Синхронні двигуни змінного струму. Що таке синхронний двигун

1. Пристрій синхронного двигуна
2. Синхронний двигун: принцип роботи
3. Конструктивні особливості та принцип роботи
4. Синхронні електродвигуни мають в своїй основі принцип взаємодії полюсів індуктора і статора. Під час...
5. Достоїнства і недоліки
6. Синхронні електродвигуни мають і інші переваги:
7. вибір двигуна
8. синхронні компенсатори
9. Сфера використання
10. синхронний двигун
11. Принцип роботи синхронного двигуна
12. Переваги і недоліки
13. Асинхронний двигун
14. Принцип дії
15. Синхронний і асинхронний двигун: відмінності
16. Основні переваги і недоліки
17. Який агрегат краще
18. Пояснення принципу роботи синхронного електродвигуна для «чайників»
19. Пояснення принципу роботи асинхронного електродвигуна для «чайників»
20. У чому ж відмінності синхронного і асинхронного електродвигунів?

Наша сеть партнеров Banwar

Перш ніж розглядати принцип дії синхронного двигуна , Необхідно пам'ятати, що це електрична машина , Що працює на змінному струмі, у якій ротор обертається з частотою, яка дорівнює частоті обертання магнітного поля в повітряному прошарку.

Синхронний двигун складається з основних частин - якоря і індуктора. Зазвичай, його виконання зроблено таким чином, що якір розташований на статорі, а індуктор - на роторі, відділеному повітряним прошарком.

Пристрій синхронного двигуна

До складу якоря входять одна або кілька обмоток змінного струму . При роботі двигуна струми, що надходять в якір, призводять до обертання магнітного поля, пересічного з полем індуктора і перетворює енергію. Поле якоря носить іншу назву - поле реакції якоря. У генераторі таке поле створюється за допомогою індуктора.

До складу індуктора входять, звані полюсами. У всіх синхронних агрегатах індуктори бувають двох конструкцій - явнополюсная і не явнополюсная, що відрізняються розташуванням полюсів.

Щоб зменшити магнітне опір і поліпшити проходження магнітного потоку, використовуються феромагнітні сердечники, розташовані в роторі і статорі, для виготовлення яких використовується спеціальна електротехнічна сталь. Вона володіє цікавими властивостями, наприклад, підвищеним вмістом кремнію, з метою підвищення її електричного опору і зменшення вихрових струмів.

Синхронний двигун: принцип роботи

Принцип дії синхронного двигуна грунтується на взаємному впливі магнітних полів якоря і полюсів індуктора. При зверненої конструкції агрегату розташування якоря і індуктора виконано навпаки, тобто, перший розташований на роторі, а інший - на статорі. Такий варіант використовують кріогенні синхронні машини, у яких до складу обмоток збудження входять матеріали з властивостями надпровідності.

При запуску двигуна його розганяють до частоти близькою до тієї, з якою в зазорі обертається. Тільки після цього він переходить в синхронний режим. У даній ситуації відбувається перетин магнітних полів якоря і індуктора. Цей момент отримав назву входу в синхронізацію.

Як правило, при розгоні використовується стан асинхронного режиму, коли відбувається замикання обмоток індуктора за допомогою реостата або короткозамкненим шляхом, подібно асинхронним машинам. Для того, щоб здійснювати запуск в такому режимі, ротор оснащується короткозамкненою обмоткою, яка одночасно є заспокійливої ​​обмоткою, здатної усунути розгойдування ротора під час синхронізації. Після того, як швидкість стає близько до номінальної, в індуктор подається постійний струм.

Для двигунів, де встановлені постійні магніти, застосовуються спеціальні зовнішні розгінні двигуни.

Особливістю роботи двигуна є рівність швидкості обертання ротора і швидкості обертання магнітного потоку. Тому швидкість вала двигуна не залежить і не змінюється від величини підключається навантаження. Це досягається за рахунок того, що індуктор синхронного електродвигуна є електромагнітом, в деяких випадках постійним магнітом.

