Máquinas AC: dispositivo, princípio de operação, aplicação

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

As máquinas elétricas desempenham a função crítica de conversão de energia em mecanismos de trabalho e estações geradoras. Tais dispositivos encontram seu lugar em diferentes áreas, fornecendo aos órgãos executivos um potencial de poder suficiente. Um dos sistemas mais populares desse tipo são as máquinas AC (ACMs), que possuem diversas variedades e diferenças dentro de sua classe.

Informações gerais sobre o MAT

O segmento de MPT ou conversores eletromecânicos pode ser dividido condicionalmente em sistemas monofásicos e trifásicos. Além disso, no nível básico, os dispositivos assíncronos, síncronos e coletores são diferenciados, enquanto o princípio geral de operação e o design do projeto têm muito em comum. Essa classificação das máquinas AC é condicional, pois as modernas estações de conversão eletromecânica envolvem parcialmente os fluxos de trabalho de cada grupo de dispositivos.

Em regra, o MPT é baseado em um estator e um rotor, entre os quais é fornecido um entreferro. Novamente, independentemente do tipo de máquina, o ciclo de trabalho é baseado na rotação do campo magnético. Mas se em uma instalação síncrona o movimento do rotor corresponde à direção do campo de força, em uma máquina assíncrona o rotor pode se mover em uma direção diferente e com frequências diferentes. Essa diferença também determina as características do uso das máquinas. Assim, se os síncronos podem atuar tanto como gerador quanto como motor eletromecânico, os assíncronos são usados principalmente como motores.

Quanto ao número de fases, distinguem-se sistemas monofásicos e multifásicos. Além disso, do ponto de vista do uso prático, os representantes da segunda categoria merecem atenção. Em sua maioria, são máquinas CA trifásicas, nas quais o campo magnético desempenha apenas a função de portador de energia. Os dispositivos monofásicos, por outro lado, pela impraticabilidade operacional e grandes tamanhos, estão gradualmente desaparecendo da prática de aplicação, embora em algumas áreas o fator decisivo na escolha seja o baixo custo.

Diferenças de máquinas DC

A diferença estrutural fundamental está na localização do enrolamento. Em sistemas AC, cobre o estator e em máquinas DC, o rotor. Em ambos os grupos, os motores elétricos diferem no tipo de excitação da corrente - mista, paralela e série. Hoje, as máquinas AC e DC são utilizadas na indústria, agricultura e setor doméstico, mas a primeiraopção é mais atraente em termos de desempenho. Alternadores e motores CA se beneficiam de design aprimorado, confiabilidade e alta eficiência energética.

O uso de dispositivos de corrente contínua é difundido em áreas onde os requisitos para a precisão da regulação dos parâmetros operacionais vêm à tona. Estes podem ser mecanismos de tração de transporte, máquinas-ferramentas e instrumentos de medição complexos. Em termos de desempenho, as máquinas DC e AC apresentam alta eficiência, mas com diferentes possibilidades de ajuste técnico e estrutural às condições específicas de aplicação. A operação DC oferece mais opções para controle de velocidade, o que é importante ao fazer a manutenção de servomotores e motores de passo.

Dispositivo MPT assíncrono

Para a base técnica deste dispositivo na forma de rotor e estator, é utilizada chapa de aço, que é revestida com uma camada isolante de óleo-resina em ambos os lados antes da montagem. Em máquinas de baixa potência, o núcleo pode ser feito de aço elétrico sem revestimento adicional, pois neste caso a camada de óxido natural na superfície do metal atua como isolante. O estator é fixado na carcaça e o rotor no eixo. Em máquinas CA assíncronas de alta potência, o núcleo do rotor também pode ser montado no aro da carcaça com uma luva montada no eixo. O próprio eixo deve girar sobre as blindagens dos mancais, que também são fixadas na base do mancal.

As superfícies externas do rotor e as superfícies internas do estator são inicialmente providas de ranhuras para acomodar os condutores do enrolamento. No estator de máquinas CA, o enrolamento é geralmente trifásico e conectado à rede apropriada de 380 V. Também é chamado de primário. O enrolamento do rotor é realizado de forma semelhante, cujas extremidades geralmente formam uma conexão em uma configuração em estrela. Também são fornecidos anéis coletores, através dos quais um reostato para ajuste ou um elemento de partida trifásico pode ser conectado adicionalmente.

Também é importante observar os parâmetros do entreferro, que atua como uma zona de amortecimento que reduz ruído, vibração e calor durante a operação do dispositivo. Quanto maior a máquina, maior deve ser a folga. Seu valor pode variar de um a vários milímetros. Se for estruturalmente impossível deixar espaço suficiente para a zona de ar, é fornecido um sistema de refrigeração adicional para a unidade.

