Асинхронный и синхронный двигатель принцип работы: Отличие синхронного от асинхронного двигателя

Содержание

Синхронный двигатель. Пуск синхронного двигателя.

Конструкция синхронного двигателя такая же, как и у синхронного генератора. При подаче тока в трехфазную обмотку статора в нем возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения его определяется формулой: n = 60 f / p, где f — частота тока питающей сети, р — число пар полюсов на статоре.

Принцип действия синхронного двигателя

Ротор, зачастую являющийся электромагнитом, будет строго следовать за вращающимся магнитным полем, то есть его частота вращения n2 = n1. Рассмотрим принцип действия синхронного двигателя на следующей условной модели (рис. 1). Пусть магнитное поле статора будет смоделировано системой вращающихся магнитных полюсов N — S.

Принцип действия синхронного двигателя

Рис. 1

Ротор двигателя тоже представляет собой систему электромагнитов S — N, которые сцеплены с полюсами на статоре. Если нагрузка на двигателе отсутствует, то оси полюсов статора будут совпадать с осями полюсов ротора (θ = 0).

Если же к ротору подключена механическая нагрузка, то оси полюсов статора и ротора могут расходиться на некоторый угол θ. Однако магнитное сцепление ротора со статором будет продолжаться, и частота вращения ротора будет равна синхронной частоте статора (n2 = n1). При больших значениях ротор может выйти из сцепления и двигатель остановится.

Главное преимущество синхронного двигателя перед асинхронным — это обеспечение синхронной скорости вращения ротора при значительных колебаниях нагрузки.

Пуск синхронного двигателя

Как мы показали выше, синхронное вращение ротора обеспечивается магнитным сцеплением полюсов ротора с вращающимся магнитным полем статора. В первый момент пуска двигателя вращающееся магнитное поле статора возникает практически мгновенно. Ротор же, обладая значительной инерционной массой, прийти в синхронное вращение сразу не сможет. Его надо разогнать до подсинхронной скорости каким-то дополнительным устройством.

Долгое время роль разгонного двигателя играл обычный асинхронный двигатель, механически соединенный с синхронным. Ротор синхронного двигателя приводится во вращение до подсинхронной скорости. Далее двигатель сам втягивается в синхронизм. Обычно мощность пускового двигателя составляет 5-15 % от мощности синхронного двигателя. Это позволяет пускать в ход синхронный двигатель только вхолостую или при малой нагрузке на валу.

Применение пускового двигателя мощностью, достаточной для пуска синхронного двигателя под нагрузкой делает такую установку громоздкой и дорогой. В последнее время используется так называемая система асинхронного пуска синхронных двигателей. С этой целью в полюсные наконечники забивают стержни, напоминающие собою короткозамкнутую обмотку асинхронного двигателя.

Система асинхронного пуска синхронного двигателя

Рис. 2

В начальный период пуска синхронный двигатель работает как асинхронный, а в последующем — как синхронный.

В целях безопасности обмотку возбуждения в начальном периоде пуска закорачивают, а на заключительном подключают к источнику постоянного тока.

Синхронные реактивные двигатели

Синхронный реактивный электродвигатель — синхронный электродвигатель, вращающий момент которого обусловлен неравенством магнитных проводимостей по поперечной и продольной осям ротора, не имеющего обмоток возбуждения или постоянных магнитов.

Принцип работы синхронного реактивного двигателя

В синхронных реактивных электродвигателях принцип создания момента вращения ротора несколько отличается от асинхронных и традиционных синхронных двигателей. Здесь решающая роль отводится самому сердечнику ротора.

Ротор реактивного синхронного двигателя не имеет обмоток, даже короткозамкнутой обмотки на нем нет. Вместо этого сердечник ротора сделан сильно неоднородным по магнитной проводимости: магнитная проводимость вдоль ротора отличается от магнитной проводимости поперек.

Благодаря такому необычному подходу отпадает необходимость как в обмотках ротора, так и в постоянных магнитах на нем.

Что касается статора, то обмотка статора реактивного синхронного двигателя может быть сосредоточенной либо распределенной, при этом сердечник статора и корпус остаются обычными. Вся особенность — в сильно неоднородном сердечнике ротора.

Для реактивных синхронных двигателей характерны три основных типа роторов: поперечно-расслоенный ротор, ротор с явновыраженными полюсами и аксиально-расслоенный ротор.