Кількість пар полюсів ротора однаково з числом пар полюсів у рухомого магнітного поля. Взаємна вплив цих полюсів дає можливість вирівнювання швидкості ротора. На валу в цей момент може бути будь-яка за величиною навантаження. Вона не впливає на швидкість обертання індуктора.

Конструктивні особливості та принцип роботи

основними складовими частинами синхронного електродвигуна є: статор, який нерухомий, і ротор, іншими словами званий індуктором. Статор має іншу назву - якір, але від цього його суть не змінюється. Ці частини двигуна розділені прошарком повітря. Між пазами закладена трифазна обмотка , Яка найчастіше має з'єднання з.

Коли двигун після запуску почав працювати, струми якоря утворюють рухається магнітне поле, його обертання дає перетин поля індуктора. В результаті такої роботи двох полів виникає енергія. Магнітне поле статора за своєю суттю є полем його реакції. В роботі генераторів таку енергію отримують за допомогою індукторів.

Полюсами є електромагніти статора, що працюють на постійному струмі. Статори синхронних двигунів можуть виконуватися за різними схемами: неявнополюсного, а також явнополюсной. Вони відрізняються становищем полюсів.

Для зниження магнітного опору і оптимізації умов проходу магнітного поля використовують сердечники з феромагнітного матеріалу. Вони знаходяться в роторі і якорі. Виробляються вони з електротехнічної сталі, яка містить велику кількість кремнію. Це дає можливість знизити вихрові струми і збільшити електричний опір стали.

Синхронні електродвигуни мають в своїй основі принцип взаємодії полюсів індуктора і статора. Під час пуску двигун прискорюється до швидкості обертання магнітного потоку. Тільки за такої умови електродвигун починає діяти в синхронному режимі. При такому процесі магнітні поля утворюють перетин, виникає вхід в синхронізацію.

Довгий час для розгону мотора застосовували окремий пусковий двигун. Його з'єднували механічним шляхом з синхронним мотором. При запуску ротор двигуна прискорювався і досягав синхронної швидкості. Далі мотор самостійно втягувався в синхронне рух. При виборі потужності пускового двигуна керувалися 15% потужності від номіналу розганяється двигуна. Цього резерву потужності було досить для запуску синхронного двигуна, навіть при наявності невеликого навантаження.

Такий метод розгону більш складний, значно підвищує вартість обладнання. У сучасних конструкціях синхронні електродвигуни не мають такої схеми розгону. Застосовують іншу систему розгону. Реостатом замикають обмотки індуктора по аналогії з асинхронним двигуном. Для запуску на ротор монтують короткозамкненим обмотку, що є також і заспокійливої ​​обмоткою, яка запобігає розгойдування ротора при синхронізації.

При досягненні ротором номінальної швидкості, до індуктора підключають постійний струм. Однак, для пуску моторів з постійними магнітами не обійтися без застосування пускових зовнішніх двигунів.

В кріогенних синхронних електродвигунах застосовується звернена конструкція. У ній якір і індуктор розміщені навпаки, індуктор знаходиться на статорі, а якір розташований на роторі. У таких машин збуджуючі обмотки складаються з надпровідності матеріалів.

Достоїнства і недоліки

Синхронні двигуни мають основна перевага в порівнянні з асинхронними двигунами той факт, що порушення від постійного струму зовнішнього джерела дає можливість роботи при значній величині коефіцієнта потужності. Ця особливість дає можливість збільшити значення коефіцієнта потужності для загальної мережі завдяки включенню синхронного двигуна.

Синхронні електродвигуни мають і інші переваги:

• Електродвигуни синхронного типу працюють з підвищеним коефіцієнтом потужності, що створює зменшення витрати енергії і знижує втрати. ККД синхронного двигуна вище при тій же потужності асинхронного двигуна.
• Синхронні електродвигуни мають момент обертання, який прямо залежить від напруги мережі. Тому він при зменшенні напруги зберігає свою потужність більше асинхронного. Це є фактором надійності подібних конструкцій моторів.

