Alternating kasalukuyang mga de-koryenteng makina

Ang mga de-koryenteng makina ay ginagamit upang i-convert ang mekanikal na enerhiya sa elektrikal na enerhiya (mga generator ng AC at DC) at kabaliktaran (mga de-koryenteng motor).

Sa lahat ng mga kasong ito, mahalagang tatlong pangunahing pagtuklas sa larangan ng electromagnetism ang ginagamit: ang phenomenon ng mekanikal na interaksyon ng mga alon na natuklasan ni Ampere noong 1821, ang phenomenon ng electromagnetic induction na natuklasan ni Faraday noong 1831, at ang teoretikal na buod ng mga phenomena na ito na ginawa ng Lenz (1834) sa kanyang kilalang batas ng direksyon ng sapilitan na kasalukuyang (sa katunayan, hinulaang ng batas ni Lenz ang batas ng konserbasyon ng enerhiya para sa mga prosesong electromagnetic).

Upang ma-convert ang mekanikal na enerhiya sa elektrikal na enerhiya o kabaligtaran, kinakailangan upang lumikha ng isang kamag-anak na paggalaw ng isang conductive circuit na may kasalukuyang at isang magnetic field (magnet o kasalukuyang).

Sa mga de-koryenteng makina na idinisenyo para sa tuluy-tuloy na operasyon, ginagamit ang rotary motion ng gumagalaw na bahagi ng makina (ang rotor ng alternating current machine) na matatagpuan sa loob ng nakatigil na bahagi (ang stator).Ang coil ng makina na nagsisilbing lumikha ng magnetic field ay tinatawag na inductor, at ang coil na umaagos sa paligid na may operating current ay tinatawag na armature. Pareho sa mga huling terminong ito ay ginagamit din para sa mga DC machine.

Upang madagdagan ang magnetic induction, ang mga windings ng makina ay inilalagay sa mga ferromagnetic na katawan (bakal, cast iron).

Ang lahat ng mga de-koryenteng makina ay may pag-aari ng reversibility, iyon ay, maaari silang magamit kapwa bilang mga generator ng elektrikal na enerhiya at bilang mga de-koryenteng motor.

Mga asynchronous na motor

Ang mga asynchronous na motor ay ginagamit isa sa mga pagpapakita ng electromagnetic induction… Sa mga kurso sa pisika ito ay ipinapakita tulad ng sumusunod:

Sa ilalim ng isang copper disk, na maaaring umikot tungkol sa isang vertical axis na dumadaan sa gitna nito, ay inilalagay ang isang vertical horseshoe magnet na hinihimok upang paikutin ang tungkol sa parehong axis (ang mekanikal na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng disk at ang magnet ay hindi kasama). Sa kasong ito, ang disc ay nagsisimulang umikot sa parehong direksyon tulad ng magnet, ngunit sa mas mababang bilis. Kung tinataasan mo ang mekanikal na pagkarga sa disc (halimbawa, sa pamamagitan ng pagtaas ng friction ng axle laban sa thrust bearing), ang bilis ng pag-ikot nito ay bumababa.

Ang pisikal na kahulugan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay madaling ipinaliwanag ng teorya ng electromagnetic induction: kapag ang magnet ay umiikot, ang isang umiikot na magnetic field ay nilikha, na nag-uudyok ng mga eddy currents sa disk, ang magnitude ng huli ay nakasalalay, ang iba pang mga bagay ay pantay, sa relatibong bilis ng field at ang disk .

Ayon sa batas ni Lenz, dapat umikot ang disc sa direksyon ng field. Sa kawalan ng friction, ang disk ay dapat makakuha ng isang angular velocity na katumbas ng velocity ng magnet, pagkatapos nito ay mawawala ang sapilitan na emf. Sa totoong buhay, ang alitan ay hindi maaaring hindi naroroon at ang disc ay nagiging mas mabagal.Ang magnitude nito ay nakasalalay sa mekanikal na sandali ng pagpepreno na naranasan ng disk.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng bilis ng pag-ikot ng disk (rotor) at ang bilis ng pag-ikot ng magnetic field ay makikita sa pangalan ng mga motor.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga asynchronous na motor:

Sa mga teknikal na asynchronous na motors (madalas na tatlong-phase) ang isang umiikot na magnetic field ay nilikha kasalukuyang polyphaseumaagos sa paligid ng nakatigil na paikot-ikot na stator. Sa dalas ng tatlong-phase kasalukuyang ay at ang bilang ng mga stator coils 3p umiikot na patlang ay gumagawa n = f / p revolutions / sec.