Физика процесса следующая. Переменный ток подается на обмотки статора, и создает вокруг ротора вращающееся магнитное поле, которое максимально в воздушном зазоре между статором и ротором. Момент вращения получается благодаря тому, что ротор все время пытается повернуться так, чтобы магнитное сопротивление для формируемого статором магнитного потока оказалось бы минимальным.

Максимальный момент вращения оказывается прямо пропорциональным разнице между продольной и поперечной индуктивностями, и чем больше эта разница, тем большим получается вращающий момент ротора.

Для понимания данного принципа обратимся к рисунку. Анизотропный объект 1 обладает различной магнитной проводимостью по осям a и b. При этом изотропный объект 2 обладает одинаковой магнитной проводимостью по всем направлениям. Приложенное к объекту 1 магнитное поле порождает момент вращения когда угол между осью b и линиями магнитной индукции B не равен нулю. Когда неравный нулю угол существует, объект 1 станет искажать приложенное магнитное поле B, и направление искажения будет совпадать с осью a объекта 1.

Синусоидальное магнитное поле, создаваемое в синхронном реактивном двигателе обмоткой статора, вращается с определенной синхронной угловой частотой, и следовательно всегда будет иметь место момент вращения, стремящийся вернуть систему в состояние с наименьшим значением полной потенциальной энергии.

То есть момент вращения будет все время стремиться уменьшить искажение магнитного поля статора в направлении оси a, путем уменьшения угла между линиями индукции B и осью b. Так, если управление двигателем направлено на сохранение постоянства этого угла, то и механическая энергия постоянно будет получаться из электромагнитной.

Таким образом, ток обмотки статора обеспечивает намагничивание с существованием вращающего момента, направленного на устранение искаженности поля, и управляя фазой тока в соответствии с положением ротора во вращающейся системе координат (в соответствии со значением угла искажений), получается управление моментом синхронного реактивного электродвигателя.

Синхронные реактивные электродвигатели сегодня

Ведущие мировые производители электродвигателей на сегодняшний день проявляют особый интерес к синхронным реактивным электродвигателям, хотя запатентованы первые версии были еще в конце 19 века. Дело в том, что КПД синхронных реактивных электродвигателей принципиально значительно превышает КПД популярных асинхронных электродвигателей, не говоря уже об удельной мощности.

Потери энергии в роторе отсутствуют, а ведь обычно процентов 30 потерь приходится именно на ротор. Так повышается и срок службы электродвигателя — снижается вредный нагрев. Масса синхронного реактивного электродвигателя и его габариты на 20% меньше чем у асинхронного той же мощности.

Возобновленный интерес к синхронным реактивным электродвигателям в наши дни связан прежде всего с широкими возможностями современного компьютерного моделирования, позволяющими находить наиболее эффективные версии конструкций роторов и статоров — научные исследования получаются более продуктивными, и КПД современных версий синхронных реактивных двигателей уже достигает 98%, в то время как для асинхронных версий КПД традиционно не превышает 90%.

Синхронные реактивные двигатели изготавливают сегодня на базе асинхронных, и при тех же габаритах и установочно-присоединительных размерах получается более высокий КПД, достигается более высокая удельная мощность.

Преимущества и недостатки

Набранный из тонколистовой электротехнической стали, ротор реактивного синхронного двигателя имеет простую и надежную конструкцию без короткозамкнутой обмотки и без магнитов, поэтому в роторе исключены токи вызывающие вредный нагрев, — срок службы повышается, а отсутствие магнитов удешевляет себестоимость продукта, включая до минимума сниженные затраты на техобслуживание.

Благодаря сравнительной легкости ротора, его собственный момент инерции низок, поэтому двигатель быстрее разгоняется до номинальных оборотов, что приводит к экономии электроэнергии.

Частотный преобразователь в качестве регулятора скорости делает управление двигателем очень гибким в широком диапазоне рабочих скоростей. Что касается недостатков, то он всего один: потребность в преобразователе частоты.

Применение преобразователя частоты с активной коррекцией коэффициента мощности позволяет добиться максимального коэффициента мощности системы, что очень важно на любом современном производстве.

