Mesin AC: perangkat, prinsip operasi, aplikasi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Mesin listrik menjalankan fungsi kritis konversi energi dalam mekanisme kerja dan stasiun pembangkit. Perangkat semacam itu menemukan tempatnya di area yang berbeda, memasok badan eksekutif dengan potensi daya yang cukup. Salah satu sistem yang paling populer dari jenis ini adalah mesin AC (ACM), yang memiliki beberapa variasi dan perbedaan dalam kelasnya.

Informasi umum tentang MAT

Segmen konverter MPT atau elektromekanis dapat dibagi secara kondisional menjadi sistem fase tunggal dan tiga fase. Juga, pada tingkat dasar, perangkat asinkron, sinkron, dan kolektor dibedakan, sedangkan prinsip umum operasi dan desain desain memiliki banyak kesamaan. Klasifikasi mesin AC ini bersyarat, karena stasiun konversi elektromekanis modern sebagian melibatkan alur kerja dari setiap kelompok perangkat.

Sebagai aturan, MPT didasarkan pada stator dan rotor, di antaranya disediakan celah udara. Sekali lagi, terlepas dari jenis mesinnya, siklus kerja didasarkan pada rotasi medan magnet. Tetapi jika pada instalasi sinkron pergerakan rotor sesuai dengan arah medan gaya, maka pada mesin asinkron rotor dapat bergerak ke arah yang berbeda dan dengan frekuensi yang berbeda. Perbedaan ini juga menentukan fitur penggunaan mesin. Jadi, jika sinkron dapat bertindak baik sebagai generator maupun sebagai motor elektromekanis, maka motor asinkron terutama digunakan sebagai motor.

Adapun jumlah fase, sistem fase tunggal dan multifase dibedakan. Selain itu, dari sudut pandang penggunaan praktis, perwakilan dari kategori kedua patut mendapat perhatian. Ini adalah sebagian besar mesin AC tiga fase, di mana medan magnet hanya melakukan fungsi pembawa energi. Perangkat fase tunggal, di sisi lain, karena ketidakpraktisan operasional dan ukuran besar, secara bertahap menghilang dari praktik aplikasi, meskipun di beberapa daerah faktor penentu dalam pilihan mereka adalah biaya rendah.

Perbedaan dari mesin DC

Perbedaan struktural mendasar terletak pada lokasi belitan. Dalam sistem AC, ini mencakup stator, dan pada mesin DC, rotor. Pada kedua kelompok, motor listrik berbeda dalam jenis eksitasi arus - campuran, paralel dan seri. Saat ini, mesin AC dan DC digunakan di industri, pertanian, dan sektor domestik, tetapi yang pertamapilihan lebih menarik dalam hal kinerja. Alternator dan motor AC mendapat manfaat dari peningkatan desain, keandalan, dan efisiensi energi yang tinggi.

Penggunaan perangkat arus searah tersebar luas di area di mana persyaratan untuk akurasi pengaturan parameter operasi diutamakan. Ini dapat berupa mekanisme traksi transportasi, peralatan mesin, dan instrumen pengukuran yang kompleks. Dalam hal kinerja, mesin DC dan AC memiliki efisiensi tinggi, tetapi dengan kemungkinan penyesuaian teknis dan struktural yang berbeda untuk kondisi aplikasi tertentu. Pengoperasian DC memberikan lebih banyak opsi untuk kontrol kecepatan, yang penting saat menyervis motor servo dan stepper.

Perangkat MPT asinkron

Untuk dasar teknis perangkat ini dalam bentuk rotor dan stator, baja lembaran digunakan, yang dilapisi dengan lapisan minyak-rosin isolasi di kedua sisi sebelum perakitan. Pada mesin berdaya rendah, inti dapat dibuat dari baja listrik tanpa lapisan tambahan, karena dalam hal ini lapisan oksida alami pada permukaan logam bertindak sebagai isolator. Stator dipasang di rumah, dan rotor di poros. Pada mesin AC daya tinggi asinkron, inti rotor juga dapat dipasang pada pelek rumahan dengan selongsong terpasang pada poros. Poros itu sendiri harus berputar pada pelindung bantalan, yang juga dipasang pada dasar rumahan.

