+7(980)249-22-27

+7(473)257-38-33, +7(950)764-71-79

г. Воронеж, ул. Вокзальная, 41а (ул. Транспортная)

 Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Главная Оценка Контакты Отзывы
Главная » Разное » Чем синхронный двигатель отличается от асинхронного двигателя

Чем синхронный двигатель отличается от асинхронного двигателя


Синхронный и асинхронный двигатель: отличия, принцип работы, применение

Классификация двигателей основывается на разных параметрах. По одному из них, различают синхронный и асинхронный двигатель. Отличия приборов, общая характеристика и принцип работы описаны в статье.

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен работать одновременно и в качестве генератора, и как, собственно, двигатель. Его устройство сродни синхронному генератору. Характерной особенностью двигателя является неизменяемая частота роторного вращения от нагрузки.

Эти виды двигателей широко применяются во многих сферах, например, для электрических проводов, которым необходима постоянная скорость.

Принцип работы синхронного двигателя

В основу его функционирования положено взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей индукторных полюсов. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор распологается в роторе. Для мощных моторов используются электрические магниты для полюсов, а для слабых — постоянные.

Принцип работы синхронного двигателя включает в себя (кратковременно) и асинхронный режим, который обычно применяют для разгона до необходимой (то есть номинальной) скорости вращения. В это время индукторные обмотки замыкаются накоротко или посредством реостата. После достижения необходимой скорости индуктор начинают питать постоянным током.

Преимущества и недостатки

Основными минусами этого вида двигателя являются:

  • необходимость питания обмотки постоянным током;
  • сложность запуска;
  • скользящий контакт.

Большинство генераторов, где бы они ни использовались, являются синхронными. Преимуществами таких двигателей в целом являются:

Асинхронный двигатель

Данный вид устройста представляет механизм, направленный на трансформацию электрической энергии переменного тока в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что речь идет о неодновременном процессе. И действительно, частота вращения магнитного поля статора здесь выше роторной всегда.
Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от вида которого асинхронные двигатели короткозамкнутые могут быть и с фазным ротором.

Принцип действия

Работа двигателя осуществляется на основе взаимодействия магнитного статорного поля и наводящихся этим же полем токов в роторе. Вращающий момент появляется тогда, когда имеется разность частоты вращения полей.

Резюмируем теперь, чем отличается синхронный двигатель от асинхронного. Чем объясняется широкое применение одного типа и ограниченное — другого?

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Отличие работы двигателей - в роторе. У синхронного типа он заключается в постоянном или электрическом магните. Благодаря притягиванию разноименных полюсов вращающееся поле статора влечет и магнитный ротор. Их скорость получается одинаковой. Отсюда и название — синхронный.

В нем можно добиться, в отличие от асинхронного, даже опережения напряжения по фазам. Тогда устройство, подобно батареям конденсатора, может применяться для увеличения мощности.

Асинхронные двигатели, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является трудность регулировки частоты вращения. Для реверсирования трехфазного асинхронного двигателя (то есть изменения направления его вращения в противоположную сторону) меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, приближающихся к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то имеют и здесь синхронный и асинхронный двигатель отличия. В синхронном типе этот показатель является постоянным, в отличие от асинхронного. Поэтому первый используют там, где необходима постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить на том или ином устройстве наличие рассматриваемых типов приборов очень просто. На асинхронном двигателе будет не круглое число оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном — круглое (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие моторы управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой меняющейся нагрузке на вал мотора частота вращения будет одной и той же. При этом нагрузка, конечно, должна меняться с учетом того, чтобы двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронный и асинхронный двигатель. Отличия обоих видов обуславливают сферу их использования, когда один вид справляется с задачей оптимальным образом, для другого это будет проблематичным. В то же время можно встретить и комбинированные механизмы.

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.
,Асинхронный двигатель

против синхронного: какая разница?