Ang isang rotatable rotor ay matatagpuan sa stator cavity. Ang isang umiikot na mekanismo ay maaaring ikonekta sa baras nito. Sa pinakasimpleng "squirrel cell" na mga motor, ang rotor ay binubuo ng isang sistema ng mga longitudinal metal rod na inilagay sa mga grooves ng isang steel cylindrical body. Ang mga wire ay short-circuited sa pamamagitan ng dalawang singsing. Upang madagdagan ang metalikang kuwintas, ang radius ng rotor ay ginawang sapat na malaki.

Sa ibang mga disenyo ng motor (karaniwang mga high power na motor), ang mga rotor wire ay bumubuo ng isang bukas na three-phase winding. Ang mga dulo ng mga coils ay short-circuited sa rotor mismo, at ang mga lead ay dinadala sa tatlong slip rings na naka-mount sa rotor shaft at nakahiwalay mula dito.

Ang isang three-phase rheostat ay konektado sa mga singsing na ito gamit ang mga sliding contact (brushes), na nagsisilbing simulan ang motor sa paggalaw. Pagkatapos na paikutin ang motor, ang rheostat ay ganap na tinanggal at ang rotor ay nagiging isang squirrel cage (tingnan ang — Mga asynchronous na motor na may rotor ng sugat).

Mayroong terminal board sa stator housing. Ang stator windings ay inilabas sa kanila. Maaari silang isama bituin o tatsulok, depende sa boltahe ng mains: sa unang kaso ang boltahe ng mains ay maaaring 1.73 beses na mas mataas kaysa sa pangalawa.

Ang halaga na nagpapakilala sa kamag-anak na deceleration ng rotor kumpara sa stator field ng induction motor ay tinatawag nadulas… Nagbabago ito mula 100% (sa sandaling simulan ang motor) hanggang sa zero (perpektong kaso ng walang pagkawalang paggalaw ng rotor).

Ang pagbaligtad ng direksyon ng pag-ikot ng induction motor ay nakakamit sa pamamagitan ng mutual switching ng bawat dalawang linear conductor ng electrical network na nagbibigay ng motor.

Ang mga motor ng squirrel cage ay malawakang ginagamit sa industriya. Ang mga bentahe ng mga asynchronous na motor ay ang pagiging simple ng disenyo at ang kawalan ng mga sliding contact.

Hanggang kamakailan lamang, ang pangunahing kawalan ng naturang mga motor ay ang kahirapan sa regulasyon ng bilis, dahil kung ang boltahe ng stator circuit ay binago para dito, kung gayon ang metalikang kuwintas ay nagbabago nang husto, ngunit ito ay teknikal na mahirap baguhin ang dalas ng kasalukuyang supply. Ang mga modernong microprocessor device ay malawak na ginagamit ngayon upang kontrolin ang dalas ng supply ng kasalukuyang upang ibahin ang bilis ng mga motor — mga converter ng dalas.

Mga alternator

Ang mga alternator ay binuo para sa makabuluhang kapangyarihan at mataas na boltahe. Tulad ng mga asynchronous machine, mayroon silang dalawang windings. Karaniwan, ang armature winding ay matatagpuan sa stator housing. Ang mga inductor na lumilikha ng pangunahing magnetic flux ay naka-mount sa rotor at pinapagana ng isang exciter-isang maliit na generator ng DC na naka-mount sa rotor shaft. Sa mga high-powered na makina, ang paggulo ay minsan ay nalilikha ng isang rectified alternating boltahe.

Dahil sa immobility ng armature winding, nawawala ang mga teknikal na paghihirap na nauugnay sa paggamit ng mga sliding contact sa matataas na kapangyarihan.

Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng isang eskematiko ng isang single-phase generator. Ang rotor nito ay may walong poste. Sa mga ito ay mga liko ng sugat (hindi ipinapakita sa figure) na pinapakain mula sa isang panlabas na pinagmumulan ng direktang kasalukuyang inilapat sa mga singsing na slip na naka-mount sa rotor shaft. Ang mga pole coils ay sinusugat sa paraang ang mga palatandaan ng mga pole na nakaharap sa stator ay kahalili. Ang bilang ng mga poste ay dapat na pantay.

Ang armature winding ay matatagpuan sa stator housing. Ang mahabang gumaganang "aktibo" na mga wire nito, patayo sa eroplano ng pagguhit, ay ipinapakita sa figure na may mga bilog, sila ay tinawid ng mga linya ng magnetic induction kapag umiikot ang rotor.

