Հաստատուն և փոփոխական հոսանքի մեքենաների հիմունքները

Հաստատուն և փոփոխական հոսանքի մեքենաների հիմունքները

Էլեկտրական մեքենան սարք է, որը էներգիան մեկ ձևից մյուսին է փոխակերպում էլեկտրամագնիսականության սկզբունքների միջոցով: Էլեկտրատեխնիկայում մեքենաների երկու ամենահիմնական և հաճախ քննարկվող խմբերն են հաստատուն հոսանքի (DC) մեքենաները և փոփոխական հոսանքի (AC) մեքենաները: Երկուսն էլ կարող են գործել որպես շարժիչներ (էլեկտրական էներգիան մեխանիկական էներգիայի փոխակերպելով) կամ գեներատորներ (մեխանիկական էներգիան էլեկտրական էներգիայի փոխակերպելով): Այս հոդվածում քննարկվում են հաստատուն և փոփոխական հոսանքի մեքենաների հիմնական հասկացությունները, կառուցվածքը, շահագործման սկզբունքները և հիմնական տարբերությունները:

1. Էլեկտրական մեքենաների հիմնական հասկացությունները

Էլեկտրական մեքենայի հիմնական աշխատանքը հիմնված է երկու հիմնական սկզբունքի վրա.

1. Լորենցի ուժ. մագնիսական դաշտում հոսանքատար հաղորդիչը ենթարկվում է ուժի: Սա շարժիչի աշխատանքի հիմքն է, որտեղ մագնիսական ուժը առաջացնում է պտտող մոմենտ, որը պտտեցնում է ռոտորը:
2. Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա (Ֆարադեյի օրենք). հաղորդչի վրայով մագնիսական հոսքի փոփոխությունը առաջացնում է ինդուկցված լարում: Սա գեներատորի աշխատանքի հիմքն է, որտեղ մեխանիկական պտույտը առաջացնում է էլեկտրական լարում:

Այլ կերպ ասած, էլեկտրական մեքենան օգտագործում է մագնիսական դաշտերի և էլեկտրական հոսանքների փոխազդեցությունը շարժում առաջացնելու համար, կամ հակառակը, շարժումից էլեկտրաէներգիա ստանալու համար։

2. Մշտական ​​հոսանքի մեքենա

2.1 Սահմանում և բնութագրեր
Հաստատուն հոսանքի մեքենան էլեկտրական մեքենա է, որը աշխատում է հաստատուն հոսանքի (ՀՀ) աղբյուրով: Այս մեքենաները հայտնի են արագության և պտտող մոմենտի կառավարման իրենց հեշտությամբ: Այնուամենայնիվ, կոմուտատորների և խոզանակների օգտագործումը սպասարկումն ավելի պահանջկոտ է դարձնում, քան շատ փոփոխական հոսանքի մեքենաների դեպքում:

2.2 Մշտական ​​հոսանքի մեքենայի հիմնական կառուցվածքը
Ընդհանուր առմամբ, DC մեքենան բաղկացած է.

– Ստատոր (անշարժ մաս). ստեղծում է մագնիսական դաշտ։ Մագնիսական դաշտը կարող է առաջանալ հետևյալի միջոցով.
– Ստատորի բևեռների վրա դաշտային փաթույթներ, կամ
– Մշտական ​​մագնիսներ (փոքր DC շարժիչներում):
– Ռոտոր/Արմատուրա (պտտվող մաս). որտեղ գտնվում է արմատուրայի կծիկը։ Այս կծիկում տեղի է ունենում ինդուկցված լարման և հոսանքի հոսք, որոնք առաջացնում են պտտող մոմենտ։
– Կոմուտատոր. հատվածավորված օղակի տեսքով բաղադրիչ, որը ծառայում է ռոտորի կծիկում հոսանքի ուղղությունը շրջելուն, որպեսզի պտտող մոմենտը մնա նույն ուղղությամբ։
– Խոզանակ. հաղորդիչ (սովորաբար ածխածնային), որը հոսանքն ուղղորդում է աղբյուրից դեպի կոմուտատորը։

2.3 Մշտական ​​հոսանքի շարժիչի աշխատանքի սկզբունքը
Երբ հոսանքը հոսում է ռոտորի կծիկներով ստատորի մագնիսական դաշտի ներսում, հաղորդիչների վրա առաջանում է Լորենցի ուժ։ Այս ուժը ստեղծում է պտտող մոմենտ, որը ստիպում է ռոտորին պտտվել։ Պտտումը կայուն պտտող մոմենտի ուղղությամբ պահպանելու համար կոմուտատորը յուրաքանչյուր կես պտույտը շրջում է հոսանքի միացումը։

DC շարժիչի արագության վրա ազդում են՝
– խարիսխի լարման մեծությունը,
– դաշտի հոսքի մեծությունը,
- մեխանիկական ծանրաբեռնվածություն։