Все вращающиеся электродвигатели переменного и постоянного тока работают из-за взаимодействия двух магнитных полей. Один из них является стационарным и (обычно) связан с внешним корпусом двигателя. Другой вращается и связан с вращающейся арматурой двигателя (также называемой его ротором). Вращение вызвано взаимодействием между двумя полями.

В простом двигателе постоянного тока имеется вращающееся магнитное поле, полярность которого меняется на пол-оборота с помощью комбинации щетка-коммутатор.Щетки - в основном проводящие углеродные стержни, которые соприкасаются с проводниками ротора при их вращении - также служат для подачи электрического тока в вращающуюся арматуру. Ситуация немного отличается в бесщеточном двигателе постоянного тока. Вращающееся поле все еще обращено, но с помощью коммутации, которая имеет место в электронном виде.

Асинхронный двигатель обладает уникальным качеством: отсутствует электрическое соединение между неподвижной и вращающейся обмотками. Утилита переменного тока применяется к клеммам двигателя и питает стационарные обмотки.

Все асинхронные двигатели являются асинхронными двигателями. Асинхронный прозвище возникает из-за скольжения между скоростью вращения поля статора и несколько меньшей скоростью вращения ротора.

Ротор с короткозамкнутым ротором от асинхронного двигателя. Этот пример от маленького воздушного вентилятора.

Большинство современных асинхронных двигателей имеют ротор в форме короткозамкнутого ротора. Цилиндрическая короткозамкнутая клетка состоит из тяжелых медных, алюминиевых или латунных прутков, установленных в пазы и соединенных с обоих концов проводящими кольцами, которые электрически замыкают прутки вместе.Твердый сердечник ротора построен из штабелей ламинирования электротехнической стали.

Также возможно найти асинхронные двигатели, содержащие роторы, состоящие из обмоток, а не беличную клетку. Это так называемые асинхронные двигатели с обмоткой ротора. Суть конструкции заключается в том, чтобы обеспечить средство уменьшения тока ротора, когда двигатель начинает вращаться. Обычно это достигается путем подключения каждой обмотки ротора к резистору последовательно. Обмотки получают ток через какое-то устройство с контактными кольцами.Как только ротор достигает конечной скорости, полюса ротора переключаются на короткое замыкание, и, таким образом, электрически становятся такими же, как и короткозамкнутый ротор.

Стационарная часть обмоток асинхронного двигателя (статор) подключается к источнику переменного тока. При подаче напряжения на статор в обмотках статора течет переменный ток. Поток тока создает магнитное поле, которое воздействует на ротор, настраивая напряжение и ток в элементах ротора.

Северный полюс в статоре вызывает южный полюс в роторе.Но расположение полюса статора вращается, когда переменное напряжение изменяется по амплитуде и полярности. Индуцированный полюс в роторе пытается следовать за вращающимся полюсом статора. Тем не менее, закон Фарадея гласит, что электродвижущая сила генерируется, когда петля проволоки перемещается из области с низкой напряженностью магнитного поля в область с высокой напряженностью магнитного поля, и наоборот. Если ротор точно следовал за движущимся полюсом статора, напряженность магнитного поля не изменилась бы. Таким образом, ротор всегда отстает от вращения поля статора, потому что поле ротора всегда отстает от поля статора на некоторую величину.Это отставание заставляет ротор вращаться со скоростью, которая несколько медленнее, чем у поля статора. Разница между ними называется промахом.

Сумма промаха может варьироваться. Это зависит главным образом от нагрузки на двигатели, но также зависит от сопротивления цепи ротора и напряженности поля, которое индуцирует поток статора. Сдвиг двигателя в конструкции B составляет от 0,5% до 5%.

Когда двигатель стоит на месте, обмотки ротора и статора являются первичной и вторичной обмотками трансформатора.Когда переменный ток первоначально подается на статор, ротор не движется. Таким образом, напряжение, индуцированное в роторе, имеет ту же частоту, что и частота статора. Когда ротор начинает вращаться, частота наведенного в нем напряжения f r падает. Если f - частота напряжения статора, то проскальзывание s связывает их через f r = sf. Здесь s выражается в виде десятичной дроби.

