Máquinas AC: dispositivo, principio de funcionamiento, aplicación

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Las máquinas eléctricas realizan la función crítica de conversión de energía en mecanismos de trabajo y estaciones generadoras. Dichos dispositivos encuentran su lugar en diferentes áreas, proporcionando a los órganos ejecutivos suficiente potencial de poder. Uno de los sistemas más populares de este tipo son las máquinas AC (ACM), que tienen varias variedades y diferencias dentro de su clase.

Información general sobre MAT

El segmento de MPT o convertidores electromecánicos se puede dividir condicionalmente en sistemas monofásicos y trifásicos. Además, en el nivel básico, se distinguen los dispositivos asíncronos, síncronos y colectores, mientras que el principio general de funcionamiento y diseño tienen mucho en común. Esta clasificación de las máquinas de CA es condicional, ya que las modernas estaciones de conversión electromecánica involucran parcialmente los flujos de trabajo de cada grupo de dispositivos.

Por regla general, el MPT se basa en un estator y un rotor, entre los cuales se proporciona un espacio de aire. Nuevamente, independientemente del tipo de máquina, el ciclo de trabajo se basa en la rotación del campo magnético. Pero si en una instalación síncrona el movimiento del rotor corresponde a la dirección del campo de fuerza, entonces en una máquina asíncrona el rotor puede moverse en una dirección diferente y con frecuencias diferentes. Esta diferencia también determina las características del uso de las máquinas. Entonces, si los síncronos pueden actuar tanto como generadores como motores electromecánicos, entonces los asíncronos se usan principalmente como motores.

En cuanto al número de fases, se distinguen sistemas monofásicos y multifásicos. Además, desde el punto de vista del uso práctico, los representantes de la segunda categoría merecen atención. Se trata en su mayor parte de máquinas de CA trifásicas, en las que el campo magnético solo realiza la función de portador de energía. Los dispositivos monofásicos, por otro lado, debido a la impracticabilidad operativa y a los grandes tamaños, están desapareciendo gradualmente de la práctica de aplicación, aunque en algunas áreas el factor decisivo en su elección es el bajo costo.

Diferencias con las máquinas DC

La diferencia estructural fundamental radica en la ubicación del devanado. En los sistemas de CA, cubre el estator y en las máquinas de CC, el rotor. En ambos grupos, los motores eléctricos difieren en el tipo de excitación actual: mixta, paralela y en serie. Hoy en día, las máquinas de CA y CC se utilizan en la industria, la agricultura y el sector doméstico, pero las primerasopción es más atractiva en términos de rendimiento. Los alternadores y los motores de CA se benefician de un diseño mejorado, confiabilidad y alta eficiencia energética.

El uso de dispositivos de corriente continua está muy extendido en áreas donde los requisitos para la precisión de la regulación de los parámetros de funcionamiento pasan a primer plano. Estos pueden ser mecanismos de tracción de transporte, máquinas herramienta e instrumentos de medición complejos. En términos de rendimiento, las máquinas de CC y CA tienen una alta eficiencia, pero con diferentes posibilidades de ajuste técnico y estructural a las condiciones específicas de la aplicación. La operación de CC brinda más opciones para el control de velocidad, lo cual es importante cuando se realiza el mantenimiento de servomotores y motores paso a paso.

Dispositivo MPT asíncrono

Para la base técnica de este dispositivo en forma de rotor y estator, se utiliza chapa de acero, que se recubre con una capa aislante de colofonia de aceite en ambos lados antes del montaje. En máquinas de baja potencia, el núcleo puede ser de acero eléctrico sin recubrimiento adicional, ya que en este caso la capa de óxido natural sobre la superficie metálica actúa como aislante. El estator está fijado en la carcasa y el rotor en el eje. En las máquinas asíncronas de CA de alta potencia, el núcleo del rotor también se puede montar en el borde de la carcasa con un manguito montado en el eje. El eje en sí debe girar sobre los escudos de cojinetes, que también están fijados a la base de la carcasa.