Недоліками є такі негативні моменти:

• При проведенні порівняльного аналізу конструкцій двох моторів, можна відзначити, що синхронні електродвигуни виконані за більш складною схемою, тому їх вартість буде вище.
• Наступним недоліком для синхронних двигунів стала необхідність в джерелі струму у вигляді випрямляча, або іншого блоку живлення постійного струму.
• Запуск двигуна відбувається за складною схемою.
• Регулювання швидкості вала двигуна можлива тільки одним способом, за допомогою застосування частотного перетворювача.

У підсумку можна сказати, що все-таки переваги синхронних двигунів перекривають недоліки. Тому двигуни такого виду широко застосовуються в технологічних процесах, де йде постійний безперервний процес, і не потрібно часта зупинка і запуск обладнання: на Млинові виробництві, в компресорах, дробарках, насосах і так далі.

вибір двигуна

До питання придбання синхронного електродвигуна потрібно підходити, грунтуючись на наступні чинники:

Умови експлуатації електродвигуна. За умовами вибирають тип двигуна, який може бути захищеним, відкритим або закритим. А також мотори відрізняються по захисту струмових частин від вологи, температури, агресивних середовищ. Для вибухонебезпечного виробництва існують спеціальні захисту, що запобігають утворенню іскор в двигуні.
Особливості отримання інформації щодо під'єднання електродвигуна зі споживачем.

синхронні компенсатори

Вони служать для компенсування коефіцієнта потужності в електричній мережі та стабілізації номінального значення напруги в місцях підключення навантажень до двигуна. Нормальним режимом синхронного компенсатора є режим перезбудження в момент віддачі в електричну мережу .

Такі компенсатори ще називають генераторами ре активної потужності , Так як вони призначені для виконання такої ж завдання, як батареї конденсаторів на підстанціях. Коли потужність навантажень зменшується, то часто необхідно дію синхронних компенсаторів в збудженому режимі при їх споживанні реактивної потужності і індуктивного струму, тому що напруга в мережі намагається збільшитися, а для його стабілізації на робочому рівні потрібно навантажити мережу струмом індуктивності, який викликає в мережі зниження напруги харчування.

Для таких цілей синхронні компенсатори забезпечуються регулятором автоматичного збудження. Регулятор змінює струм збудження таким чином, що напруга на компенсаторі не змінюється.

Сфера використання

Широке використання електродвигунів асинхронного типу зі значними недовантаженням робить роботу станцій і енергосистем складніше, так як зменшується коефіцієнт потужності системи, це веде до незапланованих втрат, до їх неповного використання по активної потужності. У зв'язку з цим виникла необхідність у використанні двигунів синхронного типу, особливо для приводів механізмів значної потужності.

Якщо порівнювати синхронні електродвигуни з асинхронними, то гідністю синхронних стала їхня робота коефіцієнтом потужності рівному 1, завдяки дії збудження постійним струмом. При цьому вони не витрачають реактивну потужність з мережі живлення, а якщо працюють з перепорушенням, то навіть віддають деяку величину реактивної потужності для мережі.

В результаті коефіцієнт потужності мережі поліпшується, і знижуються втрати напруги, збільшується коефіцієнт потужності генераторів електростанцій. Найбільший момент синхронного електродвигуна прямо залежить від напруги, а у синхронного електромотора - від квадрата напруги.

Тому, при зменшенні напруги синхронний електромотор має як і раніше значну навантажувальну здатність. Також, застосування можливості підвищення збудливого струму синхронних двигунів дає можливість підвищувати їх надійність експлуатації при раптових зниженнях напруги, і оптимізувати в таких випадках роботу всієї енергосистеми.

Через велику величини повітряного проміжку додаткові втрати в сталевих сердечниках і в роторі синхронних двигунів менше, ніж у двигунів асинхронного виду . Тому ККД синхронних двигунів частіше буває більше.

Однак пристрій синхронних двигунів набагато складніше, а також необхідний збудник або інший пристрій харчування збудження. Тому синхронні мотори мають більш високу вартість у порівнянні з асинхронними з короткозамкненим ротором.

Запуск і регулювання швидкості у синхронних електродвигунів має свої складності. Але при великих потужностях їх переваги перевершують недоліки. Тому вони застосовуються в багатьох місцях, де не потрібні часті пуски, зупинки обладнання, а також немає необхідності в регулювання обертів двигуна з приводом механізмів насосів, компресорів, млинів і т.д.