Поскольку асинхронный двигатель не имеет щеток, коммутатора или аналогичных движущихся частей, его изготовление и обслуживание дешевле, чем у других типов двигателей.

Для сравнения рассмотрим синхронный двигатель. Здесь ротор вращается с той же скоростью, то есть синхронно, что и магнитное поле статора. Как и асинхронный двигатель, синхронный двигатель переменного тока также содержит статор и ротор. Обмотки статора также подключаются к источнику переменного тока, как в асинхронном двигателе. Магнитное поле статора вращается синхронно с частотой линии.

Обмотка ротора в синхронном двигателе может получать ток разными способами, но обычно не по индукции (за исключением некоторых конструкций, только для обеспечения пускового момента).Тот факт, что ротор вращается синхронно с частотой линии переменного тока, делает синхронный двигатель полезным для управления высокоточными часами.

Следует подчеркнуть, что ротор синхронного электродвигателя переменного тока вращается синхронно с целым числом циклов переменного тока. Это не то же самое, что сказать, что он вращается со скоростью, равной частоте линии. Число оборотов ротора двигателя, то есть синхронная скорость N, составляет:

N = 120f / P = 60 f / P

Где f - частота источника переменного тока в Гц, P - количество полюсов (на фазу), а p - количество пар полюсов на фазу.

Соответственно, чем больше полюсов, тем медленнее вращается синхронный двигатель. Дорожнее построить двигатель медленнее, учитывая равную мощность. При 60 Гц:

  • Двухполюсный / фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 3600 об / мин.
  • Четырехполюсный / фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 1800 об / мин.
  • Шестиполюсный / фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 1200 об / мин.
  • восьмиполюсный / фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 900 об / мин
  • 10-полюсный / фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 720 об / мин.
  • 12-полюсный / фазный синхронный двигатель переменного тока вращается со скоростью 600 об / мин.

Промышленный синхронный двигатель.

Синхронные двигатели переменного тока с низкой частичной мощностью полезны там, где требуется точная синхронизация. Мощные синхронные двигатели переменного тока, хотя и более дорогие, чем трехфазные асинхронные двигатели, имеют два дополнительных качества. Несмотря на более высокую начальную стоимость, они могут быть полезны в долгосрочной перспективе, потому что они более энергоэффективны, чем другие типы двигателей.Во-вторых, иногда одновременно они могут работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности, поэтому один или несколько синхронных двигателей переменного тока могут обеспечивать коррекцию коэффициента мощности, одновременно выполняя полезную работу.

Существует несколько различных типов синхронных двигателей переменного тока. Они обычно классифицируются в соответствии со своими средствами генерирования магнитного поля. Отдельно возбуждаемые двигатели имеют магнитные полюса под напряжением от внешнего источника. Напротив, магнитные полюса возбуждаются самим двигателем в самовозбуждаемой (также иногда называемой невозбужденной и непосредственно возбуждаемой) машине.Невозбужденные типы включают реактивные двигатели, гистерезисные двигатели и двигатели с постоянными магнитами. Кроме того, есть двигатели с постоянным током.

Синхронные двигатели без возбуждения имеют стальные роторы. При работе ротор намагничивается необходимыми магнитными полюсами аналогично асинхронному двигателю. Но ротор вращается с той же скоростью и синхронно с вращающимся магнитом статора. Причина в том, что в роторе есть слоты. Двигатели запускаются как асинхронные двигатели. Когда они приближаются к синхронной скорости, щели позволяют синхронному магнитному полю захватывать ротор.Затем двигатель вращается с синхронной скоростью, пока требуемый крутящий момент низкий.

