Какво е синхронен двигател и къде се използва

Синхронните електродвигатели (SD) не са толкова често срещани, колкото асинхронните мотори с клетка с клечка. Но те се използват там, където е необходим голям въртящ момент и по време на работа често свръхтовар, Също така този тип двигатели се използват там, където е необходима голяма мощност за задвижване на механизмите, поради високия коефициент на мощност и способността да се подобри коефициентът на мощност на мрежата, което значително ще намали разходите за електричество и натоварване на линията. Какво е синхронен двигател, къде се използва и какви са неговите плюсове и минуси ще разгледаме в тази статия.

Определение и принцип на действие

Казано по-просто, синхронен двигател се нарича електродвигател, чиято скорост на въртене на ротора (вала) съвпада със скоростта на въртене на магнитното поле на статора.

Нека разгледаме накратко принципа на работа на такъв електродвигател - той се основава на взаимодействието на въртящо се магнитно поле на статора, което обикновено се създава от трифазен променлив ток и постоянно магнитно поле на ротора.

Постоянното магнитно поле на ротора се създава от намотката на възбуждането или постоянните магнити. Токът в намотките на статора създава въртящо се магнитно поле, докато роторът в работен режим е постоянен магнит, полюсите му се втурват към противоположните полюси на магнитното поле на статора. В резултат на това роторът се върти синхронно с полето на статора, което е неговата основна характеристика.

Спомнете си това индукционен двигател скоростта на въртене на MP на статора и скоростта на въртене на ротора се различават по размера на приплъзване, а механичната му характеристика е „гърбена“ с пик по време на критично приплъзване (под номиналната му скорост на въртене).

Скоростта, с която се върти магнитното поле на статора, може да се изчисли, като се използва следното уравнение:

N = 60f / p

f е честотата на тока в намотката, Hz, p е броят на двойките полюси.

Съответно скоростта на въртене на вала на синхронния двигател се определя по същата формула.

Повечето електрически двигатели с променлив ток, използвани в производството, са направени без постоянни магнити, но с намотка на възбуждане, докато синхронните променливи двигатели с ниска мощност се правят с постоянни магнити на ротора.

Токът към полевата намотка се подава от пръстени и четка. За разлика от колекторния електродвигател, при който колектор (набор от надлъжно разположени плочи) се използва за предаване на ток към въртяща се намотка, пръстените са монтирани на синхронния в единия край на статора.

Тиристорните възбудители, често наричани "VTE" (по името на едно от серията такива устройства за домашно производство), в момента са източник на възбуждане на постоянен ток.Преди това се е използвала системата за възбуждане на двигателя-генератор, когато на същия вал с двигателя е монтиран генератор (той също е възбудител), който резистори приложен ток към полевата намотка.

Роторът на почти всички синхронни двигатели с постоянен ток се изпълнява без намотка на възбуждане, а с постоянни магнити, въпреки че по принцип са подобни на променливотоковите светодиоди, те са много различни по отношение на това как са свързани и контролирани от класическите трифазни машини.

Една от основните характеристики на електродвигателя е механична характеристика. Тя синхронни двигатели близо до права хоризонтална линия. Това означава, че натоварването на вала не влияе на неговата скорост (докато не достигне някаква критична стойност).

Механични характеристики на а) асинхронни и б) синхронни двигатели

Това се постига именно благодарение на възбуждането на постоянен ток, следователно синхронният електродвигател перфектно поддържа постоянни обороти при променящи се товари, претоварвания и спадове на напрежението (до определена граница).

По-долу виждате символа на диаграмата на синхронната машина.

UGO синхронни машини

Дизайн на ротора

Както всеки друг, синхронен електродвигател се състои от две основни части:

  • Статора. Намотките са разположени в него. Нарича се още котва.
  • Ротор. Върху него са инсталирани постоянни магнити или намотка за възбуждане. Нарича се още индуктор, поради неговата цел - да създаде магнитно поле).

За подаване на ток към полевата намотка, на ротора са инсталирани 2 пръстена (тъй като възбуждането е постоянен ток, "+" се подава към единия от тях, а "-" към другия). Четките са прикрепени към държача на четката.

Синхронен дизайн на двигателя

 

Роторите на синхронните двигатели на променлив ток са два вида, в зависимост от предназначението:

  1. Изрично полярен. Полюсите (намотките) са ясно видими. Използвайте при ниски скорости и голям брой полюси.
  2. Имплицитно - изглежда като кръгла заготовка, в слота, върху който са положени проводниците на намотките. Използвайте при високи скорости на въртене (3000, 1500 об / мин) и малък брой полюси.

Синхронен дизайн на ротора

Синхронен старт на двигателя

Характеристика на този тип електрически машини е, че той не може просто да бъде свързан към мрежата и да чака стартирането му. В допълнение, за работата на светодиода не е необходим само източникът на тока на възбуждане, той има и доста сложна стартова верига.

Начало намотка с късо съединение и верига за стартиране на LED

Стартирането става като в индукционен двигател и за да се създаде начален момент, в допълнение към полевата намотка, върху ротора се поставя допълнително намотка с „къса клетка“ на ротора. Нарича се още „затихване“ намотка, тъй като увеличава стабилността при внезапни претоварвания.