Հաստատուն հոսանքի շարժիչի արագության կառավարումը կարող է հեշտությամբ իրականացվել, օրինակ՝ մուտքային լարումը փոխելով կամ դաշտի հոսանքը կարգավորելով։

2.4 Հաստատուն հոսանքի գեներատորի աշխատանքի սկզբունքը
Երբ ռոտորը պտտվում է մեխանիկական աղբյուրի (օրինակ՝ տուրբինի) ազդեցությամբ, ռոտորի կծիկները կտրում են մագնիսական հոսքը՝ առաջացնելով ինդուկցված լարում (բնականաբար՝ AC): Այնուհետև կոմուտատորը շտկում է արդյունքը, որի արդյունքում ծայրակալներում ստացվում է հաստատուն հոսանք:

2.5 Մշտական ​​հոսանքի մեքենաների տեսակները
DC մեքենաները հաճախ դասակարգվում են դաշտային գրգռման մեթոդով.
– Շունտ. դաշտային կծիկ՝ զուգահեռ խարիսխին (համեմատաբար կայուն արագություն):
– Շարքային. դաշտային կծիկ՝ շարքային միացված արմատուրայի հետ (մեծ սկզբնական պտտող մոմենտ):
– Բարդ. շունտի և շարքային համադրություն (սկզբնական պտտող մոմենտի և կայունության միջև փոխզիջում):
– Առանձին գրգռված. առանձին դաշտային աղբյուրներ (ավելի ճկուն կառավարում):

3. AC (փոփոխական հոսանքի) մեքենա

3.1 Սահմանում և բնութագրեր
AC մեքենան էլեկտրական մեքենա է, որն աշխատում է փոփոխական հոսանքով: AC մեքենաները գերիշխում են արդյունաբերական կիրառություններում, քանի որ դրանք հակված են լինել ավելի պարզ (հատկապես ասինխրոն շարժիչներ), ավելի դիմացկուն և պահանջում են ավելի քիչ սպասարկում: AC մեքենաները սովորաբար լինում են երկու հիմնական տեսակի՝ սինխրոն մեքենաներ և ինդուկցիոն (ասինխրոն) մեքենաներ:

3.2 AC մեքենայի ընդհանուր կառուցվածքը
AC մեքենայի հիմնական բաղադրիչները ներառում են նաև ստատոր և ռոտոր.
– Ստատոր. ունի եռաֆազ կծիկներ (արդյունաբերական կիրառությունների մեծ մասում), որոնք ստեղծում են պտտվող մագնիսական դաշտ։
– Ռոտոր. ռոտորի տեսակը կախված է շարժիչի տեսակից։
– Ասինխրոն շարժիչի սկյուռի վանդակավոր ռոտորը բաղկացած է օղակներով կարճ միացված հաղորդիչ ձողերից։
– Որոշակի ասինխրոն շարժիչներում փաթաթված ռոտորը թույլ է տալիս ավելացնել արտաքին դիմադրություն։
– Սինխրոն մեքենաների բևեռային ռոտոր (դաշտային ռոտոր) (ռոտորի դաշտը կարող է լինել հաստատուն հոսանքից կամ մշտական ​​մագնիսից):

3.3 Պտտվող մագնիսական դաշտ
Եռաֆազ փոփոխական հոսանքի մեքենայի եզակի առանձնահատկությունը ստատորի՝ բնականաբար պտտվող մագնիսական դաշտ առաջացնելու ունակությունն է: Երբ եռաֆազ հոսանքը հոսում է ստատորի կծիկներով, մագնիսական դաշտը պտտվում է որոշակի արագությամբ, որը կոչվում է սինխրոն արագություն:

\[
n_s = \frac{120 f}{P}
\]

Որտեղ՝
– \(n_s \) = համաժամանակյա արագություն (պտույտ/րոպե),
– \( f \) = հաճախականություն (Հց),
– \( P \) = բևեռների քանակը։

Այս արագությունը որոշում է AC շարժիչի հիմնական բնութագրերը։

4. Ասինխրոն շարժիչ (ասինխրոն)

4.1 Աշխատանքային սկզբունք
Ասինխրոն շարժիչները գործում են էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի սկզբունքով։ Պտտվող ստատորի դաշտը կտրում է ռոտորի հաղորդիչները՝ ռոտորում առաջացնելով ինդուկցված հոսանք։ Այս ռոտորի հոսանքը առաջացնում է ռոտորի մագնիսական դաշտ, որը փոխազդում է ստատորի դաշտի հետ՝ առաջացնելով պտտող մոմենտ։

Ասինխրոն շարժիչի ռոտորը երբեք չի հասնում սինխրոն արագության։ Ռոտորի և սինխրոն արագությունների միջև եղած տարբերությունը կոչվում է սահք։

\[
s = \frac{n_s – n_r}{n_s}
\]

