Асинхронный двигатель как работает

Асинхронный двигатель - принцип работы и устройство

8 марта 1889 года величайший русский учёный и инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Современные трёхфазные асинхронные двигатели являются преобразователями электрической энергии в механическую. Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности асинхронные двигатели получили широкое применение. Они присутствуют повсюду, это самый распространённый тип двигателей, их выпускается 90% от общего числа двигателей в мире. Асинхронный электродвигатель поистине совершил технический переворот во всей мировой промышленности.

Огромная популярность асинхронных двигателей связана с простотой их эксплуатации, дешивизной и надежностью.

Асинхронный двигатель - это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока.

Устройство

На рисунке: 1 - вал, 2,6 - подшипники, 3,8 - подшипниковые щиты, 4 - лапы, 5 - кожух вентилятора, 7 - крыльчатка вентилятора, 9 - короткозамкнутый ротор, 10 - статор, 11 - коробка выводов.

Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.

Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется " беличьей клеткой". В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Подробнее о фазном роторе можно прочитать в статье - асинхронный двигатель с фазным ротором.

Принцип работы

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение.

Скольжение s - это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n₁ магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n₂, в процентном соотношении.

Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n₂ ротора относительная разность частот n₁-n₂ становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины s_кр - критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме - 1 - 8 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

Рекомендуем к прочтению - однофазный асинхронный двигатель.

Разница между синхронным и асинхронным двигателем

Различие между синхронным и асинхронным двигателем объясняется с учетом таких факторов, как его тип, скольжение, потребность в дополнительном источнике питания, требование к контактному кольцу и щеткам, их стоимость, эффективность, коэффициент мощности, ток питания, скорость, самозапуск , влияют на крутящий момент из-за изменения напряжения, их рабочей скорости и различных применений как синхронного, так и асинхронного двигателя.

Различие между синхронным и асинхронным двигателем объяснено ниже в табличной форме.

Асинхронный двигатель

ОСНОВА	СИНХРОННЫЙ МОТОР	АСИНХРОННЫЙ МОТОР
Определение	Синхронный двигатель - это машина, скорость вращения ротора и магнитного поля статора которой одинакова. N = NS = 120f / P	Асинхронный двигатель - это машина, ротор которой вращается со скоростью, меньшей синхронной. N
Тип	Бесщеточный двигатель, двигатель с переменным сопротивлением, двигатель с переключаемым сопротивлением и двигатель с гистерезисом являются синхронными двигателями.	переменного тока известен как асинхронный двигатель.
Слип	Не имеет слипа. Значение скольжения равно нулю.	Имеют проскальзывание, поэтому значение проскальзывания не равно нулю.
Дополнительный источник питания	Для первоначального вращения ротора вблизи синхронной скорости требуется дополнительный источник питания постоянного тока.	Не требует дополнительного источника запуска.
Кольцо скольжения и щетки	Требуется кольцо скольжения и щетки	Кольцо скольжения и щетки не требуются.
Стоимость	Синхронный двигатель дороже по сравнению с асинхронным двигателем	Менее затратный
КПД	КПД выше, чем у асинхронного двигателя.	Менее эффективный
Коэффициент мощности	Изменяя возбуждение, коэффициент мощности можно соответственно отрегулировать как отставание, опережение или единица.	Асинхронный двигатель работает только с запаздывающим коэффициентом мощности.
Источник тока	Ток подается на ротор синхронного двигателя	Ротор асинхронного двигателя не требует тока.
Скорость	Скорость двигателя не зависит от изменения нагрузки. Это постоянно.	Скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
Самозапуск	Синхронный двигатель самозапуска	Самозапуск
Влияние крутящего момента	Изменение приложенного напряжения не влияет на крутящий момент синхронного двигателя	Изменение приложенного напряжения влияет на крутящий момент асинхронного двигателя
Рабочая скорость	Они работают плавно и относительно хорошо на низкой скорости, которая ниже 300 об / мин.	Скорость двигателя выше 600 об / мин работает отлично.
Применения	Синхронные двигатели используются на электростанциях, в обрабатывающей промышленности и т. Д., А также в качестве регулятора напряжения.	Используется в центробежных насосах и вентиляторах, воздуходувках, бумажных и текстильных фабриках, компрессорах и подъемниках. и т. д.