Ранее ЭлектроВести писали, что калифорнийская компания HyPoint утверждает, что ее новая конструкция топливного элемента с турбонаддувом позволяет в три раза увеличить мощность и в четыре раза срок службы обычного топливного элемента, открывая возможность создания высокоскоростных дальнемагистральных электрических самолетов VTOL с водородным двигателем. Плотность энергии новой системы в 3 раза выше, чем у литий-ионных аккумуляторов.


По материалам: electrik.info.

Двигатели переменного тока. Принцип работы, характеристики и управление

Продолжаем наш ликбез по движкам. На этот раз речь пойдет о переменном токе, трехфазных движках разной конструкции. Их характеристикам, устройству и принципу работы. Ну и заодно подготавливаем почву под BLDC, так как там получается зверский гибрид всего и вся.
 

▌Вращающееся поле
Вращающееся поле это краеугольный камень всех машин переменного тока. Без него ничего не было бы и все было бы уныло и пресно. Делается оно посредством хитрой обмотки и хитрого напряжения. Сейчас подробно покажу как.

 

Начнем с упрощенной одновитковой обмотки. Вот такой:

Подаем на него напряжение, получаем ток, создающий магнитный поток. Направление потока зависит от направления тока. Определяется по правилу буравчика. Вспоминаем курс физики из школы 🙂 Если сунуть туда синусоидальное напряжение, то поток через обмотку будет шнырять туда-сюда по синусоидальному же закону.
 

Берем три обмотки и ставим их так, чтобы магнитное поле, ими генерируемое, было направленно под 120 градусов относительно катушек.
 

Получаем упрощенный вариант статора. Соединяем обмотки треугольником:

Оставим от него только направления векторов, чтобы посмотреть на это в разрезе. И загоняем в эту обмотку трехфазное напряжение. Три синуса, сдвинутые под 120 градусов.
 

Если взять в какой-либо момент времени напряжения и разложить магнитные потоки по векторам, которые задают наши катушки, с учетом знака, а потом все суммировать, то получим результирующий вектор магнитной индукции трех катушек. Проделав ту же операцию на несколько углов вперед будет явно видно, что результирующий вектор вращается аки часовая стрелка.
 

Т.е. статор, с точки зрения магнитного поля, ведет себя как вращающийся магнит. Делающий один оборот за период. Вот вам каноничная картинка, что есть в каждом учебнике по электромашинам. Полный оборот поля. Я лишь сделал ее более няшный вариант, раскрасив витки в цвета обмоток, чтобы по феншую было все.
 

Скорость вращения поля зависит от частоты сети. n1 = 60*f (об/мин) эта скорость зовется синхронной скоростью. Но не все так просто. Количество полюсов машины может быть и иным. Выше был пример статора двухполюсной машины. Два полюса потому, что там у результирующего магнитного потока есть север и юг и все. Но полюсов может быть больше.
 

Для этого обмотку каждой фазы делают из двух соединенных катушек, как то так:

И размещают их со сдвигом в 60 градусов. Вот, примерно, следующим образом. Тут у меня по одному недавитку, но их может быть и сто. Соединение секций между собой выделено более тонким проводом и чуть другим цветом.
 

 

В результате получается вот такая вот магнитная схема:
 

Видно, что эти четыре гипножабы образуют четыре полюса, два северных, два южных. А дальше как в старом советском мультике… пока ты на коне на четырех ногах раааз, двааа, триии, четырее… он на своих двоих раз-два, раз-два, раз-два. В четырехполюсном движке поле вращается вдвое медленней, т.к. за один период оно пробежит только пол оборота. Чем больше полюсов, тем медленней вращается поле.
 

С учетом количества полюсов синхронная скорость вычисляется так: n1=60*f/p ,где p — число катушек в одной фазе. Правда тут стоит учитывать такой случай, что катушки можно намотать так, что две будут вести себя как одна. В этом случае, естественно, считаем ее за одну, хоть их физически и две.
 

На этом принципе, кстати, в некоторых случаях делают управление скоростью двигателя. Т.е. хитро переключая катушки делают, например, либо два полюса, либо четыре. Ступенчато переключая скорость.
 

▌Реверс поля
Тут даже и говорить нечего — меняем местами две фазы и поле поехало в другую сторону. Элементарно 🙂
 

▌Асинхронный двигатель
Вы наверняка все знаете его. Помнишь как в детстве, разбираешь движок, надеешься на нямку и ништяки, а оттуда выпадает тупая алюминиевая блямба и обламывает весь кайф. Вот такой вот, малята, АД. В смысле асинхронный двигатель.
 