Սահքը անհրաժեշտ է ինդուկցիայի գործընթացը շարունակելու համար։

4.2 Առավելություններ և սահմանափակումներ
Գերազանցություն:
- Պարզ և ամուր կառուցվածք,
- Ցածր սպասարկում,
- Համեմատաբար ցածր գին, հարմար է արդյունաբերության համար։

Կետերբաթասան:
– Արագության կառավարումը լրացուցիչ սարքերի բացակայության դեպքում այնքան էլ հեշտ չէ, որքան DC շարժիչը,
– Մեկնարկային հոսանքը կարող է մեծ լինել (պահանջվում է որոշակի մեկնարկային մեթոդ կամ ինվերտոր/VFD):

5. Սինխրոն մեքենա

5.1 Աշխատանքային սկզբունք
Սինխրոն մեքենայում ռոտորը պտտվում է ճիշտ նույն արագությամբ, ինչ ստատորի պտտվող դաշտը։ Ռոտորն ունի մագնիսական դաշտ (հաստատուն հոսանքից՝ սահող օղակների կամ մշտական ​​մագնիսների միջոցով), որը «կապվում է» ստատորի դաշտի հետ։

5.2 Կիրառություններ
– Էլեկտրակայաններում սինխրոն գեներատորները (գեներատորները) ամենատարածված կիրառությունն են, քանի որ դրանք արտադրում են կայուն փոփոխական հոսանքի լարում։
– Սինխրոն շարժիչները օգտագործվում են հաստատուն արագություն և բարձր արդյունավետություն պահանջող կիրառությունների համար, ինչպես նաև կարգավորելի հզորության գործակից (հատկապես գրգռման կառավարմամբ):

6. Մշտական ​​և փոփոխական հոսանքի մեքենաների համեմատություն

1. Աղբյուր և ելք
– Հաստատուն հոսանքի մեքենաներ. Հաստատուն հոսանքի մուտք/ելք, օգտագործելով կոմուտատոր մեխանիկական ուղղման համար։
– AC մեքենաներ. AC մուտք/ելք, սովորաբար առանց կոմուտատորի (բացառությամբ որոշ հատուկ տեսակների):

2. Սպասարկում
– DC: ավելի բարձր՝ խոզանակների և կոմուտատորի մաշվածության պատճառով։
– AC (ինդուկցիոն). ցածր, քանի որ այն չի օգտագործում խոզանակներ (վանդակավոր ռոտորների համար):

3. Արագության կառավարում
– DC: համեմատաբար հեշտ և կարգավորումների լայն շրջանակ։
– AC: ավելի բարդ, բայց այժմ մեծապես օժանդակվում է VFD/ինվերտորի կողմից։

4. Դիմում
– Հոսանքային հոսանք. որոշակի էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներ, սարքավորումներ, որոնք պահանջում են ճշգրիտ պտտող մոմենտի/արագության կառավարում (որոշակի նախագծերում), ժառանգական փոխանցման համակարգեր։
– AC՝ արդյունաբերական շարժիչներ, պոմպեր, օդափոխիչներ, կոմպրեսորներ, էլեկտրաէներգիայի արտադրություն (սինխրոն գեներատորներ):

7. Եզրակացություն

Հաստատուն և փոփոխական հոսանքի մեքենաները երկուսն էլ օգտագործում են մագնիսական դաշտերի և էլեկտրական հոսանքների փոխազդեցությունը, բայց տարբերվում են պտտող մոմենտ ստեղծելու, կառուցվածքի և շահագործման բնութագրերի առումով: Հաստատուն հոսանքի մեքենաները աչքի են ընկնում կառավարման հեշտությամբ, բայց պահանջում են ավելի շատ սպասարկում՝ կոմուտատորի և խոզանակների շնորհիվ: Հաստատուն հոսանքի մեքենաները, մասնավորապես՝ ասինխրոն շարժիչները, արդյունաբերության հիմքն են՝ իրենց պարզության, դիմացկունության և տնտեսողության շնորհիվ: Երկու տեսակի մեքենաների հիմունքները հասկանալը կարևոր քայլ է, նախքան ավելի առաջադեմ թեմաների մեջ խորանալը, ինչպիսիք են արագության կառավարումը ինվերտորների միջոցով, շարժիչային համակարգերը և էլեկտրական մեքենաների աշխատանքի և արդյունավետության վերլուծությունը:

Եթե ​​ցանկանում եք, կարող եմ պատրաստել ավելի տեխնիկական տարբերակ (կոնցեպտային նկարներով և պարզ հաշվարկների օրինակներով) կամ ավելի հեշտ տարբերակ՝ մասնագիտական/միջնակարգ դպրոցի աշակերտների համար։