Синхронный двигатель - это двигатель, который работает с синхронной скоростью, то есть частота вращения ротора равна частоте вращения статора двигателя.Он следует соотношению N = N _S = 120f / P, где N - скорость ротора, а Ns - синхронная скорость.

Асинхронный двигатель - это асинхронный двигатель переменного тока. Ротор асинхронного двигателя вращается со скоростью, меньшей синхронной, то есть N S

Подробное объяснение разницы между синхронным и асинхронным двигателем приведено ниже.

Синхронный двигатель - это машина, скорость вращения которой и скорость магнитного поля статора равны.Асинхронный двигатель - это машина, ротор которой вращается со скоростью, меньшей синхронной.
Бесщеточный двигатель, двигатель с переменным сопротивлением, двигатель с переключаемым сопротивлением и двигатель с гистерезисом являются синхронными двигателями. Асинхронный двигатель переменного тока известен как асинхронный двигатель.
Синхронный двигатель не имеет скольжения. Значение скольжения равно нулю. Асинхронный двигатель имеет скольжение, поэтому значение скольжения не равно нулю.
Синхронному двигателю требуется дополнительный источник питания постоянного тока для первоначального вращения ротора вблизи синхронной скорости.Асинхронный двигатель не требует дополнительного источника запуска.
Кольцо скольжения и щетки требуются в синхронном двигателе, тогда как асинхронный двигатель не требует кольца скольжения и щеток. Только для асинхронного двигателя намоточного типа требуются контактное кольцо и щетки.
Синхронный двигатель является дорогостоящим по сравнению с асинхронным двигателем.
КПД синхронного двигателя выше, чем у асинхронного двигателя.
Изменяя возбуждение, коэффициент мощности Синхронного двигателя можно соответствующим образом отрегулировать как запаздывающий, опережающий или единичный, тогда как асинхронный двигатель работает только с запаздывающим коэффициентом мощности.
Ток подается на ротор синхронного двигателя. Ротор асинхронного двигателя не требует тока.
Скорость синхронного двигателя не зависит от изменения нагрузки. Это постоянно. Скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
Синхронный двигатель не запускается самостоятельно, тогда как асинхронный двигатель запускается самостоятельно.
Изменение приложенного напряжения не влияет на крутящий момент синхронного двигателя, тогда как оно влияет на крутящий момент асинхронного двигателя.
Синхронный двигатель работает плавно и относительно хорошо на низкой скорости, которая ниже 300 об / мин, тогда как скорость выше 600 об / мин. Асинхронный двигатель работает превосходно. Асинхронные двигатели используются в центробежных насосах и вентиляторах, воздуходувках, бумажных и текстильных фабриках, компрессорах и подъемниках. и т. д.
Различные применения Синхронного двигателя заключаются в том, что он используется на электростанциях, в обрабатывающей промышленности и т. Д. Он также используется в качестве регулятора напряжения.

Синхронный двигатель - Википедия

Миниатюрный синхронный двигатель, используемый в аналоговых часах. Ротор изготовлен из постоянного магнита. Маленький синхронный двигатель со встроенной понижающей передачей от микроволновой печи

Синхронный электродвигатель представляет собой электродвигатель переменного тока, в котором в установившемся режиме ^[1] вращение вала синхронизировано с частотой тока питания; период вращения точно равен целому числу циклов переменного тока. Синхронные двигатели содержат многофазные электромагниты переменного тока на статоре двигателя, которые создают магнитное поле, которое вращается во времени вместе с колебаниями тока в линии.Ротор с постоянными магнитами или электромагнитами вращается ступенчато с полем статора с той же скоростью и, как результат, обеспечивает второе поле синхронизированного вращающегося магнита любого двигателя переменного тока. Синхронный двигатель называется с двойным питанием , если он снабжен многофазными электромагнитами переменного тока с независимым возбуждением как на роторе, так и на статоре.