Асинхронный двигатель это король электропривода. Он технологичен, а значит дешев. Надежен, там трутся только подшипники. Прост и легко запускается. Не требует никакого дорогостоящего барахла, вроде редкоземельных магнитов. Есть у него и недостатки — сложности регулирования скорости и своебразная механическая характеристика, но все это решается умной электроникой.
 

Как же он работает то? Сейчас разберем.
 

Итак, у нас есть статор и его вращающееся поле:

в него мы помещаем короткозамкнутую обмотку ака «беличье колесо»

Она состоит из штырей закороченных на лобовые кольца. А обычно еще проще делают. Набирают шихтованный ротор (т.е. из изолированных пластин, чтобы гасить вихервые токи) окаливают его, создавая тем самым изоляцию, а потом заливают в пазы цельнолитую алюминиевую обмотку. Дешево, просто, технологично.
 

Так вот, поле бежит мимо этих штырей наводя в них ЭДС. А так как обмотка замкнута, то эта ЭДС порождает ток. Но если у нас есть ток и есть магнитное поле статора, то должна неминуема появиться сила Ампера. И она появляется. Обмотка начинает увлекаться за полем. Но догнать его не может никогда, ведь если она его догонит, то движение поля относительно обмоток станет равным нулю и сила пропадет. Вот так и плетется она в конце на подсинхронной частоте. Потому и зовется двигатель асинхронным. А относительная разность скорости поля и ротора зовется скольжением.
 

s=(n1-n)/n1
 

Измеряется в единицах или процентах. Обычно, на номинальном моменте, скольжение составляет 2-7% С ростом нагрузки скольжение растет. А скорость вращения движка завязана на скорость поля. Что сильно обламывает любителей регулировать скорость. Потому то асинхронные двигатели до сих пор не вытеснили те же коллекторные отовсюду откуда можно. Мало того, что им нужна переменка, так еще и не погазуешь нифига.
 

▌Механическая характеристика АД. Пуск и регулирование скорости
Она весьма извилистая, с рядом приколов. Вот такая:

Обратите внимание на разницу между пусковым и максимальным моментом. Т.е. движок должен стартануть в относительно тепличных условиях и лишь потом можно его грузить. Да и то до некоторого предела, до точки Ж, где случается жопа. Машина теряет устойчивость, момент резко снижается, а обороты падают до нуля. Движок лишь беспомощно дергается и очень сильно греется. Ведь в этот момент он превращается в обычный трансформатор у которого ротор это вторичная обмотка и она закорочена наглухо.
 

Вариантов борьбы с этим явлением несколько. Обычно конструктивные, делают либо две беличьи клетки одна над другой, либо просто глубокие пазы, т.е. клетка получается не из прутьев, а из пластин. Это снижает разницу между моментом критическим и пусковым. Еще, в особо тяжелых случаях, вроде кранового привода, делают фазный ротор. Т.е. обмотка не беличья клетка, а нормальная обмотка трехфазная. Из провода, ее концы с одной стороны соединены звездой, а с другой вытащены наружу через контактные кольца. Вот как на этой картинке под четвертым номером:
 

 

С них заводят на пусковые сопротивления:

И при пуске вводят все сопротивления в ротор, при этом ток падает, механическая характеристика проседает, а пусковой момент увеличивается. Потом, по мере разгона, сопротивления выводят посекционно, а движок переходит с одной характеристики на другую, пока не выйдет на естественную. Делается это автоматом, по реле времени или через реле контроля скорости.
 

Впрочем, это вам так, для общего развития. Не думаю, что с таким пуском столкнетесь вживую. Разве что вы не работаете цеховым электриком и колупаете краны выпуска еще прошлого века. Сейчас все это активно отмирает и заменяется на частотное регулирование.
 

Снижение напряжения фазного дает лишь некоторое смягчение характеристики, с падением момента. Но обороты остаются в целом прежними.