Класифікація двигунів ґрунтується на різних параметрах. По одному з них, розрізняють синхронний і асинхронний двигун. Відмінності приладів, загальна характеристика та принцип роботи описані в статті.

синхронний двигун

Цей тип двигуна здатний працювати одночасно і як генератор, і як, власне, двигун. Його пристрій схожий на Характерною особливістю двигуна є незмінна частота роторного обертання від навантаження.

Ці види двигунів широко застосовуються в багатьох сферах, наприклад, для електричних проводів , Яким необхідна постійна швидкість.

Принцип роботи синхронного двигуна

В основу його функціонування покладено взаємодію магнітного поля якоря і магнітних полів індукторних полюсів. Зазвичай якір знаходиться в статорі, а індуктор розташований в роторі. Для потужних моторів використовуються електричні магніти для полюсів, а для слабких - постійні.

Принцип роботи синхронного двигуна включає в себе (короткочасно) і асинхронний режим, який зазвичай застосовують для розгону до необхідної (тобто номінальною) швидкості обертання. В цей час індукторні обмотки замикаються накоротко або за допомогою реостата. Після досягнення необхідної швидкості індуктор починають живити

Переваги і недоліки

Основними мінусами цього виду двигуна є:

• необхідність харчування обмотки постійним струмом;
• складність запуску;
• ковзний контакт.

Більшість генераторів, де б вони не використовувалися, є синхронними. Перевагами таких двигунів в цілому є:

• найвища надійність;
• найбільший ;
• простота обслуговування.

Асинхронний двигун

Даний вид прилади представляє механізм, спрямований на трансформацію електричної енергії в механічну. Із самої назви «асинхронний» можна зробити висновок, що мова йде про неодночасному процесі. І дійсно, частота обертання магнітного поля статора тут вище роторної завжди.
Такий пристрій складається з статора циліндричної форми і ротора, в залежності від виду якого асинхронні двигуни короткозамкнені можуть бути і з фазним ротором .

Принцип дії

Робота двигуна здійснюється на основі взаємодії магнітного статорної поля і що наводяться цим же полем струмів в роторі. Момент, що обертає з'являється тоді, коли є різниця частоти обертання полів.

Резюмуємо тепер, чим відрізняється від асинхронного. Чим пояснюється широке застосування одного типу і обмежене - іншого?

Синхронний і асинхронний двигун: відмінності

Відмінність роботи двигунів - в роторі. У синхронного типу він полягає в постійному або електричному магніті. Завдяки притягнення різнойменних полюсів обертається поле статора тягне і магнітний ротор. Їх швидкість виходить однаковою. Звідси і назва - синхронний.

У ньому можна домогтися, на відміну від асинхронного, навіть випередження напруги по фазах. Тоді пристрій, подібно батареям конденсатора, може застосовуватися для збільшення потужності.

Асинхронні двигуни, в свою чергу, прості і надійні, але їх недоліком є ​​труднощі регулювання частоти обертання. Для реверсування трифазного асинхронного двигуна (тобто зміни напрямку його обертання в протилежну сторону) змінюють розташування двох фаз або двох лінійних проводів, що наближаються до обмотці статора.

Якщо розглядати частоту обертання, то мають і тут синхронний і асинхронний двигун відмінності. У синхронному типі цей показник є постійним, на відміну від асинхронного. Тому перший використовують там, де необхідна постійна швидкість і повна керованість, наприклад, в насосах, вентиляторах і компресорах.

Виявити на тому чи іншому пристрої наявність розглянутих типів приладів дуже просто. на асинхронному двигуні буде не кругле число оборотів (наприклад, дев'ятсот тридцять в хвилину), в той час як на синхронному - кругле (наприклад, тисяча оборотів в хвилину).

І ті, і інші мотори управляються досить складно. Синхронний тип має жорстку характеристику механіки: при будь-мінливої ​​навантаженні на вал мотора частота обертання буде однією і тією ж. При цьому навантаження, звичайно, повинна змінюватися з урахуванням того, щоб двигун здатний її витримати, інакше це призведе до поломки механізму.