Синхронный двигатель и асинхронный двигатель являются наиболее широко используемыми типами двигателя переменного тока. Разница между этими двумя типами заключается в том, что синхронный двигатель вращается с частотой, привязанной к частоте линии, поскольку он не зависит от индукции тока для создания магнитного поля ротора.Напротив, для асинхронного двигателя требуется проскальзывания : ротор должен вращаться немного медленнее, чем чередования переменного тока, чтобы вызвать ток в обмотке ротора. Небольшие синхронные двигатели используются в приложениях синхронизации, таких как синхронные часы, таймеры в приборах, магнитофоны и точные сервомеханизмы, в которых двигатель должен работать с точной скоростью; Точность скорости равна частоте линии электропередачи, которая тщательно контролируется в крупных взаимосвязанных сетевых системах.

Синхронные двигатели доступны в самовозбуждаемых субфракционных лошадиных силах ^[2] для мощных промышленных размеров. ^[1] В диапазоне дробных лошадиных сил большинство синхронных двигателей используются там, где требуется точная постоянная скорость. Эти машины обычно используются в аналоговых электрических часах, таймерах и других устройствах, где требуется правильное время. В промышленных мощных двигателях синхронный двигатель выполняет две важные функции. Во-первых, это высокоэффективное средство преобразования энергии переменного тока в работу.Во-вторых, он может работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности и тем самым обеспечивать коррекцию коэффициента мощности.

Синхронные двигатели относятся к более общей категории синхронных машин , которая также включает в себя синхронный генератор. Действие генератора будет наблюдаться, если полюса поля «движутся впереди результирующего потока воздушного зазора при поступательном движении первичного двигателя». Действие двигателя будет наблюдаться, если полюса поля «затянуты за результирующий поток воздушного зазора из-за замедляющего момента нагрузки на вал».^[1]

Существует два основных типа синхронных двигателей в зависимости от того, как намагничен ротор: без возбуждения и с постоянным током . ^[3]

Двигатели без возбуждения [править]

Однофазный 60 Гц, 1800 об / мин, синхронный двигатель для машины Teletype, невозбужденного типа ротора, изготовленный с 1930 по 1955 год.

В двигателях без возбуждения ротор изготовлен из стали. При синхронной скорости он вращается шаг за шагом с вращающимся магнитным полем статора, поэтому через него проходит почти постоянное магнитное поле.Внешнее поле статора намагничивает ротор, вызывая магнитные полюса, необходимые для его вращения. Ротор изготовлен из высокопрочной стали, такой как кобальтовая сталь. Они изготавливаются в конструкциях с постоянными магнитами, магнитным сопротивлением и гистерезисом: ^[4]

Электродвигатели сопротивления [править]

Они имеют ротор, состоящий из монолитной стальной отливки с выступающими (выступающими) зубчатыми шестами. Как правило, ротора меньше, чем полюсов статора, чтобы минимизировать пульсацию крутящего момента и предотвратить одновременное выравнивание полюсов - положение, которое не может генерировать крутящий момент.^[2] ^[5] Размер воздушного зазора в магнитной цепи и, следовательно, сопротивление, является минимальным, когда полюса совмещены с (вращающимся) магнитным полем статора, и увеличивается с увеличением угла между ними. Это создает крутящий момент, приводящий ротор в соответствие с ближайшим полюсом поля статора. Таким образом, при синхронной скорости ротор «фиксируется» на вращающемся поле статора. Это не может запустить двигатель, поэтому в полюса ротора обычно встроены короткозамкнутые обмотки для обеспечения крутящего момента ниже синхронной скорости.Машина запускается как асинхронный двигатель, пока не достигнет синхронной скорости, когда ротор «затягивается» и фиксируется на вращающемся поле статора. ^[6]

Реактивные двигатели имеют номинальную мощность от дробной мощности (несколько ватт) до 22 кВт. Двигатели с очень малым сопротивлением имеют низкий крутящий момент и обычно используются для измерительных приборов. В двигателях средней мощности с умеренным крутящим моментом используется короткозамкнутая клетка с зубчатыми роторами. При использовании с источником питания с регулируемой частотой все двигатели в системе привода могут управляться с одинаковой скоростью.Частота источника питания определяет рабочую скорость двигателя.

