Σκοπός και διάταξη σύγχρονων μηχανών

Σύγχρονη μηχανή - μια μηχανή εναλλασσόμενου ρεύματος στην οποία η ταχύτητα του ρότορα σε σταθερή συχνότητα ρεύματος στις περιελίξεις του στάτη παραμένει σταθερή και δεν εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου στον άξονα της μηχανής.

Σύγχρονες μηχανές Χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας των πρώτων κινητήρων σε ηλεκτρική ενέργεια, δηλαδή ως γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας εναλλασσόμενου ρεύματος. Ωστόσο, οι σύγχρονες μηχανές χρησιμοποιούνται επίσης στους τρόπους λειτουργίας κινητήρων, αντισταθμιστών άεργου ισχύος και άλλων συσκευών.

Σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, οι τριφασικές σύγχρονες μηχανές χρησιμοποιούνται ευρέως. Οι μονοφασικοί σύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές κινήσεις συμπιεστών, ισχυρούς ανεμιστήρες, κινητήρες χαμηλής ισχύος σε διάφορες αυτόματες συσκευές κ.λπ.

Συσκευή σύγχρονης μηχανής

Ένα τριφασικό σύγχρονο μηχάνημα αποτελείται από έναν σταθερό στάτορα και έναν άρρητο ή κυρτό ρότορα πόλου που περιστρέφεται μέσα του, μεταξύ τους υπάρχει ένα διάκενο αέρα, το ακτινικό μέγεθος του οποίου καθορίζεται από την ονομαστική ισχύ του μηχανήματος, την ταχύτητά του και ποικίλλει από κλάσματα έως αρκετές δεκάδες χιλιοστά.

Ο στάτορας μιας τέτοιας μηχανής πρακτικά δεν διαφέρει στο σχεδιασμό από τον στάτορα μιας επαγωγικής μηχανής, έχει τριφασική περιέλιξη, η αρχή των φάσεων της οποίας ορίζεται C1, C2, C3 και τα άκρα - C4, C5, C6 και μεταφέρονται σε ακροδέκτες με παρόμοιες ονομασίες, γεγονός που σας επιτρέπει να συνδέσετε τις φάσεις της περιέλιξης του στάτορα με ένα δέλτα ή αστέρι.

Οι φάσεις της περιέλιξης του στάτορα μιας τριφασικής σύγχρονης γεννήτριας συνδέονται κυρίως σε ένα αστέρι, καθώς αυτό επιτρέπει σε ένα τριφασικό δίκτυο τεσσάρων συρμάτων να έχει τάσεις γραμμής και φάσης που διαφέρουν μεταξύ τους κατά √3 φορές (Εικ. 1 ).

Ρύζι. 1. Σχέδιο σύνδεσης τριφασικού τετραφασικού δικτύου στους ακροδέκτες της περιέλιξης του στάτορα μιας τριφασικής σύγχρονης γεννήτριας όταν οι φάσεις είναι συνδεδεμένες με αστέρι.

Ο ρότορας μιας σύγχρονης μηχανής είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό σύστημα συνεχούς ρεύματος με περιέλιξη που έχει τον ίδιο αριθμό πόλων με ένα τύλιγμα τριφασικού στάτη. Οι μαγνητικές γραμμές δύναμης είναι κλειστές μεταξύ των αντίστοιχων βόρειων και νότιων πόλων του ρότορα μέσω του διακένου αέρα και της γραμμής παροχής του στάτορα (Εικ. 2, α, β).

Η περιέλιξη του ρότορα ή η περιέλιξη πεδίου τροφοδοτείται από έναν ανορθωτή ή μια μικρή γεννήτρια συνεχούς ρεύματος — έναν διεγέρτη του οποίου η έξοδος είναι 0,5 έως 10% της ονομαστικής εξόδου μιας σύγχρονης μηχανής. Ο διεγέρτης μπορεί να βρίσκεται στον ίδιο άξονα με ένα σύγχρονο μηχάνημα, να κινείται από τον άξονά του με ένα εύκαμπτο κιβώτιο ταχυτήτων ή να κινείται από έναν ξεχωριστό κινητήρα.

Ο άρρητος δρομέας πόλων μιας σύγχρονης μηχανής είναι ένας συμπαγής ή σύνθετος κύλινδρος κατασκευασμένος από άνθρακα ή κράμα χάλυβα με αυλακώσεις αλεσμένες στην επιφάνειά του σε αξονική διεύθυνση. Αυτές οι υποδοχές περιέχουν ένα πηνίο από μονωμένο σύρμα χαλκού ή αλουμινίου.Η αρχή του I1 και το άκρο του I2 αυτής της περιέλιξης συνδέονται με δύο δακτυλίους ολίσθησης που είναι τοποθετημένοι σε ένα μονωτικό περίβλημα που βρίσκεται στον άξονα του μηχανήματος και περιστρέφονται με τον ρότορα.

Οι σταθερές βούρτσες πιέζονται πάνω στους δακτυλίους, από τους οποίους τα καλώδια οδηγούνται στους σφιγκτήρες με την ένδειξη I1 και I2 για σύνδεση σε πηγή σταθερής ηλεκτρικής ενέργειας. Τα μεγάλα δόντια του κυλίνδρου του ρότορα χωρίς σχισμές σχηματίζουν τους πόλους του ρότορα.

Ένας άρρητος ρότορας πόλων έχει συνήθως δύο ή τέσσερις πόλους εναλλασσόμενης πολικότητας, χρησιμοποιείται σε σύγχρονες μηχανές υψηλής ταχύτητας, ιδιαίτερα σε στροβιλογεννήτριες - τριφασικές σύγχρονες γεννήτριες απευθείας συνδεδεμένες με ατμοστρόβιλους σχεδιασμένους για ταχύτητα 3000 ή 1500 στροφών ανά λεπτό σε Συχνότητα AC 50 Hz...