 

Т.е. по простому скоростью не порулишь как хочется. Что делать? На помощь тут идет электроника и частотное регулирование. Т.е. мы сетевое напряжение сначала выпрямляем, а потом на инверторе вкручиваем любую частоту какая нам нужна. И профиты сплошные. выглядит это так:

 
Но тут мы наблюдаем другую проблему — разгоняя частоту мы теряем в критическом моменте и снижается пусковой момент. Почему? А дело все в том, что поток завязан на частоту.
 
Если пренебречь падением напряжения на обмотках статора, то ЭДС примерно будет равна напряжению на фазах движка.
 

Uф≈K Φ f1

 

К — конструктивный коэффициент.
 
Т.е. у нас поток Ф зависит от частоты. Повышаем частоту и чтобы уравнение выполнялось должен снизиться поток, со всеми последствиями в виде провала по моменту.
 

Но что если заложить номинальную частоту в максимум возможного для данного двигателя, а регулировать вниз? Тут тоже проблемы возникнут. Поток будет расти, но бесконечно расти он не сможет, железо магнитопровода перенасытится и упадет КПД. Это просто энергетически невыгодно, зачем нам грелка, когда нужна крутилка?
 
Так что при изменении частоты не помешает и подкорректировать напряжение так, чтобы держать поток в пределах номинального, так потерь меньше.
 

▌Синхронный двигатель
Еще одна забавная машинка, работающая на вращающемся поле. Вспомним картинку вращающегося поля и сунем в ее чрево постоянный магнит.

Опа, магнит вращается синхронно полю. Механическую характеристику этого безобразия я даже не буду рисовать. Она скучна как пульс у трупа. Скорость жестко завязана на скорость поля и не зависит от момента, совсем. Абсолютно жесткая механическая характеристика.
 

Разумеется это не навсегда, если момент будет сильней поля, то он может оторвать его от поля, движок выпадет из синхронизма и настанет жопа — сам он в синхронный режим уже не вернется. Тут ситуация еще хуже чем с асинхронным двигателем. Синхронный двигатель даже нормально запуститься не сможет. Т.е. если его воткнуть в сеть то фиг он куда поедет, будет стоять и беспомощно дрыгаться. Вот такая, херня, малята.
 

Дети, давайте поможем дедушке двигателю стартануть! Что надо сделать? Правильно, Петя, надо подружить его с асинхронным двигателем — сунуть ему в нутро до кучи еще и беличью клетку. Это будет пусковая обмотка. Она рванет движок со старта, доведет его до подсинхронной частоты, а там он втянется в синхронизм как удав в пылесос. Правда момент такого пуска слабоват, но хоть что то. Но такие проблемы это геморрой еще прошлого века.
 

Сейчас есть новые, усовершенствованные методы старта синхронного двигателя. Потому, что у нас прогресс, модернизация в стране и нанотехнологии. В первую очередь я имею ввиду частотный пуск. Т.е. когда при старте поле статора не рвет с нуля на номинальные обороты, а нежно хватает движок за торчащие из ротора яй… эээ силовые линии магнитного поля и начинает плавно разгонять пока не выведет в номинал. Еще в начале может быть ориентирующий рывок, когда напряжение подается статично, на одну из фаз, чтобы придать ротору какой-то определенный ориентир, а дальше уже разгон.
 

Наиболее наглядно это можно увидеть на приводе шпинделя жесткого диска. Если у вас есть убитый жесткач, то разберите его и подайте питание на плату. Увидите, как движок плавно стартанет, но если его затормозить, то он встанет и будет лишь вяло вяло крутиться — выпал из синхронизма. Если сможете разогнать его до 7200 оборотов, то он втянется, и будет дальше вращаться как ни в чем не бывало.
 

Устранение этого недостатка может быть только одно — контроль положения ротора, т.е. система управления зорко глядит на то куда повернут ротор и не дает полю его упустить. Если движок нагружается, поле притормаживает, следуя за ротором так, чтобы получить наибольший момент. Способов следить много. Это и сельсины и датчики холла и энкодеры и оптика всякая. Есть еще и извращенские способы по замеру индукции на обмотке, что часто практикуется в модельных инверторах. И со всей этой тряхомудией это уже получается самый настоящий BLDC о которых я тоже когда-нибудь расскажу. Через пару лет, ага. Бугагага!
 

Регулирование синхронного двигателя сходно с асинхронным. Те же приколы связи частоты, потока и напряжения. Т.к. статор там точно такой же. Разве что скольжения нет, но есть критический момент, а он завязан на поток.
 