Las superficies exteriores del rotor y las superficies interiores del estator están provistas inicialmente de ranuras para acomodar los conductores del devanado. En el estator de las máquinas de CA, el devanado suele ser trifásico y está conectado a la red adecuada de 380 V. También se le llama primario. El devanado del rotor se realiza de manera similar, cuyos extremos generalmente forman una conexión en una configuración de estrella. También se proporcionan anillos deslizantes, a través de los cuales se puede conectar adicionalmente un reóstato para ajuste o un elemento de arranque trifásico.

También es importante tener en cuenta los parámetros del entrehierro, que actúa como una zona amortiguadora que reduce el ruido, la vibración y el calor durante el funcionamiento del dispositivo. Cuanto más grande sea la máquina, mayor debe ser el espacio. Su valor puede variar de uno a varios milímetros. Si es estructuralmente imposible dejar suficiente espacio para la zona de aire, se proporciona un sistema de enfriamiento adicional para la unidad.

El principio de funcionamiento del MPT asíncrono

El devanado trifásico en este caso está conectado a una red simétrica con un voltaje trifásico, como resultado de lo cual se forma un campo magnético en el entrehierro. Con respecto al devanado del inducido, se toman medidas especiales para lograr una distribución espacial armónica del campo para el espacio de amortiguación, que forma un sistema de polos magnéticos giratorios. Según el principio de funcionamiento de una máquina de corriente alterna, en cada polo se forma un flujo magnético que atraviesa los circuitos de los devanados, provocando así la generación de electromotrices.fuerza. Se induce una corriente trifásica en el devanado trifásico, que proporciona el par motor. En el contexto de la interacción de la corriente del rotor con los flujos magnéticos, se forma una fuerza electromagnética en los conductores.

Si el rotor, bajo la acción de una fuerza externa, se pone en movimiento, cuya dirección corresponde a la dirección de los flujos del campo magnético de la máquina de CA, entonces el rotor comenzará a alcanzar al velocidad de rotación del campo. Esto ocurre cuando la velocidad del estator excede la frecuencia sincrónica nominal. Al mismo tiempo, se cambiará la dirección del movimiento de las fuerzas electromagnéticas. De esta manera, se forma un par de frenado con acción inversa. Este principio de funcionamiento permite que la máquina se utilice como un generador que funciona en el modo de salida de potencia activa a la red.

Diseño y principio de funcionamiento del MPT síncrono

En términos de diseño y ubicación del estator, una máquina síncrona es similar a una asíncrona. El devanado se denomina armadura y se realiza con el mismo número de polos que en el caso anterior. El rotor está provisto de un devanado de excitación, cuyo suministro de energía se realiza mediante anillos colectores y escobillas conectadas a una fuente de corriente continua. Una fuente es un generador-excitador de baja potencia montado en un solo eje. En una máquina síncrona de CA, el devanado actúa como generador del campo magnético primario. Durante el proceso de diseño, los diseñadores se esfuerzan por crear las condiciones para que la distribución inductiva del campo de excitaciónen las superficies del estator era lo más cercano posible a la sinusoidal.

Con cargas aumentadas, el devanado del estator genera un campo magnético con rotación en la dirección del rotor con la misma frecuencia. Así, se forma un solo campo de rotación, en el que el campo del estator afectará al rotor. Este dispositivo de las máquinas de corriente alterna les permite ser utilizadas como motores eléctricos, si inicialmente se suministra una corriente trifásica al devanado síncrono. Dichos sistemas crean condiciones para la rotación coordinada del rotor con una frecuencia correspondiente al campo del estator.