Princípio de funcionamento do MPT assíncrono

O enrolamento trifásico neste caso está conectado a uma rede simétrica com uma tensão trifásica, resultando na formação de um campo magnético no entreferro. Em relação ao enrolamento da armadura, medidas especiais são tomadas para obter uma distribuição espacial harmônica do campo para o amortecimento, que forma um sistema de polos magnéticos rotativos. De acordo com o princípio de funcionamento de uma máquina de corrente alternada, um fluxo magnético é formado em cada pólo, que atravessa os circuitos de enrolamento, provocando assim a geração de energia eletromotriz.força. Uma corrente trifásica é induzida no enrolamento trifásico, que fornece o torque do motor. No contexto da interação da corrente do rotor com os fluxos magnéticos, uma força eletromagnética é formada nos condutores.

Se o rotor, sob a ação de uma força externa, for colocado em movimento, cuja direção corresponde à direção dos fluxos do campo magnético da máquina CA, então o rotor começará a ultrapassar o taxa de rotação do campo. Isso ocorre quando a velocidade do estator excede a frequência síncrona nominal. Ao mesmo tempo, a direção do movimento das forças eletromagnéticas será alterada. Desta forma, é formado um torque de frenagem com ação reversa. Este princípio de funcionamento permite que a máquina seja utilizada como gerador operando no modo de saída de potência ativa para a rede.

Design e princípio de funcionamento do MPT síncrono

Em termos de projeto e localização do estator, uma máquina síncrona é semelhante a uma assíncrona. O enrolamento é chamado de armadura e é realizado com o mesmo número de pólos do caso anterior. O rotor é dotado de um enrolamento de excitação, cujo fornecimento de energia é feito por anéis coletores e escovas conectadas a uma fonte de corrente contínua. Uma fonte é um gerador-excitador de baixa potência montado em um único eixo. Em uma máquina CA síncrona, o enrolamento atua como um gerador do campo magnético primário. Durante o processo de projeto, os projetistas se esforçam para criar condições para que a distribuição indutiva do campo de excitaçãonas superfícies do estator era o mais senoidal possível.

Com cargas aumentadas, o enrolamento do estator gera um campo magnético com rotação na direção do rotor com a mesma frequência. Assim, forma-se um único campo de rotação, no qual o campo do estator afetará o rotor. Este dispositivo de máquinas CA permite que elas sejam usadas como motores elétricos, se uma corrente trifásica for inicialmente fornecida ao enrolamento síncrono. Tais sistemas criam condições para a rotação coordenada do rotor com uma frequência correspondente ao campo do estator.

Máquinas síncronas salientes e não salientes

A principal diferença entre os sistemas de postes salientes é a presença de postes salientes no projeto, que são fixados a saliências especiais do eixo. Em mecanismos típicos, a fixação é realizada com a ajuda de fixadores de cauda em forma de T na borda da cruz ou no eixo através da bucha. No dispositivo de máquinas AC de baixa potência, o mesmo problema pode ser resolvido por conexões parafusadas. Como material de enrolamento, é usado cobre em tira, que é enrolado em uma borda, isolando com juntas especiais. Nos terminais com pólos nas ranhuras, são colocadas as hastes de enrolamento para partida. Neste caso, é utilizado um material de alta resistividade como o latão. Os contornos do enrolamento nas extremidades são soldados aos elementos de curto-circuito, formando anéis comuns para um curto-circuito. Máquinas de polos salientes com potencial de potência de 10-12 kW podem ser executadas no chamado projeto invertido, quando a armadura gira e os polos do indutor permanecem estacionárioscondição.

Em máquinas de pólos não salientes, o projeto é baseado em um rotor cilíndrico feito de aço forjado. Existem ranhuras no rotor para formar o enrolamento de excitação, cujos pólos são calculados para altas velocidades. No entanto, o uso de tal enrolamento em máquinas elétricas com corrente alternada de alta potência é impossível devido ao alto grau de desgaste do rotor em condições adversas de operação. Por esta razão, mesmo em instalações de média potência, componentes de alta resistência feitos de forjados sólidos à base de aços cromo-níquel-molibdênio ou cromo-níquel são usados para rotores. De acordo com os requisitos técnicos de resistência, o diâmetro máximo da parte de trabalho do rotor de um rotor de máquina síncrona não saliente não pode exceder 125 cm. O comprimento máximo do rotor é de 8,5 m. Unidades de pólos não salientes que são usadas na indústria incluem vários turbogeradores. Com a ajuda deles, em particular, eles conectam os momentos de operação das turbinas a vapor com as usinas termelétricas.

Recursos de hidrogeradores verticais

Uma classe separada de MPTs síncronos de pólos salientes fornecidos com um eixo vertical. Tais instalações são conectadas a turbinas hidráulicas e são selecionadas de acordo com a potência dos fluxos atendidos em termos de frequência de rotação. A maioria das máquinas AC deste tipo são de baixa velocidade, mas ao mesmo tempo têmum grande número de pólos. Entre os componentes críticos de trabalho de um hidrogerador vertical, pode-se destacar um mancal de encosto e um mancal de encosto, que suporta a carga das partes rotativas do motor. O mancal de empuxo, em particular, também é submetido à pressão do fluxo de água, que atua nas pás da turbina. Além disso, um freio é fornecido para parar a rotação e rolamentos de guia também estão presentes na estrutura de trabalho que percebem as forças radiais.