Гистерезисные двигатели [править]

У них сплошной гладкий цилиндрический ротор, отлитый из магнитно «твердой» стали с высокой коэрцитивной силой. ^[5] Этот материал имеет широкую петлю гистерезиса (высокую коэрцитивность), то есть, когда он намагничен в заданном направлении, ему требуется большое обратное магнитное поле для обратного намагничивания. Вращающееся поле статора заставляет каждый небольшой объем ротора испытывать обратное магнитное поле.Из-за гистерезиса фаза намагниченности отстает от фазы приложенного поля. Результатом этого является то, что ось магнитного поля, индуцированного в роторе, отстает от оси поля статора на постоянный угол δ, создавая крутящий момент, когда ротор пытается «догнать» поле статора. Пока ротор находится ниже синхронной скорости, каждая частица ротора испытывает реверсивное магнитное поле на частоте «скольжения», которая движет его вокруг своей петли гистерезиса, вызывая отставание поля ротора и создание крутящего момента.В роторе имеется двухполюсная структура с низким сопротивлением. ^[5] Когда ротор приближается к синхронной скорости, а скольжение приближается к нулю, оно намагничивается и выравнивается с полем статора, в результате чего ротор «фиксируется» на вращающемся поле статора.

Основным преимуществом гистерезисного двигателя является то, что, поскольку угол запаздывания δ не зависит от скорости, он развивает постоянный крутящий момент от запуска до синхронной скорости. Таким образом, он запускается автоматически и не требует индукционной обмотки для его запуска, хотя во многих конструкциях имеется структура проводящей обмотки с короткозамкнутым ротором, встроенная в ротор для обеспечения дополнительного момента при запуске.^{[ цитирование необходимо ]}

Гистерезисные двигатели изготавливаются с номинальной мощностью ниже дробной, в основном в виде серводвигателей и двигателей синхронизации. Гистерезисные двигатели, более дорогие, чем реактивный тип, используются там, где требуется точная постоянная скорость. ^{[ цитирование необходимо ]}

Двигатели с постоянными магнитами [править]

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) использует постоянные магниты, встроенные в стальной ротор, для создания постоянного магнитного поля.Статор несет обмотки, соединенные с источником переменного тока, для создания вращающегося магнитного поля (как в асинхронном двигателе). На синхронной скорости полюса ротора фиксируются во вращающемся магнитном поле. Синхронные двигатели с постоянными магнитами похожи на бесщеточные двигатели постоянного тока. Неодимовые магниты являются наиболее часто используемыми магнитами в этих двигателях.

Двигатели с постоянными магнитами используются в качестве безредукторных лифтовых двигателей с 2000 года. ^[7]

Для большинства PMSM требуется привод с переменной частотой для запуска.^[8] ^[9] ^[10] ^[11] ^[12] Тем не менее, некоторые включают короткозамкнутый сепаратор в ротор для запуска - они известны как PMSM с линейным запуском или самозапуском , ^[13] Они обычно используются в качестве замены с более высоким КПД для асинхронных двигателей (из-за отсутствия проскальзывания), но их необходимо тщательно указывать для приложения, чтобы обеспечить достижение синхронной скорости и способность системы выдерживать крутящий момент. пульсация во время запуска.

Двигатели с постоянным током [править]

Двигатель с постоянным током, 1917 год. Возбудитель отчетливо виден сзади машины.

Обычно изготавливаемые в больших размерах (более 1 лошадиных сил или 1 киловатт), эти двигатели требуют постоянного тока (постоянного тока), подаваемого на ротор для возбуждения. Это наиболее просто подается через контактные кольца, но может также использоваться бесщеточный индукционный и выпрямительный механизм переменного тока. ^[14] Постоянный ток может подаваться от отдельного источника постоянного тока или от генератора постоянного тока, напрямую подключенного к валу двигателя.

Методы управления [править]

Синхронный двигатель с постоянным магнитом и реактивный двигатель требуют системы управления для работы (VFD или сервопривод).

Существует большое количество методов управления PMSM, которые выбираются в зависимости от конструкции электродвигателя и области применения.

Методы управления можно разделить на: ^[15]

Синусоидальный

трапециевидный

Синхронная скорость [править]

Синхронная скорость синхронного двигателя задается: ^[16]
в об / мин, посредством:

Ns = 60fP = 120fp {\ displaystyle N_ {s} = 60 {\ frac {f} {P}} = 120 {\ frac {f} {p}}}

и в рад · с ⁻¹, по:

ωs = 2πfP = 4πfp {\ displaystyle \ omega _ {s} = 2 \ pi {\ frac {f} {P}} = 4 \ pi {\ frac {f} {p}}}

где:

f {\ displaystyle f} - частота переменного тока в Гц,
p {\ displaystyle p} - количество полюсов.
P {\ displaystyle P} - количество пар полюсов (редко плоскостей коммутации ), P = p / 2 {\ displaystyle P = p / 2}.