Так влаштований синхронний і асинхронний двигун. Відмінності обох видів зумовлюють сферу їх використання, коли один вид справляється із завданням оптимальним чином, для іншого це буде проблематичним. У той же час можна зустріти і комбіновані механізми.

Електродвигуни можна розділити на дві основні категорії - синхронні і асинхронні (індукційні) двигуни. Ці два види досить сильно відрізняються один від одного. Різниця вже видно в самих назвах. Відрізнити агрегати можна по вибитому на табличці кількості оборотів (якщо там немає тип мотора), у ассінхронном мотора неокруглённое число (наприклад, 950 об / хв), у синхронного округлене (1000 об / хв).

Є й інші важливі відмінності, в цій статті ми розглянемо найбільш показові з них: конструктивні, робочі та цінові.

Будь-двигун складається з двох елементів: нерухомого і обертового. Статор має осьові прорізи - пази, на дно яких укладаються струмонесучі мідні або алюмінієві проводки . У електродвигуна на валу кріпиться ротор з обмоткою збудження.

Принциповою відмінністю між синхронними і асинхронними двигунами є ротори, точніше, їх виконання.

У синхронних моделей при малих потужностях вони являють собою постійні магніти.

Змінна напруга подається на обмотку статора, ротор підключається до постійного джерела живлення. Проходить по обмотці збудження постійний струм наводить магнітне поле статора. Крутний момент створюється з-за рогу запізнювання між полями. Ротор має таку ж швидкість, як і магнітне поле статора.

Агрегати використовуються на практиці і як генератори і як двигуни.

Асинхронні моделі - це досить недорогі двигуни, які застосовуються часто і всюди. Вони простіше в конструктивному плані, незважаючи на те, що нерухомі частини в принципі у всіх моторів схожі.

За обмотці статора пропускається змінний електрострум, який взаємодіє з роторної обмотки. Два поля обертаються з однаковою швидкістю в одному напрямі, але не можуть бути рівними, інакше б не створювалася индуцированная ЕРС і, тим більше що крутиться момент. Це стає причиною виникнення індукованого струму в обмотці роторі, напрямок якого згідно з правилом Ленца таке, що він схильний протистояти причини свого виробництва, т. Е. Швидкості ковзання.

Швидкість обертання ротора не збігається зі швидкістю магнітного поля, вона завжди менше. Таким чином, ротор намагається наздогнати швидкість обертового магнітного поля і зменшити відносну швидкість.

Основні переваги і недоліки

1. Асинхронні агрегати не потребують будь-якого додаткового джерела живлення. Синхронним необхідне додаткове джерело постійного струму для подачі напруги на обмотки.
2. Сінхроннікі мають відносно невисокою чутливістю до перепадів напруги і стабільністю обертання незалежно від навантаження.
3. Індукційні двигуни не вимагають наявності контактних кілець, за винятком двигунів з фазним ротором, які їх мають для плавного пуску або регулювання швидкості. У синхронних двигунах більше вразливих місць, так як використовуються контактні кільця зі щітками. Отже, деталі швидше зношуються і контакт між ними слабшає.
4. Сінхроннікі потребують допоміжних пускових механізмах, так як не володіють функцією самопуска. Для індукційних електродвигунів, що мають власні пускові моменти, такий механізм не потрібно.

Який агрегат краще

На завершення слід зазначити, що говорити, нібито один мотор кращий за інший, не можна. Однак, асинхронні моделі надійніше в експлуатації, відрізняються простотою конструкції. Якщо агрегати не перевантажувати, то їх тривалим терміном служби користувач може залишитися задоволеним.

Перевагою синхронної моделі є те, що можна легко встановити високий коефіцієнт потужності. Тому модель є набагато ефективнішою, але за ціною вона буде відповідно дорожче. Машини застосовуються в системах з необхідною потужністю 100 кВт і більше.

Перш ніж розібратися, в чому їх відмінність, необхідно з'ясувати, що таке електродвигун? Електродвигун - це електрична машина, яка приводиться в дію від електроенергії і служить приводом для інших механізмів.