Na parte superior da máquina, juntamente com o hidrogerador, podem ser colocadas unidades auxiliares - por exemplo, um excitador de gerador e um regulador. A propósito, este último é uma máquina AC independente com enrolamento e pólos para ímãs permanentes. Esta configuração fornece energia ao motor para a função do regulador automático. Em grandes hidrogeradores verticais, a excitatriz pode ser substituída por um gerador síncrono, que, juntamente com as unidades de excitação e retificadores de mercúrio, fornece energia aos dispositivos de potência que atendem ao processo de funcionamento do hidrogerador principal. A configuração da máquina de eixo vertical também é usada como mecanismo de acionamento para bombas hidráulicas de serviço pesado.

Colecionador MPT

A presença de uma unidade coletora no projeto do MPT é muitas vezes determinada pela necessidade de desempenhar a função de conversão da velocidade de rotação na conexão elétrica de circuitos de diferentes frequências nos enrolamentos do rotor e do estator. Esta solução permite equipar o dispositivo compropriedades operacionais, incluindo regulação automática de parâmetros operacionais. As máquinas coletoras AC que estão conectadas a redes trifásicas recebem três dedos de escova em cada segmento da divisão de pólo duplo. As escovas são conectadas umas às outras em um circuito paralelo com jumpers. Nesse sentido, os MPTs coletores são semelhantes aos motores CC, mas diferem deles no número de escovas utilizadas nos polos. Além disso, o estator neste sistema pode ter vários enrolamentos adicionais.

O enrolamento de armadura fechada ao usar um coletor com escovas trifásicas será um enrolamento complexo trifásico com conexão delta. Durante a rotação da armadura, cada fase do enrolamento mantém uma posição in alterada, no entanto, as seções passam alternadamente de uma fase para outra. Se um conjunto de escovas de seis fases com um deslocamento de 60 ° em relação um ao outro for usado em uma máquina comutadora CA, um enrolamento de seis fases será formado com uma conexão de polígono. Nas escovas de uma máquina multifásica com grupo coletor, a frequência da corrente é determinada pela rotação do fluxo magnético em relação às escovas fixas. O sentido de rotação do rotor pode ser contra ou combinado.

Uso de MAT

Hoje, os MPTs são usados em todos os lugares onde, de uma forma ou de outra, é necessária a geração de energia mecânica ou elétrica. Grandes unidades produtivas são usadas na manutenção de sistemas de engenharia, centrais elétricas e unidades de elevação e transporte, e unidades de baixa potência são usadas em residências comunsequipamentos de ventiladores a bombas. Mas em ambos os casos, a finalidade das máquinas AC é reduzida ao desenvolvimento do potencial energético em volume suficiente. Outra coisa é que as diferenças estruturais, a implementação da configuração interna do estator e rotor, bem como a infraestrutura de controle são de fundamental importância.

Embora o dispositivo MPT geral mantenha o mesmo conjunto de componentes funcionais por muito tempo, os crescentes requisitos para a operação de tais sistemas forçam os desenvolvedores a introduzir controles e controles adicionais. No atual estágio de desenvolvimento tecnológico, especialmente no contexto do uso de máquinas CA no setor industrial, é difícil imaginar o funcionamento de tais motores e geradores sem meios de alta precisão para regular os parâmetros operacionais. Para isso, uma variedade de métodos de controle são usados - pulso, frequência, reostato, etc. A introdução da automação na infraestrutura regulatória também é uma característica da operação moderna do MPT. A eletrônica de controle está conectada à usina, por um lado, e por outro - aos controladores de software, que, de acordo com um determinado algoritmo, dão comandos para definir parâmetros específicos do mecanismo.

Conclusão

Geradores de energia e motores elétricos são um componente de energia indispensável na indústria atual. Devido à sua função, operam máquinas-ferramentas, instalações de transporte, comunicação e outras unidades e dispositivos elétricos que requerem alimentação elétrica. NoNesse caso, há uma enorme variedade de tipos e subespécies de máquinas elétricas CA e CC, cujas características e características determinam, em última análise, o nicho para sua operação. As características técnicas e operacionais do MPT incluem um dispositivo estrutural mais simples e requisitos de manutenção relativamente baixos. Por outro lado, as máquinas DC acabam por ser uma solução mais atraente para problemas de fornecimento de energia em sistemas de energia críticos complexos. O segmento de produção nacional de equipamentos industriais de energia possui vasta experiência no projeto e produção de ambos os tipos de máquinas elétricas. As grandes empresas apostam cada vez mais no desenvolvimento de soluções individuais com características estruturais e operacionais. Os desvios dos projetos padrão são frequentemente associados à necessidade de conectar unidades funcionais auxiliares e equipamentos, como sistemas de refrigeração, equipamentos de proteção contra superaquecimento e flutuações da rede, energia adicional e de backup. Além disso, o ambiente operacional externo tem uma influência considerável em algumas das propriedades estruturais das máquinas elétricas, o que também é levado em consideração nas etapas de projeto e criação dos equipamentos.