Máquinas síncronas salientes y no salientes

La principal diferencia entre los sistemas de polos salientes es la presencia de polos que sobresalen en el diseño, que se unen a protuberancias especiales del eje. En los mecanismos típicos, la fijación se realiza con la ayuda de sujetadores de cola en forma de T al borde de la cruz o al eje a través del casquillo. En el dispositivo de máquinas de CA de baja potencia, el mismo problema se puede resolver mediante conexiones atornilladas. Como material de bobinado, se utiliza una tira de cobre, que se enrolla en un borde, aislándose con juntas especiales. En orejetas con polos en las ranuras, se colocan las varillas de bobinado para el arranque. En este caso se utiliza un material de alta resistividad como el latón. Los contornos de bobinado en los extremos están soldados a los elementos de cortocircuito, formando anillos comunes para un cortocircuito. Las máquinas de polos salientes con un potencial de potencia de 10-12 kW se pueden realizar en el llamado diseño invertido, cuando la armadura gira y los polos del inductor permanecen estacionarios.condición.

En máquinas de polos no salientes, el diseño se basa en un rotor cilíndrico fabricado en acero forjado. Hay ranuras en el rotor para formar el devanado de excitación, cuyos polos están calculados para altas velocidades. Sin embargo, el uso de tal devanado en máquinas eléctricas con corriente alterna de alta potencia es imposible debido al alto grado de desgaste del rotor en condiciones de operación severas. Por este motivo, incluso en instalaciones de media potencia, se utilizan para los rotores componentes de alta resistencia fabricados con sólidos forjados a base de aceros al cromo-níquel-molibdeno o al cromo-níquel. De acuerdo con los requisitos técnicos de resistencia, el diámetro máximo de la parte activa del rotor de un rotor de máquina síncrona no saliente no puede exceder de 125 elementos cm. La longitud máxima del rotor es de 8,5 m Las unidades de polos no salientes que se utilizan en la industria incluyen varios turbogeneradores. Con su ayuda, en particular, conectan los momentos operativos de las turbinas de vapor con las centrales térmicas.

Características de los hidrogeneradores verticales

Una clase separada de MPT síncronos de polo saliente provistos de un eje vertical. Estas instalaciones están conectadas a turbinas hidráulicas y se seleccionan en función de la potencia de los caudales servidos en términos de frecuencia de rotación. La mayoría de las máquinas de CA de este tipo son de baja velocidad, pero al mismo tiempo tienenuna gran cantidad de postes. Entre los componentes de trabajo críticos de un hidrogenerador vertical, se puede observar un cojinete de empuje y un cojinete de empuje, que soporta la carga de las partes giratorias del motor. El cojinete de empuje, en particular, también está sujeto a la presión del flujo de agua, que actúa sobre las palas de la turbina. Además, se proporciona un freno para detener la rotación y también hay cojinetes guía en la estructura de trabajo que perciben las fuerzas radiales.

En la parte superior de la máquina, junto con el hidrogenerador, se pueden colocar unidades auxiliares, por ejemplo, un excitador del generador y un regulador. Por cierto, esta última es una máquina de CA independiente con bobinado y polos para imanes permanentes. Esta configuración proporciona energía al motor para la función de gobernador automático. En los grandes hidrogeneradores verticales, el excitador se puede reemplazar por un generador síncrono que, junto con las unidades de excitación y los rectificadores de mercurio, proporciona energía a los dispositivos de potencia que sirven al proceso de trabajo del hidrogenerador principal. La configuración de la máquina de eje vertical también se utiliza como mecanismo de accionamiento para bombas hidráulicas de servicio pesado.

Coleccionista MPT

La presencia de una unidad colectora en el diseño del MPT a menudo está determinada por la necesidad de realizar la función de convertir la velocidad de rotación en la conexión eléctrica de circuitos de diferentes frecuencias en los devanados del rotor y del estator. Esta solución le permite equipar el dispositivo con máspropiedades operativas, incluida la regulación automática de los parámetros operativos. Las máquinas colectoras de CA que están conectadas a redes trifásicas reciben tres dedos de cepillo en cada segmento de la división de doble polo. Los cepillos están conectados entre sí en un circuito paralelo con puentes. En este sentido, los MPT de colector son similares a los motores de corriente continua, pero se diferencian de ellos en el número de escobillas utilizadas en los polos. Además, el estator en este sistema puede tener varios devanados adicionales.