Пояснення принципу роботи синхронного електродвигуна для «чайників»

З дитинства ми пам'ятаємо, що два магніти, якщо їх наблизити один до одного, в одному випадку притягуються, а в іншому відштовхуються. Відбувається це, в залежності від того, що якими сторонами магнітів ми їх з'єднуємо, різнойменні полюси притягуються, а однойменні відштовхуються. Це - постійні магніти, у яких магнітне поле присутній постійно. Існують і змінні магніти.

У шкільному підручнику з фізики є малюнок, де зображений електромагніт у вигляді підкови і рамка з півкільцями на кінцях, яка розташована між його полюсами.

При розташуванні рамки в горизонтальному положенні в просторі між полюсами магнітів, через те, що магніт притягує різнойменні полюси і відштовхує однойменні, на рамку подається струм, однакового знака. Навколо рамки з'являється електромагнітне поле (ось приклад змінного магніту!), Полюса магнітів притягують рамку, і вона повертається у вертикальне положення. При досягненні вертикалі, на рамку подається струм протилежного знака, електромагнітне поле рамки змінює полюсність, і полюса постійного магніту починають відштовхувати рамку, обертаючи її до горизонтального положення, після чого цикл обертання повторюється.

У цьому полягає принцип роботи електродвигуна. Причому, примітивного синхронного електродвигуна!

Отже, примітивний синхронний електродвигун працює, коли на рамку подається струм. У справжнього синхронного електродвигуна, роль рамки виконує ротор з котушками проводів, званих обмотками, на які подається струм (вони служать джерелами електромагнітного поля). А роль подковообразного магніту виконує статор, виготовлений або з набору постійних магнітів, або теж з котушок проводів (обмоток), які, при подачі струму є також джерелами електромагнітного поля.

Ротор синхронного електродвигуна буде обертатися з такою ж частотою, з якою змінюється струм, що подається на клеми обмотки, тобто синхронно. Звідси назва цього електродвигуна.

Пояснення принципу роботи асинхронного електродвигуна для «чайників»

Згадуємо опис малюнка в попередньому прикладі. Та ж рамка, розташована між полюсами подковообразного магніту, тільки її кінці не мають півкілець, вони з'єднані між собою.

Тепер починаємо обертати навколо рамки підковоподібний магніт. Обертаємо його повільно і спостерігаємо за поведінкою рамки. До деяких пір рамка залишається нерухомою, а потім, при повороті магніту на певний кут, рамка починає обертання слідом за магнітом. Обертання рамки запізнюється в порівнянні зі швидкістю обертання магніту, тобто вона обертається не синхронно з ним - асинхронно. Ось і виходить, що це примітивний асинхронний електродвигун.

Взагалі-то роль магнітів в цьому асинхронному двигуні служать обмотки, розташовані в пазах статора, на які подається струм. А роль рамки, виконує ротор, в пази якого вставлені металеві пластини, з'єднані між собою на коротко. Тому такий ротор називається короткозамкненим.

У чому ж відмінності синхронного і асинхронного електродвигунів?

Якщо поставити поруч два сучасних електродвигуна одного і іншого типу, то за зовнішніми ознаками їх відрізнити важко навіть фахівцеві.

По суті, їх головна відмінність розглянуто в наведених прикладах принципів роботи цих електродвигунів. Вони відрізняються по конструкції роторів. Ротор синхронного електродвигуна складається з обмоток, а ротор асинхронного являє собою набір пластин.

Статори одного і іншого електродвигунів майже не відрізняються і являють собою набір обмоток, однак, статор синхронного електродвигуна може бути набраний з постійних магнітів.

Обороти синхронного двигуна відповідають частоті подається на нього струму, а обороти асинхронного дещо відстають від частоти струму.

Відрізняються вони і за сферами застосування. Наприклад, синхронні електродвигуни ставлять для приводу устаткування, яке працює з постійною швидкістю обертання (насоси, компресори і т.д.) не знижуючи її зі збільшенням навантаження. А від асинхронні електродвигуни знижують частоту обертання при збільшенні навантаження.

Синхронні електродвигуни конструктивно складніше, а значить, і дорожче асинхронних електродвигунів.