Токът на възбуждане в намотката на ротора при стартиране отсъства, а когато се ускори до подсинхронна скорост (3-5% по-малка от синхронната), се прилага токът на възбуждане, след което той и токът на статора се колебаят, моторът навлиза в синхрон и влиза в работен режим.

За да ограничат пусковите токове на мощни машини, понякога те намаляват напрежението в клемите на намотките на статора, като свързват последователно автотрансформатор или резистори.

Докато синхронната машина стартира в асинхронен режим, към полевата намотка са свързани резистори, чието съпротивление надвишава съпротивлението на самата намотка с 5-10 пъти. Това е необходимо, така че пулсиращият магнитен поток, възникващ под действието на токовете, индуцирани в намотката по време на стартиране, да не забавя ускорението, а също така, за да не се повредят намотките поради индуцирания в него ЕМП.

видове

Има много видове такива машини, конструкцията на синхронен двигател с променлив ток с намотки на възбуждане, като най-често срещаната в производството, беше описана по-горе. Има и други видове, като:

  • Синхронни двигатели с постоянен магнит. Това са различни електрически двигатели, като PMSM - синхронен двигател с постоянен магнит, BLDC - Безчетков постоянен ток и други. Разликите между които се състоят в метода на контрол и формата на тока (синусоидален или трапецовиден). Наричат ​​се още безчеткови или безчеткови двигатели.Използва се в машинни инструменти, радиоуправляеми модели, електроинструменти и др. Те не работят директно от постоянен ток, а чрез специален преобразувател.
  • Стъпкови двигатели - синхронни безчеткови двигатели, при които роторът задържа точно определеното положение, те се използват за позициониране на работния инструмент в машините с ЦПУ и за управление на различни елементи на автоматичните системи (например положението на дроселната клапа в колата). Те се състоят от статор, в този случай на него са разположени намотки за възбуждане и ротор, който е направен от магнитно мек или магнитно твърд материал. Структурно много подобен на предишните типове.
  • Реактивен.
  • Хистерезис.
  • Реактивна хистерезис.

Последните три вида светодиоди също нямат четки, те работят поради специалния дизайн на ротора. Реактивните светодиоди отличават три от своите дизайни: напречно стратифициран ротор, ротор с ясно изразени полюси и аксиално стратифициран ротор. Обяснението на принципа на тяхната работа е доста сложно и ще отнеме голямо количество, така че ще го пропуснем. Подобни двигатели на практика вероятно ще срещнете рядко. Това са главно машини с ниска мощност, използвани в автоматизацията.

Синхронни дизайни на реактивни ротори

Обхват на приложение

Синхронните двигатели са по-скъпи от асинхронните, освен това изискват допълнителен източник на възбуждане на постоянен ток - това отчасти намалява ширината на обхвата на този тип електрически машини. Синхронните електродвигатели обаче се използват за задвижване на механизми, където са възможни претоварвания и е необходимо прецизно поддържане на стабилни обороти.

10 MW синхронен двигател STD-1000-2UHL4

Освен това те най-често се използват в областта на големи мощности - стотици киловата и единици мегават, а в същото време пускането и спирането са доста редки, тоест машините работят денонощно дълго. Това приложение се дължи на факта, че синхронните машини работят с cos F phi близо до 1 и могат да доставят реактивна мощност към мрежата, което подобрява коефициента на мощност на мрежата и намалява нейната консумация, което е важно за предприятията.

Предимства и недостатъци

С прости думи, тогава всеки електрически автомобил има своите плюсове и минуси. Предимствата на синхронния двигател са:

  1. Работете с cosPhI = 1, поради възбуждане на постоянен ток, съответно те не консумират реактивна мощност от мрежата.
  2. По време на работа, свръхвъзбуждане, те дават реактивна мощност на мрежата, подобрявайки коефициента на мощност на мрежата, падането на напрежението и загубите в него, а СМ на генераторите на електроцентралите се увеличава.
  3. Максималният момент, развит върху вала на светодиода, е пропорционален на U, а за AD - U² (квадратна зависимост от напрежението). Това означава, че светодиодът има добра товароносимост и стабилност, които се запазват по време на спад на напрежението в мрежата.
  4. Вследствие на всичко това скоростта на въртене е стабилна по време на претоварвания и слягане, в рамките на капацитета на претоварване, особено с увеличаване на тока на възбуждане.

Въпреки това, съществен недостатък на синхронен двигател е, че неговата конструкция е по-сложна от тази на асинхронен с ротор с късо съединение, необходим е възбудител, без който той не може да работи. Всичко това води до по-висока цена в сравнение с асинхронните машини и затруднения в поддръжката и експлоатацията.

Може би предимствата и недостатъците на синхронните двигатели свършват дотук. В тази статия се опитахме да обобщим общата информация за синхронните двигатели. Ако имате нещо, което да допълни материала - пишете в коментарите.

Свързани материали:

(2 гласа)
Зареждане...

Добави коментар

Задължителните полета са маркирани *