Permukaan luar rotor dan permukaan dalam stator awalnya dilengkapi dengan alur untuk mengakomodasi konduktor belitan. Pada stator mesin AC, belitan sering tiga fase dan terhubung ke jaringan 380 V yang sesuai. Ini juga disebut primer. Gulungan rotor dilakukan dengan cara yang sama, ujung-ujungnya biasanya membentuk sambungan dalam konfigurasi bintang. Slip ring juga disediakan, di mana rheostat untuk penyetelan atau elemen awal tiga fase dapat dihubungkan secara tambahan.

Penting juga untuk memperhatikan parameter celah udara, yang berfungsi sebagai zona peredam yang mengurangi kebisingan, getaran, dan panas selama pengoperasian perangkat. Semakin besar mesin, semakin besar celahnya. Nilainya dapat bervariasi dari satu hingga beberapa milimeter. Jika secara struktural tidak mungkin untuk meninggalkan ruang yang cukup untuk zona udara, maka sistem pendingin tambahan untuk unit disediakan.

Prinsip pengoperasian MPT asinkron

Belitan tiga fase dalam hal ini terhubung ke jaringan simetris dengan tegangan tiga fase, akibatnya medan magnet terbentuk di celah udara. Mengenai belitan jangkar, tindakan khusus diambil untuk mencapai distribusi spasial medan yang harmonis untuk celah redaman, yang membentuk sistem kutub magnet yang berputar. Menurut prinsip operasi mesin arus bolak-balik, fluks magnet terbentuk di setiap kutub, yang melintasi sirkuit belitan, sehingga memicu pembangkitan gerak listrik.kekuatan. Arus tiga fase diinduksi dalam belitan tiga fase, yang memberikan torsi motor. Terhadap latar belakang interaksi arus rotor dengan fluks magnet, gaya elektromagnetik terbentuk pada konduktor.

Jika rotor, di bawah aksi gaya eksternal, digerakkan, yang arahnya sesuai dengan arah fluks medan magnet mesin AC, maka rotor akan mulai menyalip kecepatan putaran medan. Ini terjadi ketika kecepatan stator melebihi frekuensi sinkron terukur. Pada saat yang sama, arah pergerakan gaya elektromagnetik akan berubah. Dengan cara ini, torsi pengereman dengan aksi terbalik terbentuk. Prinsip operasi ini memungkinkan mesin untuk digunakan sebagai generator yang beroperasi dalam mode keluaran daya aktif ke jaringan.

Desain dan prinsip pengoperasian MPT sinkron

Dalam hal desain dan lokasi stator, mesin sinkron mirip dengan mesin asinkron. Belitan disebut angker dan dilakukan dengan jumlah kutub yang sama seperti pada kasus sebelumnya. Rotor dilengkapi dengan belitan eksitasi, yang suplai energinya disediakan oleh cincin slip dan sikat yang dihubungkan ke sumber arus searah. Sumber adalah pembangkit-pembangkit daya rendah yang dipasang pada satu poros. Dalam mesin AC sinkron, belitan bertindak sebagai generator medan magnet primer. Selama proses desain, desainer berusaha untuk menciptakan kondisi sehingga distribusi induktif medan eksitasipada permukaan stator sedekat mungkin dengan sinusoidal.

Pada peningkatan beban, belitan stator menghasilkan medan magnet dengan rotasi searah dengan rotor dengan frekuensi yang sama. Dengan demikian, medan rotasi tunggal terbentuk, di mana medan stator akan mempengaruhi rotor. Perangkat mesin AC ini memungkinkan mereka untuk digunakan sebagai motor listrik, jika arus tiga fase awalnya disuplai ke belitan sinkron. Sistem seperti itu menciptakan kondisi untuk rotasi rotor yang terkoordinasi dengan frekuensi yang sesuai dengan medan stator.