Ang mga bilog ay nagpapakita ng agarang pamamahagi ng mga direksyon ng sapilitan na mga electric field. Ang mga connecting wire na tumatakbo sa harap na bahagi ng stator ay ipinapakita na may mga solidong linya, at sa likod na bahagi ay may mga putol-putol na linya. Ang mga K clamp ay ginagamit upang ikonekta ang isang panlabas na circuit sa stator winding. Ang direksyon ng pag-ikot ng rotor ay ipinahiwatig ng isang arrow.

Kung pinutol mo ang makina sa isang radius na dumadaan sa pagitan ng mga clamp K at i-on ito sa isang eroplano, kung gayon ang kamag-anak na posisyon ng paikot-ikot na stator at mga pole ng rotor (gilid at plano) ay ilalarawan sa isang guhit na eskematiko:

Isinasaalang-alang ang figure, tinitiyak namin na ang lahat ng mga aktibong wire (pumapasa sa mga pole ng inductor) ay konektado sa bawat isa sa serye at ang EMF na sapilitan sa kanila ay summed. Ang mga yugto ng lahat ng EMF ay malinaw na pareho.Sa isang kumpletong pag-ikot ng rotor, apat na kumpletong yugto ng kasalukuyang pagbabago ang makukuha sa bawat isa sa mga wire (at samakatuwid ay nasa panlabas na circuit).

Kung ang isang de-koryenteng makina ay may p pares ng mga poste at ang rotor ay umiikot na gumagawa ng n rebolusyon bawat segundo, kung gayon ang dalas ng alternating current na natanggap ng makina ay f = pn hz.

Dahil ang dalas ng EMF sa network ay dapat na pare-pareho, ang bilis ng pag-ikot ng mga rotors ay dapat na pare-pareho. Upang makakuha ng EMF ng teknikal na dalas (50 Hz), ang isang medyo mabagal na pag-ikot ay maaaring gamitin kung ang bilang ng mga rotor pole ay sapat na malaki.

Upang makakuha ng tatlong-phase na kasalukuyang, tatlong magkakahiwalay na windings ay inilalagay sa katawan ng stator. Ang bawat isa sa kanila ay na-offset na may kaugnayan sa iba pang dalawa sa pamamagitan ng isang katlo ng distansya ng arko sa pagitan ng katabing (kabaligtaran) na mga poste ng mga inductors.

Madaling i-verify na kapag ang mga inductors ay umiikot, ang mga EMF ay na-induce sa mga coils na inilipat sa phase (sa oras) ng 120 °. Ang mga dulo ng mga coils ay tinanggal mula sa makina at maaaring konektado sa star o delta.

Sa isang generator, ang kamag-anak na bilis ng patlang at konduktor ay tinutukoy ng diameter ng rotor, ang bilang ng mga rebolusyon ng rotor bawat segundo, at ang bilang ng mga pares ng poste.

Kung ang generator ay hinihimok ng isang tubig na kasalukuyang (hydrogenerator), ito ay karaniwang ginawa sa mabagal na revolutions. Upang makuha ang nais na kasalukuyang dalas, kinakailangan upang madagdagan ang bilang ng mga pole, na kung saan ay nangangailangan ng pagtaas sa diameter ng rotor.

Para sa ilang mga teknikal na kadahilanan makapangyarihang mga generator ng hydrogen karaniwan ay mayroon silang vertical shaft at matatagpuan sa itaas ng hydraulic turbine, na nagiging sanhi ng pag-ikot ng mga ito.

Steam Turbine Driven Generators — Ang mga turbine generator ay kadalasang mataas ang bilis. Upang mabawasan ang mga puwersang mekanikal, mayroon silang maliliit na diyametro at may katumbas na maliit na bilang ng mga poste.Ang ilang teknikal na pagsasaalang-alang ay nangangailangan ng paggawa ng mga generator ng turbine na may pahalang na baras.

Kung ang generator ay hinimok ng isang panloob na combustion engine, ito ay tinatawag na isang diesel generator, dahil ang mga diesel engine ay karaniwang ginagamit bilang mga makina na kumonsumo ng mas murang gasolina.

Generator reversibility, kasabay na mga motor

Kung ang isang alternating boltahe ay inilapat sa stator winding ng generator mula sa isang panlabas na mapagkukunan, pagkatapos ay magkakaroon ng pakikipag-ugnayan ng mga pole ng inductor na may magnetic field ng kasalukuyang nabuo sa stator, at ang mga torque mula sa parehong direksyon ay kikilos. sa lahat ng poste.

Kung ang rotor ay umiikot sa ganoong bilis na makalipas ang kalahati ng panahon ng alternating current, ang susunod na poste ng inductor (kabaligtaran sa sign sa unang poste) ay magkasya sa ilalim ng itinuturing na wire ng stator winding, pagkatapos ay ang sign ng Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan nito at ng kasalukuyang , na nagbago ng direksyon nito, ay mananatiling pareho.

Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang rotor, na nasa ilalim ng patuloy na impluwensya ng metalikang kuwintas, ay patuloy na gumagalaw at magagawang magmaneho ng anumang mekanismo. Ang pagtagumpayan sa paglaban sa paggalaw ng rotor ay magaganap dahil sa enerhiya na natupok ng network, at ang generator ay magiging isang de-koryenteng motor.

Dapat pansinin, gayunpaman, na ang tuluy-tuloy na paggalaw ay posible lamang sa isang mahigpit na tinukoy na bilis ng pag-ikot, dahil sa kaso ng paglihis mula dito ang isang accelerating moment ay bahagyang kikilos sa bawat isa sa mga pole ng rotor, na gumagalaw sa pagitan ng dalawang conductor ng stator, bahagi ng oras - paghinto .

Kaya, ang bilis ng pag-ikot ng motor ay dapat na mahigpit na tinutukoy, - ang oras kung saan ang poste ay pinalitan ng susunod na isa ay dapat na nag-tutugma sa kalahating panahon ng kasalukuyang, kung kaya't ang mga naturang motor ay tinatawag sabaysabay.

Kung ang isang alternating boltahe ay inilapat sa stator winding na may isang nakatigil na rotor, kung gayon, kahit na ang lahat ng mga pole ng rotor sa unang kalahating cycle ng kasalukuyang nakakaranas ng pagkilos ng mga torque ng parehong tanda, gayunpaman, dahil sa pagkawalang-galaw, ang ang rotor ay hindi magkakaroon ng oras upang ilipat. Sa susunod na kalahating cycle, ang tanda ng mga torque para sa lahat ng rotor pole ay magbabago sa kabaligtaran.

Bilang resulta, ang rotor ay mag-vibrate ngunit hindi makakapag-rotate. Samakatuwid, ang kasabay na motor ay dapat munang masira, iyon ay, dalhin sa normal na bilang ng mga rebolusyon, at pagkatapos lamang ay dapat na i-on ang kasalukuyang sa stator winding.

Ang pagbuo ng mga kasabay na motor ay isinasagawa ng mga mekanikal na pamamaraan (sa mababang kapangyarihan) at mga espesyal na de-koryenteng aparato (sa mataas na kapangyarihan).

Para sa maliliit na pagbabago sa pagkarga, awtomatikong magbabago ang bilis ng motor para umangkop sa bagong pagkarga. Kaya, habang ang pag-load sa motor shaft ay tumataas, ang rotor ay agad na bumagal. Samakatuwid, ang phase shift sa pagitan ng boltahe ng linya at ang kabaligtaran na sapilitan EMF na sapilitan ng inductor sa stator winding ay nagbabago.

Bilang karagdagan, ang reaksyon ng armature ay lumilikha ng isang demagnetization ng mga inductors, kaya ang kasalukuyang stator ay tumataas, ang mga inductors ay nakakaranas ng pagtaas ng metalikang kuwintas, at ang motor ay nagsisimulang umikot nang sabay-sabay muli, na nagtagumpay sa tumaas na pagkarga. Ang isang katulad na proseso ay nangyayari sa pagbabawas ng pagkarga.

Sa matalim na pagbabagu-bago sa pag-load, ang kakayahang umangkop na ito ng motor ay maaaring hindi sapat, ang bilis nito ay magbabago nang malaki, ito ay "mawawala sa synchronism" at kalaunan ay hihinto, habang ang induction EMF na sapilitan sa stator ay nawawala, at ang kasalukuyang nasa loob nito ay tumataas. matalas. Samakatuwid, dapat na iwasan ang matalim na pagbabagu-bago sa pagkarga. Upang ihinto ang motor, malinaw na kailangan mo munang idiskonekta ang stator circuit at pagkatapos ay idiskonekta ang mga chokes; kapag sinimulan ang makina, dapat kang sumunod sa reverse order ng mga operasyon.

Ang mga kasabay na motor ay kadalasang ginagamit upang magmaneho ng mga mekanismo na gumagana sa isang pare-parehong bilis. Narito ang mga pakinabang at disadvantages ng mga kasabay na motor at ang mga paraan ng pagsisimula ng mga ito: Mga kasabay na motor at ang kanilang mga aplikasyon

Pang-edukasyon na film strip - "Synchronous motors", na nilikha ng pabrika ng pang-edukasyon-visual aid noong 1966. Maaari mo itong panoorin dito: Filmstrip «Synchronous Motor»