El devanado de armadura cerrada cuando se utiliza un colector con escobillas trifásicas será un devanado complejo trifásico con conexión en triángulo. Durante la rotación de la armadura, cada fase del devanado mantiene una posición sin cambios, sin embargo, las secciones pasan alternativamente de una fase a otra. Si se usa un conjunto de escobillas de seis fases con un cambio de 60 ° entre sí en una máquina de conmutador de CA, entonces se forma un devanado de seis fases con una conexión poligonal. En las escobillas de una máquina multifásica con grupo colector, la frecuencia de la corriente está determinada por la rotación del flujo magnético con respecto a las escobillas fijas. La dirección de rotación del rotor puede ser contraria o igualada.

Uso de MAT

Hoy en día, los MPT se utilizan en todas partes donde, de una forma u otra, se requiere la generación de energía mecánica o eléctrica. Las grandes unidades productivas se utilizan en el mantenimiento de sistemas de ingeniería, centrales eléctricas y unidades de elevación y transporte, y las unidades de baja potencia se utilizan en hogares ordinarios.equipos desde ventiladores hasta bombas. Pero en ambos casos, el propósito de las máquinas AC se reduce al desarrollo de energía potencial en volumen suficiente. Otra cosa es que las diferencias estructurales, la implementación de la configuración interna del estator y rotor, así como la infraestructura de control son de fundamental importancia.

Aunque el dispositivo MPT general conserva el mismo conjunto de componentes funcionales durante mucho tiempo, los crecientes requisitos para el funcionamiento de dichos sistemas obligan a los desarrolladores a introducir controles y controles adicionales. En la etapa actual de desarrollo tecnológico, especialmente en el contexto del uso de máquinas de corriente alterna en el sector industrial, es difícil imaginar el funcionamiento de dichos motores y generadores sin medios de alta precisión para regular los parámetros de funcionamiento. Para esto, se utilizan una variedad de métodos de control: pulso, frecuencia, reóstato, etc. La introducción de la automatización en la infraestructura regulatoria también es un rasgo característico de la operación moderna de MPT. La electrónica de control está conectada a la planta de energía, por un lado, y por el otro, a los controladores de software que, de acuerdo con un algoritmo dado, dan comandos para establecer parámetros específicos del mecanismo.

Conclusión

Los generadores de energía y los motores eléctricos son un componente de energía indispensable en la industria actual. Por su función funcionan las máquinas-herramienta, las instalaciones de transporte, de comunicación y otros aparatos y aparatos eléctricos que precisan alimentación. AEn este caso, existe una gran variedad de tipos y subespecies de máquinas eléctricas de CA y CC, cuyas funciones y características determinan en última instancia el nicho para su funcionamiento. Las características técnicas y operativas del MPT incluyen un dispositivo estructural más simple y requisitos de mantenimiento relativamente bajos. Por otro lado, las máquinas de CC resultan ser una solución más atractiva para los problemas de suministro de energía en sistemas de energía críticos complejos. El segmento de producción nacional de equipos industriales de potencia tiene una vasta experiencia en el diseño y producción de ambos tipos de máquinas eléctricas. Las grandes empresas se centran cada vez más en el desarrollo de soluciones individuales con características estructurales y operativas. Las desviaciones de los diseños estándar a menudo se asocian con la necesidad de conectar unidades y equipos funcionales auxiliares, como sistemas de refrigeración, equipos de protección contra sobrecalentamiento y fluctuaciones de la red, energía adicional y de respaldo. Además, el entorno operativo externo tiene una influencia considerable en algunas de las propiedades estructurales de las máquinas eléctricas, lo que también se tiene en cuenta en las etapas de diseño y creación de equipos.