Mesin sinkron yang menonjol dan tidak menonjol

Perbedaan utama antara sistem tiang menonjol adalah adanya tiang menonjol dalam desain, yang melekat pada tonjolan khusus poros. Dalam mekanisme khas, fiksasi dilakukan dengan bantuan pengencang ekor berbentuk T ke tepi salib atau poros melalui busing. Pada perangkat mesin AC berdaya rendah, masalah yang sama dapat diselesaikan dengan koneksi yang dibaut. Sebagai bahan belitan, strip tembaga digunakan, yang dililitkan di tepinya, diisolasi dengan gasket khusus. Di lug dengan kutub di alur, batang belitan untuk memulai ditempatkan. Dalam hal ini, bahan resistivitas tinggi seperti kuningan digunakan. Kontur belitan di ujungnya dilas ke elemen hubung singkat, membentuk cincin umum untuk hubung singkat. Mesin kutub menonjol dengan potensi daya 10-12 kW dapat dilakukan dalam apa yang disebut desain terbalik, ketika angker berputar dan kutub induktor tetap diamkondisi.

Pada mesin non-salient pole, desainnya didasarkan pada rotor silindris yang terbuat dari baja tempa. Ada alur di rotor untuk membentuk belitan eksitasi, kutub yang dihitung untuk kecepatan tinggi. Namun, penggunaan belitan seperti itu pada mesin listrik dengan arus bolak-balik daya tinggi tidak mungkin dilakukan karena tingkat keausan rotor yang tinggi dalam kondisi operasi yang keras. Untuk alasan ini, bahkan dalam instalasi daya menengah, komponen kekuatan tinggi yang terbuat dari tempa padat berdasarkan baja kromium-nikel-molibdenum atau kromium-nikel digunakan untuk rotor. Sesuai dengan persyaratan teknis untuk kekuatan, diameter maksimum bagian kerja rotor dari rotor mesin sinkron tidak menonjol tidak boleh melebihi elemen 125 cm. Panjang maksimum rotor adalah 8,5 m Unit kutub non-salient yang digunakan dalam industri meliputi berbagai turbogenerator. Dengan bantuan mereka, khususnya, mereka menghubungkan momen operasi turbin uap dengan pembangkit listrik termal.

Fitur generator hidro vertikal

Kelas terpisah dari MPT sinkron kutub menonjol yang dilengkapi dengan poros vertikal. Instalasi tersebut terhubung ke turbin hidrolik dan dipilih sesuai dengan kekuatan aliran yang dilayani dalam hal frekuensi rotasi. Sebagian besar mesin AC jenis ini berkecepatan rendah, tetapi pada saat yang sama mereka memilikisejumlah besar tiang. Di antara komponen kerja kritis dari generator hidro vertikal, dapat dicatat bantalan dorong dan bantalan dorong, yang menanggung beban dari bagian mesin yang berputar. Bantalan dorong, khususnya, juga mengalami tekanan dari aliran air, yang bekerja pada bilah turbin. Selain itu, rem disediakan untuk menghentikan putaran, dan bantalan pemandu juga ada di struktur kerja yang menerima gaya radial.

Di bagian atas mesin, bersama dengan generator air, unit tambahan dapat ditempatkan - misalnya, generator generator dan regulator. Omong-omong, yang terakhir adalah mesin AC independen dengan belitan dan kutub untuk magnet permanen. Pengaturan ini memberikan daya ke motor untuk fungsi pengatur otomatis. Dalam generator hidro vertikal besar, exciter dapat diganti dengan generator sinkron, yang bersama-sama dengan unit eksitasi dan penyearah merkuri, memberikan daya ke perangkat listrik yang melayani proses kerja generator hidro utama. Konfigurasi mesin poros vertikal juga digunakan sebagai mekanisme penggerak untuk pompa hidrolik tugas berat.

Kolektor MPT

Kehadiran unit kolektor dalam desain MPT sering ditentukan oleh kebutuhan untuk melakukan fungsi konversi kecepatan rotasi pada sambungan listrik rangkaian frekuensi yang berbeda pada belitan rotor dan stator. Solusi ini memungkinkan Anda untuk melengkapi perangkat dengan tambahansifat operasional, termasuk pengaturan otomatis parameter operasi. Mesin pengumpul AC yang terhubung ke jaringan tiga fase menerima tiga jari sikat di setiap segmen divisi kutub ganda. Kuas dihubungkan satu sama lain dalam rangkaian paralel dengan jumper. Dalam pengertian ini, kolektor MPT mirip dengan motor DC, tetapi berbeda dari mereka dalam jumlah sikat yang digunakan pada kutub. Selain itu, stator dalam sistem ini mungkin memiliki beberapa belitan tambahan.