В реактивном двигателе ротор имеет выступающие полюса, которые напоминают отдельные зубья. Ротора меньше, чем полюсов статора, что препятствует выравниванию полюсов статора и ротора, и в этом случае вращения не будет. Моторы неохотно не запускаются самостоятельно. По этой причине в обмотку ротора часто встроены специальные обмотки (так называемые обмотки с короткозамкнутым ротором), поэтому реактивный двигатель запускается как асинхронный двигатель.

В гистерезисном двигателе используется широкая петля гистерезиса в роторе из кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой. Из-за гистерезиса фаза намагничивания в роторе отстает от фазы вращающегося магнитного поля статора. Это отставание создает крутящий момент. На синхронной скорости поля ротора и статора фиксируются для обеспечения непрерывного вращения. Одним из преимуществ гистерезисного двигателя является то, что он запускается самостоятельно.

Синхронный двигатель переменного тока с постоянными магнитами имеет постоянные магниты, встроенные в ротор.Последние лифты приводятся в действие этими двигателями, и коробка передач не требуется.

Пример двигателя с постоянным магнитом и электронной коммутацией, в данном случае от небольшого воздушного вентилятора. Этот стиль называется опережающим, потому что ротор находится снаружи статора, встроенного в лопасти вентилятора. Это четырехполюсный двигатель, о чем свидетельствуют четыре обмотки статора (внизу). Также видим датчик Холла, который обеспечивает часть электронной коммутации.

Синхронный двигатель с прямым возбуждением может называться различными именами, включая ECPM (постоянный магнит с электронной коммутацией), BLDC (бесщеточный постоянный магнит) или просто бесщеточный двигатель с постоянным магнитом.Ротор содержит постоянные магниты. Магниты могут устанавливаться на поверхности ротора или вставляться в узел ротора (в этом случае двигатель называется внутренним двигателем с постоянными магнитами).

Пример того, как катушки двигателя постоянного тока запитываются в последовательности, которая перемещает ротор.

Компьютер управляет последовательным включением питания на обмотках статора в нужное время с помощью твердотельных переключателей. Питание подается на катушки, намотанные на зубья статора, и если выступающий полюс ротора идеально совмещен с зубцом статора, крутящий момент не создается.Если зуб ротора находится под некоторым углом к ​​зубу статора, по меньшей мере, некоторый магнитный поток пересекает зазор под углом, который не перпендикулярен поверхности зуба. В результате крутящий момент на роторе. Таким образом, переключение питания на обмотки статора в нужное время вызывает картину потока, которая приводит к движению по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Еще одним типом синхронного двигателя является электродвигатель с переключаемым сопротивлением (SR).
Его ротор состоит из сложенных стальных пластин с рядом зубьев.Зубы магнитопроницаемы, а окружающие их участки слабо проницаемы благодаря прорезям в них.

В отличие от асинхронных двигателей, в роторе отсутствуют прутки и, следовательно, нет тока, создающего крутящий момент. Отсутствие какой-либо формы проводника на роторе SR означает, что общие потери на роторе значительно ниже, чем в других двигателях с роторами, несущими проводники.

Крутящий момент, создаваемый электродвигателем SR, контролируется путем регулировки величины тока в электромагнитах статора.Затем скорость регулируется путем модуляции крутящего момента (через ток обмотки). Этот метод аналогичен способу регулирования скорости через ток якоря в традиционном двигателе с постоянным током.

Двигатель SR производит крутящий момент, пропорциональный величине тока, приложенного к его обмоткам. Производство крутящего момента не зависит от скорости двигателя. Это не похоже на асинхронные двигатели переменного тока, где при высоких скоростях вращения в области ослабления поля ток ротора все больше отстает от вращающегося поля при увеличении оборотов двигателя.

Наконец, есть синхронный двигатель переменного тока с возбуждением. Требуется выпрямленный источник питания для генерации магнитного поля. Эти двигатели, как правило, построены в размерах больше, чем одна лошадиная сила.

,

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.

avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.