Примеры [править]

Однофазный 4-полюсный (2-полюсный) синхронный двигатель работает при частоте переменного тока 50 Гц. Количество пар полюсов равно 2, поэтому синхронная скорость:

Ns = 60 × 502 = 1500 об / мин {\ displaystyle N_ {s} = 60 \ times {\ frac {50} {2}} = 1500 \, \, {\ text {rpm}}}

A три- фазный 12-полюсный (6-полюсный) синхронный двигатель работает при частоте переменного тока 60 Гц.Количество пар полюсов равно 6, поэтому синхронная скорость равна:

Ns = 60 × 606 = 600 об / мин {\ displaystyle N_ {s} = 60 \ times {\ frac {60} {6}} = 600 \, \, {\ text {rpm}}}

Строительство [править ]

Ротор большого водяного насоса. Кольца скольжения видны под барабаном ротора. Обмотка статора большого водяного насоса

Основными компонентами синхронного двигателя являются статор и ротор. ^[17] Статор синхронного двигателя и статор асинхронного двигателя имеют одинаковую конструкцию.^[18] За исключением двухфазной электрической машины с синхронным питанием с обмоткой ротора, в качестве исключения, корпус статора содержит оберточную пластину . ^[19] Окружные ребра и клавиш прикреплены к оберточной пластине. ^[19] Для того, чтобы выдержать вес машины, требуется рамных опор и опор . ^[19] Когда обмотка возбуждения возбуждается возбуждением постоянным током, для подключения к источнику возбуждения требуются щетки и контактные кольца.^[20] Обмотка возбуждения также может возбуждаться бесщеточным возбудителем. ^[21] Цилиндрические круглые роторы (также известные как не выступающие полюсные роторы) используются до шести полюсов. В некоторых машинах или когда требуется большое количество полюсов, используется ротор с заметными полюсами. ^[22] ^[23] Конструкция синхронного двигателя аналогична конструкции синхронного генератора. ^[24]

Операция [править]

Вращающееся магнитное поле формируется из суммы векторов магнитного поля трех фаз обмоток статора.

Работа синхронного двигателя обусловлена взаимодействием магнитных полей статора и ротора. Его обмотка статора, которая состоит из 3-фазной обмотки, снабжена 3-фазным источником питания, а ротор снабжен источником постоянного тока. 3-фазная обмотка статора, несущая 3-фазные токи, создает 3-фазный вращающийся магнитный поток (и, следовательно, вращающееся магнитное поле). Ротор фиксируется вращающимся магнитным полем и вращается вместе с ним. Как только поле ротора фиксируется с вращающимся магнитным полем, говорят, что двигатель синхронизирован.Возможна однофазная (или двухфазная, полученная из однофазной) обмотка статора, но в этом случае направление вращения не определено, и машина может запускаться в любом направлении, если этого не препятствуют пусковые устройства. ^[25]

Когда двигатель работает, скорость двигателя зависит только от частоты питания. Когда нагрузка двигателя превышает нагрузку пробоя, двигатель перестает синхронизироваться, и обмотка возбуждения больше не следует вращающемуся магнитному полю.Поскольку двигатель не может генерировать (синхронный) крутящий момент, если он выпадает из-за синхронизации, практические синхронные двигатели имеют частичную или полную обмотку демпфера короткозамкнутого ротора (amortisseur), чтобы стабилизировать работу и облегчить запуск. Поскольку эта обмотка меньше, чем у эквивалентного асинхронного двигателя, и может перегреваться при длительной работе, а также потому, что в обмотке возбуждения ротора индуцируются большие напряжения с частотой скольжения, защитные устройства синхронного двигателя распознают это состояние и прерывают подачу питания (не по шагу). защита).^[25]

Методы запуска [править]

