ذات الأعمدة في الأخاديد ، يتم وضع قضبان اللف لبدء التشغيل. في هذه الحالة ، يتم استخدام مادة عالية المقاومة مثل النحاس. يتم لحام خطوط اللف في النهايات بعناصر دائرة القصر ، وتشكل حلقات مشتركة لدائرة كهربائية قصيرة. يمكن إجراء آلات القطب البارز ذات القدرة المحتملة من 10 إلى 12 كيلو وات في ما يسمى بالتصميم المقلوب ، عندما يدور المحرك وتظل أعمدة المحرِّض ثابتةالحالة

في الآلات غير البارزة ، يعتمد التصميم على دوار أسطواني مصنوع من الفولاذ. توجد أخاديد في الدوار لتشكيل ملف الإثارة ، ويتم حساب أقطابها للسرعات العالية. ومع ذلك ، فإن استخدام مثل هذا اللف في الآلات الكهربائية ذات التيار المتردد عالي الطاقة أمر مستحيل بسبب الدرجة العالية من تآكل الدوار في ظروف التشغيل القاسية. لهذا السبب ، حتى في المنشآت ذات الطاقة المتوسطة ، يتم استخدام المكونات عالية القوة المصنوعة من المطروقات الصلبة القائمة على الكروم والنيكل والموليبدينوم أو فولاذ الكروم والنيكل في الدوارات. وفقًا للمتطلبات الفنية للقوة ، لا يمكن أن يتجاوز الحد الأقصى لقطر جزء العمل من الدوار لدوار آلة متزامنة غير بارز 125 سم. يبلغ الحد الأقصى لطول الجزء المتحرك 8.5 متر ، وتشتمل وحدات الأقطاب غير البارزة المستخدمة في الصناعة على مولدات توربينية مختلفة. بمساعدتهم ، على وجه الخصوص ، يقومون بتوصيل لحظات تشغيل التوربينات البخارية بمحطات الطاقة الحرارية.

ميزات المولدات المائية العمودية

فئة منفصلة من MPTs متزامنة ذات قطب بارز مزودة بعمود رأسي. ترتبط هذه التركيبات بالتوربينات الهيدروليكية ويتم اختيارها وفقًا لقوة التدفقات المقدمة من حيث تردد الدوران. معظم أجهزة التيار المتردد من هذا النوع منخفضة السرعة ، لكنها في نفس الوقتعدد كبير من الأعمدة. من بين مكونات العمل الحاسمة للمولد المائي العمودي ، يمكن للمرء أن يلاحظ محمل الدفع ومحمل الدفع ، والذي يتحمل الحمل من الأجزاء الدوارة للمحرك. يخضع محمل الدفع ، على وجه الخصوص ، أيضًا للضغط من تدفق المياه ، والذي يعمل على ريش التوربينات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توفير فرامل لإيقاف الدوران ، ومحامل التوجيه موجودة أيضًا في هيكل العمل الذي يستشعر القوى الشعاعية.

في الجزء العلوي من الماكينة ، جنبًا إلى جنب مع المولد المائي ، يمكن وضع الوحدات المساعدة - على سبيل المثال ، محفز للمولد ومنظم. بالمناسبة ، هذا الأخير عبارة عن آلة تيار متردد مستقلة ذات لف وأعمدة للمغناطيس الدائم. يوفر هذا الإعداد الطاقة للمحرك لوظيفة الحاكم التلقائي. في المولدات المائية العمودية الكبيرة ، يمكن استبدال المثير بمولد متزامن ، والذي يوفر ، جنبًا إلى جنب مع وحدات الإثارة ومعدلات الزئبق ، الطاقة لأجهزة الطاقة التي تخدم عملية عمل المولد المائي الرئيسي. يتم استخدام تكوين آلة العمود الرأسي أيضًا كآلية قيادة للمضخات الهيدروليكية للخدمة الشاقة.

جامع MPT

غالبًا ما يتم تحديد وجود وحدة تجميع في تصميم MPT من خلال الحاجة إلى أداء وظيفة تحويل سرعة الدوران في التوصيل الكهربائي لدوائر مختلفة التردد على ملفات العضو الدوار والجزء الثابت. يتيح لك هذا الحل تجهيز الجهاز بملفات إضافيةالخصائص التشغيلية ، بما في ذلك التنظيم التلقائي لمعلمات التشغيل. تستقبل آلات تجميع التيار المتردد المتصلة بشبكات ثلاثية الطور ثلاثة أصابع للفرشاة في كل جزء من تقسيم القطب المزدوج. ترتبط الفرش ببعضها البعض في دائرة متوازية مع وصلات العبور. وبهذا المعنى ، فإن مجمعات MPTs تشبه محركات التيار المستمر ، ولكنها تختلف عنها في عدد الفرش المستخدمة على الأعمدة. بالإضافة إلى ذلك ، قد يحتوي الجزء الثابت في هذا النظام على عدة ملفات إضافية.