Ρύζι. 2. Η συσκευή μιας τριφασικής σύγχρονης μηχανής με ρότορα: α — κρυφός πόλος, β — εμφανής πόλος, 1 — πλαίσιο, 2 — μαγνητικό κύκλωμα στάτορα, 3 — καλώδια στάτορα, 4 — διάκενο αέρα, 5 — πόλος ρότορα, 6 — άκρο πόλου, 7 — ευθεία στον ρότορα, 8 — περιέλιξη του πηνίου διέγερσης, 9 — βραχυκύκλωμα, 10 — δακτύλιοι ολίσθησης, 11 — βούρτσες, 12 — άξονας.

Ο ρότορας ανοιχτού πόλου μιας σύγχρονης μηχανής με τέσσερις ή περισσότερους πόλους έχει συμπαγή ή επενδεδυμένο ζυγό από χαλύβδινα φύλλα, πάνω στα οποία είναι στερεωμένοι χαλύβδινοι στύλοι παρόμοιας κατασκευής, με ορθογώνια διατομή, που καταλήγουν σε ακίδες (Εικ. 2, β. ). Τα πηνία που συνδέονται μεταξύ τους βρίσκονται στους πόλους, σχηματίζοντας ένα συναρπαστικό πηνίο.

Ένας τέτοιος ρότορας χρησιμοποιείται σε σύγχρονες μηχανές χαμηλής ταχύτητας, οι οποίες μπορούν να είναι υδρογεννήτριες και γεννήτριες ντίζελ - αντίστοιχα, τριφασικές σύγχρονες γεννήτριες απευθείας συνδεδεμένες με υδραυλικούς στρόβιλους ή κινητήρες εσωτερικής καύσης, σχεδιασμένες για ταχύτητες περιστροφής 1500, 1000, 750 και χαμηλότερες στροφές ανά λεπτό σε συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος 50 Hz.

Πολλές σύγχρονες μηχανές διαθέτουν στον ρότορα, εκτός από το τύλιγμα διέγερσης, μια βραχυκυκλωμένη χάλκινη ή ορειχάλκινη περιέλιξη απόσβεσης, η οποία σε έναν ρότορα μη λείου πόλου διαφέρει ελάχιστα από μια παρόμοια περιέλιξη στον ρότορα μιας επαγωγικής μηχανής και σε ένας ρότορας προεξέχοντος πόλου εκτελείται με τη μορφή ενός ελλιπούς βραχυκυκλωμένου πηνίου, οι ράβδοι του οποίου είναι ενσωματωμένες μόνο στις αυλακώσεις και απουσιάζουν στο διάστημα μεταξύ των πόλων. Αυτή η περιέλιξη συμβάλλει στην απόσβεση των ταλαντώσεων του ρότορα σε μη στάσιμες λειτουργίες μιας σύγχρονης μηχανής και παρέχει επίσης ασύγχρονη εκκίνηση σύγχρονων κινητήρων.

Σύγχρονες μηχανές ισχύος έως 5 kW παράγονται μερικές φορές σε αντίστροφη σχεδίαση με περιέλιξη πεδίου στάτορα και τριφασική περιέλιξη ρότορα.

Απόδοση τριφασικής σύγχρονης γεννήτριας

Η λειτουργία τριφασικών σύγχρονων μηχανών σε λειτουργία γεννήτριας συνοδεύεται από απώλειες ενέργειας, οι οποίες, αλλά στη φύση τους, είναι παρόμοιες με απώλειες σε ασύγχρονες μηχανές. Από αυτή την άποψη, η απόδοση μιας τριφασικής σύγχρονης γεννήτριας χαρακτηρίζεται από την τιμή του συντελεστή απόδοσης (απόδοση), ο οποίος υπό συμμετρικές συνθήκες φορτίου προσδιορίζεται από τον τύπο:

η = (√3UIcosφ) / (√3UIcosφ + ΔP),

όπου U και I — λειτουργία, τάση και ρεύμα δικτύου, cosφ — ο συντελεστής ισχύος των δεκτών, ΔP — συνολικές απώλειες που αντιστοιχούν στο δεδομένο φορτίο της σύγχρονης μηχανής.

Η τιμή της απόδοσης (απόδοσης) των σύγχρονων γεννητριών εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου και τον συντελεστή ισχύος των δεκτών (Εικ. 3).

Ρύζι. 3. Γραφήματα της εξάρτησης της απόδοσης μιας τριφασικής σύγχρονης γεννήτριας από το φορτίο και τον συντελεστή ισχύος των δεκτών.

Η μέγιστη τιμή απόδοσης αντιστοιχεί σε φορτίο κοντά στο ονομαστικό και είναι 0,88-0,92 για μηχανές μέσης ισχύος και για γεννήτριες υψηλής ισχύος φτάνει σε τιμή 0,96-0,99. Παρά την υψηλή απόδοση των μεγάλων σύγχρονων μηχανών, λόγω της μεγάλης ποσότητας θερμότητας που παράγεται, είναι απαραίτητο να ψύχονται οι περιελίξεις με υδρογόνο, απεσταγμένο νερό ή λάδι μετασχηματιστή, το οποίο συμβάλλει στην καλύτερη απαγωγή της θερμότητας και σας επιτρέπει επίσης να δημιουργήσετε πιο συμπαγή και αποδοτικές τριφασικές σύγχρονες μηχανές.