Выше определенного размера синхронные двигатели не являются самозапускающимися двигателями. Это свойство связано с инерцией ротора; он не может мгновенно следить за вращением магнитного поля статора. Поскольку синхронный двигатель не производит свойственный средний крутящий момент в состоянии покоя, он не может разогнаться до синхронной скорости без какого-либо дополнительного механизма. ^[2]

Большие двигатели, работающие на промышленной частоте питания, включают в себя индукционную обмотку с короткозамкнутым ротором, которая обеспечивает достаточный крутящий момент для ускорения и которая также служит для демпфирования колебаний скорости двигателя во время работы.^[2] Как только ротор приближается к синхронной скорости, обмотка возбуждения возбуждается, и двигатель начинает синхронизацию. Очень большие двигательные системы могут включать в себя «пони», который ускоряет разгруженную синхронную машину до приложения нагрузки. ^[26] ^[27] Двигатели с электронным управлением могут быть ускорены с нулевой скорости путем изменения частоты тока статора. ^[28]

Очень маленькие синхронные двигатели обычно используются в электрических механических часах или таймерах с питанием от сети, которые используют частоту линии питания для работы зубчатого механизма с правильной скоростью.Такие небольшие синхронные двигатели могут запускаться без посторонней помощи, если момент инерции ротора и его механическая нагрузка достаточно малы [потому что двигатель] будет ускоряться от скорости скольжения до синхронной скорости во время ускоряющего полупериода крутящего момента реактивного сопротивления. «^[2] Однофазные синхронные двигатели, такие как настенные электрические часы, могут свободно вращаться в любом направлении, в отличие от типа с заштрихованными полюсами. См. Синхронный двигатель с заштрихованными полюсами для получения последовательного направления запуска.

Экономика эксплуатации является важным параметром для решения различных методов запуска двигателя. ^[29] Соответственно, возбуждение ротора является возможным способом решения проблемы запуска двигателя. ^[30] Кроме того, современные предлагаемые методы запуска для больших синхронных машин включают в себя повторяющуюся инверсию полярности полюсов ротора во время запуска. ^[31]

Приложения, специальные свойства и преимущества [править]

Использовать в качестве синхронного конденсатора [править]

V-образная кривая синхронной машины

Изменяя возбуждение синхронного двигателя, можно настроить его на работу с запаздывающим, опережающим и единичным коэффициентом мощности.Возбуждение, при котором коэффициент мощности равен единице, называется , нормальное напряжение возбуждения . ^[32] Величина тока при этом возбуждении минимальна. ^[32] Напряжение возбуждения, превышающее нормальное возбуждение, вызывается сверх напряжения возбуждения, напряжение возбуждения, меньшее нормального возбуждения, вызывается при возбуждении. ^[32] Когда двигатель перегружен, обратная эдс будет больше, чем напряжение на клемме двигателя. Это вызывает размагничивающий эффект из-за реакции якоря.^[33]

Кривая V синхронной машины показывает ток якоря как функцию тока поля. С увеличением тока возбуждения ток якоря сначала уменьшается, затем достигает минимума, затем увеличивается. Минимальная точка также является точкой, в которой коэффициент мощности равен единице. ^[34]

Эта способность выборочно управлять коэффициентом мощности может использоваться для коррекции коэффициента мощности системы питания, к которой подключен двигатель. Поскольку большинство энергосистем любого значительного размера имеют коэффициент запаздывания суммарной мощности, наличие перевозбужденных синхронных двигателей приближает коэффициент полезного действия системы к единице, повышая эффективность.Такая коррекция коэффициента мощности обычно является побочным эффектом двигателей, уже присутствующих в системе, для обеспечения механической работы, хотя двигатели могут работать без механической нагрузки просто для обеспечения коррекции коэффициента мощности. На крупных промышленных предприятиях, таких как фабрики, взаимодействие между синхронными двигателями и другими запаздывающими нагрузками может быть явным фактором при проектировании электрооборудования установки. ^{[ цитирование необходимо ]}

Предел стабильности установившегося состояния [править]

T = Tmaxsin⁡ (δ) {\ displaystyle \ mathbf {T} = \ mathbf {T} _ {\ text {max}} \ sin (\ delta)}

где,

T {\ displaystyle \ mathbf {T}} - крутящий момент

δ {\ displaystyle \ delta} - угол крутящего момента

Tmax {\ displaystyle \ mathbf {T} _ {\ text {max}}} - максимальный крутящий момент