سيكون ملف المحرك المغلق عند استخدام مجمّع بفرش ثلاثية الطور عبارة عن لف معقد ثلاثي الأطوار مع وصلة دلتا. أثناء دوران المحرك ، تحافظ كل مرحلة من مراحل اللف على وضع غير متغير ، ومع ذلك ، فإن الأقسام تنتقل بالتناوب من مرحلة إلى أخرى. إذا تم استخدام مجموعة من ست مراحل من الفرش مع إزاحة 60 درجة بالنسبة لبعضها البعض في آلة تبديل التيار المتردد ، فسيتم تشكيل ملف سداسي الأطوار باتصال مضلع. على فرش آلة متعددة الأطوار مع مجموعة مجمعات ، يتم تحديد التردد الحالي من خلال دوران التدفق المغناطيسي بالنسبة إلى الفرشاة الثابتة. يمكن أن يكون اتجاه دوران الدوار إما عكسيًا أو متطابقًا.

استخدام MAT

اليوم ، تُستخدم MPTs في كل مكان حيث يتطلب ، بشكل أو بآخر ، توليد الطاقة الميكانيكية أو الكهربائية. تستخدم الوحدات الإنتاجية الكبيرة في صيانة الأنظمة الهندسية ومحطات الطاقة ووحدات الرفع والنقل ، وتستخدم الوحدات منخفضة الطاقة في المنازل العاديةالمعدات من المراوح إلى المضخات. ولكن في كلتا الحالتين ، يتم تقليل الغرض من آلات التيار المتردد إلى تطوير إمكانات الطاقة بكميات كافية. شيء آخر هو أن الاختلافات الهيكلية ، وتنفيذ التكوين الداخلي للجزء الثابت والدوار ، وكذلك البنية التحتية للتحكم لها أهمية أساسية.

على الرغم من أن جهاز MPT العام يحتفظ بنفس مجموعة المكونات الوظيفية لفترة طويلة ، إلا أن المتطلبات المتزايدة لتشغيل هذه الأنظمة تجبر المطورين على تقديم عناصر تحكم وعناصر تحكم إضافية. في المرحلة الحالية من التطور التكنولوجي ، لا سيما في سياق استخدام آلات التيار المتردد في القطاع الصناعي ، من الصعب تخيل تشغيل مثل هذه المحركات والمولدات دون وسائل عالية الدقة لتنظيم معلمات التشغيل. لهذا ، يتم استخدام مجموعة متنوعة من طرق التحكم - النبض ، التردد ، مقاومة متغيرة ، إلخ. يعد إدخال الأتمتة في البنية التحتية التنظيمية أيضًا سمة مميزة لعملية MPT الحديثة. ترتبط إلكترونيات التحكم بمحطة الطاقة من ناحية ، ومن ناحية أخرى - بوحدات التحكم في البرامج ، والتي ، وفقًا لخوارزمية معينة ، تعطي أوامر لتعيين معلمات محددة للآلية.

الخلاصة

مولدات الطاقة والمحركات الكهربائية هي عنصر طاقة لا غنى عنه في صناعة اليوم. نظرًا لوظيفتها ، تعمل الأدوات الآلية والنقل ومنشآت الاتصالات والوحدات والأجهزة الكهربائية الأخرى التي تتطلب مصدر طاقة. فيفي هذه الحالة ، هناك مجموعة كبيرة من الأنواع والأنواع الفرعية من الآلات الكهربائية التي تعمل بالتيار المتردد والتيار المستمر ، والتي تحدد ميزاتها وخصائصها في نهاية المطاف المكان المناسب لتشغيلها. تتضمن الميزات الفنية والتشغيلية لـ MPT جهازًا هيكليًا أبسط ومتطلبات صيانة منخفضة نسبيًا. من ناحية أخرى ، أصبحت آلات التيار المستمر حلاً أكثر جاذبية لمشاكل الإمداد بالطاقة في أنظمة الطاقة الحرجة المعقدة. يتمتع قطاع الإنتاج المحلي للمعدات الصناعية للطاقة بخبرة واسعة في تصميم وإنتاج كلا النوعين من الآلات الكهربائية. تركز الشركات الكبيرة بشكل متزايد على تطوير الحلول الفردية ذات الميزات الهيكلية والتشغيلية. غالبًا ما ترتبط الانحرافات عن التصميمات القياسية بالحاجة إلى توصيل الوحدات الوظيفية الإضافية والمعدات مثل أنظمة التبريد ، ومعدات الحماية ضد ارتفاع درجة الحرارة وتقلبات التيار الكهربائي ، والطاقة الإضافية والاحتياطية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن بيئة التشغيل الخارجية لها تأثير كبير على بعض الخصائص الهيكلية للآلات الكهربائية ، والتي يتم أخذها في الاعتبار أيضًا في مراحل تصميم وإنشاء المعدات.