Gulungan jangkar tertutup saat menggunakan kolektor dengan sikat tiga fase akan menjadi belitan kompleks tiga fase dengan koneksi delta. Selama rotasi jangkar, setiap fase belitan mempertahankan posisi yang tidak berubah, namun, bagian-bagian tersebut secara bergantian berpindah dari satu fase ke fase lainnya. Jika satu set sikat enam fase dengan pergeseran 60 ° relatif satu sama lain digunakan dalam mesin komutator AC, maka belitan enam fase dibentuk dengan koneksi poligon. Pada sikat mesin multi-fase dengan kelompok kolektor, frekuensi arus ditentukan oleh rotasi fluks magnet relatif terhadap sikat tetap. Arah putaran rotor dapat berupa counter atau match.

Penggunaan MAT

Saat ini, MPT digunakan di mana-mana di mana, dalam satu atau lain bentuk, pembangkitan energi mekanik atau listrik diperlukan. Unit produktif besar digunakan dalam pemeliharaan sistem teknik, pembangkit listrik dan unit pengangkat dan transportasi, dan unit berdaya rendah digunakan di rumah tangga biasaperalatan mulai dari kipas hingga pompa. Namun dalam kedua kasus, tujuan mesin AC direduksi menjadi pengembangan potensi energi dalam volume yang cukup. Hal lain adalah perbedaan struktur, implementasi konfigurasi internal stator dan rotor, serta infrastruktur kontrol sangat penting.

Meskipun perangkat MPT umum mempertahankan rangkaian komponen fungsional yang sama untuk waktu yang lama, peningkatan persyaratan untuk pengoperasian sistem tersebut memaksa pengembang untuk memperkenalkan kontrol dan kontrol tambahan. Pada tahap perkembangan teknologi saat ini, terutama dalam konteks penggunaan mesin AC di sektor industri, sulit untuk membayangkan pengoperasian motor dan generator tersebut tanpa sarana presisi tinggi untuk mengatur parameter operasi. Untuk ini, berbagai metode kontrol digunakan - pulsa, frekuensi, rheostat, dll. Pengenalan otomatisasi ke dalam infrastruktur peraturan juga merupakan ciri khas operasi MPT modern. Elektronik kontrol terhubung ke pembangkit listrik di satu sisi, dan di sisi lain - ke pengontrol perangkat lunak, yang, menurut algoritma yang diberikan, memberikan perintah untuk mengatur parameter spesifik mekanisme.

Kesimpulan

Pembangkit listrik dan motor listrik merupakan komponen daya yang sangat diperlukan dalam industri saat ini. Karena fungsinya, peralatan mesin, transportasi, instalasi komunikasi dan unit dan perangkat listrik lainnya yang membutuhkan catu daya beroperasi. PadaDalam hal ini, ada banyak jenis dan subspesies mesin listrik AC dan DC, fitur dan karakteristik yang pada akhirnya menentukan ceruk untuk operasi mereka. Fitur teknis dan operasional MPT mencakup perangkat struktural yang lebih sederhana dan persyaratan perawatan yang relatif rendah. Di sisi lain, mesin DC ternyata menjadi solusi yang lebih menarik untuk masalah catu daya dalam sistem daya kritis yang kompleks. Segmen produksi dalam negeri peralatan industri tenaga listrik memiliki pengalaman luas dalam desain dan produksi kedua jenis mesin listrik. Perusahaan besar semakin fokus pada pengembangan solusi individu dengan fitur struktural dan operasional. Penyimpangan dari desain standar sering dikaitkan dengan kebutuhan untuk menghubungkan unit dan peralatan fungsional tambahan seperti sistem pendingin, peralatan pelindung terhadap panas berlebih dan fluktuasi listrik, daya tambahan dan cadangan. Selain itu, lingkungan operasi eksternal memiliki pengaruh yang cukup besar pada beberapa sifat struktural mesin listrik, yang juga diperhitungkan pada tahap perancangan dan pembuatan peralatan.