здесь,

Tmax = 3VEXsωs {\ displaystyle \ mathbf {T} _ {\ text {max}} = {\ frac {{\ mathbf {3}} {\ mathbf {V}} {\ mathbf {E}}} {{ \ mathbf {X_ {s}}} {\ omega _ {s}}}}}

При приложении нагрузки угол крутящего момента δ {\ displaystyle \ delta} увеличивается.Когда δ {\ displaystyle \ delta} = 90 °, крутящий момент будет максимальным. Если нагрузка будет приложена и дальше, двигатель потеряет свою синхронность, так как крутящий момент двигателя будет меньше, чем крутящий момент нагрузки. ^[35] ^[36] Максимальный момент нагрузки, который может быть приложен к двигателю без потери его синхронизма, называется устойчивым пределом устойчивости синхронного двигателя. ^[35]

Другое [править]

Синхронные двигатели особенно полезны в приложениях, требующих точного контроля скорости и / или положения.

Скорость не зависит от нагрузки в рабочем диапазоне двигателя.
Скорость и положение можно точно контролировать с помощью элементов управления с разомкнутым контуром; например, шаговые двигатели.
Применения с низким энергопотреблением включают позиционеры, где требуется высокая точность, и роботизированные приводы.
Они будут удерживать свое положение при подаче постоянного тока на обмотки статора и ротора.
Часы, приводимые в действие синхронным двигателем, в принципе так же точны, как и частота сети его источника питания.^a ^b ^c ^d ^e Fitzgerald, A. E .; Чарльз Кингсли-младший; Александр Куско (1971). «Глава 11, раздел 11.2 Пуск и ходовые характеристики однофазных асинхронных и синхронных двигателей, самозапускающихся реактивных двигателей». Электрические машины, 3-е изд . США: Макгроу-Хилл. стр. 536-538. Pillai, S K. Первый курс по электрическим приводам (второе издание). Новый век международный. п. 25.

Внешние ссылки [редактировать]

асинхронных двигателей переменного тока | Как работают двигатели переменного тока

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 21 апреля 2020 г.

Знаете ли вы, как работают электродвигатели? Ответ, вероятно, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как основные моторные работы, от простых научных книг и веб-страниц, таких как это, многие из двигатели, которые мы используем каждый день - во всем, от заводских машин до электрички - вообще-то не работают.Какие книги научите нас о простых двигателях постоянного тока, которые имеют петля проволоки вращается между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, большинство мощных двигателей используют переменный ток (AC) и работать совершенно по-другому: это то, что мы называем индукцией двигатели, и они очень изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Давайте внимательнее посмотрим!

Фото: повседневный асинхронный двигатель переменного тока со снятым корпусом и ротором, на котором показаны медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя).Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (движущуюся часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено US DOE / NREL.

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Работа: Электродвигатель постоянного тока основан на петле проволоки, вращающейся внутри неподвижного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты к коммутатору) меняют электрический ток каждый раз, когда проволока переворачивается, что позволяет ему вращаться в одном направлении.

Простые двигатели, которые вы видите в научных книгах, основаны на кусок проволоки согнут в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюса магнита. (Физики назвали бы это проводник с током, сидящий в магнитном поле.) Когда Вы подключаете провод к батарее таким образом, чтобы через него протекал постоянный ток, создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, вызывая проволоку перевернуть.Обычно провод останавливается в этой точке, а затем снова переворачивается, но если мы используем гениальное вращающееся соединение называется коммутатором, мы можем сделать текущий обратный каждый раз, когда провод переворачивается, и это означает, что провод будет вращаться в в том же направлении, пока ток течет. Это Суть простого электродвигателя постоянного тока, который был задуман в 1820-е годы Майкл Фарадей и превратился в практическое изобретение о десятилетие спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Прежде чем мы перейдем к двигателям переменного тока, давайте быстро Подводя итог, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю, статическую часть двигатель (статор), в то время как катушка провода, несущего электрический ток формирует вращающуюся часть двигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который является постоянный магнит, в то время как вы подаете электроэнергию на катушку, которая составляет ротор. Взаимодействие между постоянным магнитом поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором, составляет что заставляет мотор вращаться.