Синхронный двигатель

— Javatpoint

Синхронный двигатель — это разновидность двигателя переменного тока. Двигатель переменного тока относится к двигателю, который принимает питание переменного тока в качестве входа и преобразует его во вращательное движение (преобразование электрической энергии в механическую). Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, что скорость двигателя постоянного тока контролируется его напряжением, тогда как скорость двигателя переменного тока зависит от частоты питания.

Есть два типа двигателей переменного тока.

  1. Двигатели синхронные
  2. Асинхронные двигатели (Асинхронный двигатель)

Двигатели синхронные

Синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, который работает с синхронной скоростью.Синхронный двигатель в основном состоит из двух частей: ротора и статора. Статор — неподвижная часть, а ротор — подвижная часть синхронного двигателя. Синхронный двигатель использует статор, как и асинхронный двигатель, для создания вращающегося магнитного поля (RMF).

Ротор синхронного двигателя состоит из катушек постоянного магнита, возбуждаемых источником постоянного тока. Когда на статор подается переменный ток, создается вращающееся магнитное поле (RMF). У ротора есть полюса разной полярности.Когда это магнитное поле ротора взаимодействует с RMF статора из-за разной полярности, RMF статора и магнитное поле ротора блокируются, поскольку RMF движется с синхронной скоростью, а ротор начинает вращаться с синхронной скоростью. Итак, они называются синхронными двигателями или двигателями с постоянной скоростью.

Принцип работы синхронного двигателя

Синхронный двигатель основан на принципе магнитной блокировки. Запуск синхронного двигателя такой же, как у асинхронного двигателя, первоначально возбуждаемого трехфазным переменным током, подаваемым на статор.Если машина достигла максимальной скорости, которая составляет 90% от ее скорости, на ротор подается источник постоянного тока.

Трехфазный источник присоединен к обмотке якоря, и якорь создает вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью 120f / P. Как только мы возбуждаем постоянные полюса обмотки возбуждения, создаваемой источником постоянного тока, который пытается привлечь противоположный полюс вращающихся магнитных полюсов. Если магнитные полюса притягиваются и блокируются, ротор продолжает вращаться с синхронной скоростью.

Где,

f = частота

и p = количество полюсов

Конструкция синхронного двигателя

Синхронный двигатель состоит из двух первичных частей; Статор и ротор

Статор:

Статор — это неподвижная часть (неподвижная) синхронной машины. Статор содержит чугунный сердечник, известный как ярмо, обеспечивающее прочность машины. В синхронном двигателе обмотка якоря расположена поверх статора, что называется обмоткой статора.Сердечник статора состоит из стальных пластин, которые помогают снизить потери на вихревые токи. Вентиляционные каналы выполнены в станине машины, устойчивой к высоким температурам. Обмотка пускателя представляет собой трехфазную обмотку, которая возбуждается трехфазным источником переменного тока.

Ротор:

Ротор — это вращающаяся часть (подвижная) синхронной машины. Ротор имеет обмотку возбуждения, на которую через контактные кольца подается постоянный ток. Ротор делится на два типа, известных как явный полюс и незакрепленный полюс.В большинстве синхронных двигателей используется конструкция с явнополюсным типом.

Явный полюс Ротор:

Ротор с явнополюсным ротором имеет большой диаметр и короткую осевую длину. Воздушный зазор в роторе с явными полюсами неоднороден, и полюса выступают наружу к поверхности ротора. Полюса ламинированы кремнистой сталью и несут обмотку возбуждения, а на лицевых поверхностях полюсов обычно имеются прорези (обеспечивают поддержку) для обмотки с короткозамкнутым ротором. Заслонки с обоих концов закорочены медными кольцами.Работа демпферной обмотки в первую очередь обеспечивает пусковой момент и ограничивает колебания (нежелательный шум и вибрацию машины) в синхронном двигателе.

Неявнополюсный ротор:

Конструкция ротора с невыпадающими полюсами является цилиндрической, в которой имеются параллельные пазы для размещения обмоток ротора. Прорези последовательно соединены с контактными кольцами, которые возбуждаются источником постоянного тока. Невыступающий полюс изготовлен из прочного стального материала. Он имеет очень маленький диаметр и очень большую коаксиальную длину с равномерным воздушным зазором.

Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем (асинхронным двигателем)

S.no Отличительная черта Синхронный двигатель Асинхронный двигатель
1. Определение Синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, который работает с синхронной скоростью. Он также известен как асинхронный двигатель. Это относится к двигателю переменного тока, в котором ротор вращается со скоростью меньше синхронной.
2. Возбуждение Это машина с двойным возбуждением. Это машина с одиночным возбуждением.
3. Начиная с Он работает с синхронной скоростью, причем скорость не зависит от нагрузки. Имеет разную скорость. Скорость асинхронного двигателя обратно пропорциональна скорости; если нагрузка увеличивается, скорость асинхронного двигателя уменьшается.
4. Эксплуатация Может работать с опережающим и запаздывающим коэффициентами мощности, просто изменяя его возбуждение. Работает только с отстающим коэффициентом мощности.
5. Блок питания Его крыло якоря возбуждается от источника переменного тока, а его обмотка возбуждения возбуждается от источника постоянного тока. Его обмотка статора возбуждается источником переменного тока.
6. Начиная с Не запускается автоматически. Это самозапускающийся двигатель.
7. Стоимость Это дороже по сравнению с асинхронным двигателем, имеющим такое же напряжение и мощность. Он экономичен по сравнению с синхронным двигателем, имеющим такое же напряжение и мощность.

Преимущества синхронного двигателя

  • Синхронный двигатель работает с постоянной скоростью, что означает, что его скорость не зависит от нагрузки. Например, он используется в часах.
  • Высокая рабочая частота синхронного двигателя.
  • Синхронный двигатель с перевозбуждением может развивать реактивную мощность; поэтому он выдерживает высокие нагрузки и стабилизирует систему.
  • Синхронный двигатель в основном используется для привода высоких нагрузок, что требует большой мощности при низкой скорости. Например, мельницы.

Недостатки синхронного двигателя

  • Синхронному двигателю требуется отдельный источник постоянного тока для возбуждения ротора, в то время как другой двигатель не требует отдельного возбуждения.
  • Дорого.
  • Для возбуждения ротора требуются щетки и контактные кольца, поэтому возникают потери.

Применение синхронного двигателя

В эту цифровую эпоху синхронный двигатель нашел широкое применение в повседневной жизни.Наиболее распространенное применение синхронного двигателя — это то, что требует постоянной скорости, потому что частота сети регулируется точно в краткосрочной и долгосрочной перспективе, например, цифровые и аналоговые часы, магнитофоны, вертушки фонографа и т. Д.


Синхронный двигатель

— и принцип работы электрический Dost

Синхронные двигатели:

Синхронные двигатели обычно работают с синхронной скоростью (Ns = 120f / P), скорость синхронного двигателя постоянна независимо от нагрузки или трехфазного напряжения.Это машина, которая работает на синхронной скорости и преобразует электрическую энергию в механическую. Синхронный двигатель является генератором переменного тока и также работает как двигатель.

Конструкция синхронного двигателя:

Асинхронный двигатель имеет следующую конструкцию:

  • Статор: Он имеет трехфазную обмотку якоря в пазах сердечника статора и получает питание от трехфазного источника питания.
  • Ротор: Ротор синхронного двигателя возбуждается отдельно от источника постоянного тока, полюса могут быть выступающими или невыраженными.

Статор и ротор имеют одинаковое количество полюсов.Это самозапускающийся, и для его запуска используется вспомогательный метод.

Принцип работы :
  • Теперь предположим, что ротор вращается, если положение ротора таково, что N-полюса ротора вращаются точно так же, как вращаются N-полюса статора, тогда они отталкиваются друг от друга и создаваемый крутящий момент будет против часовой стрелки.
  • Статор вращается очень быстро, но ротор не синхронизируется со статором двигателя с той же скоростью, и его направление становится противоположным этому, следовательно, создаваемый крутящий момент будет по часовой стрелке, поскольку ротор должен реверсировать крутящий момент, поэтому он не запускается изначально.

Если ротор синхронного двигателя вращается с той же синхронной скоростью статора, тогда противоположные полюса ротора будут притягивать полюса статора, и противоположные полюса статора и ротора будут заблокированы друг с другом, и двигатель будет начать бежать.

Способы запуска синхронного двигателя:

Ниже приведены методы самостоятельного запуска

Запуск демпферной обмоткой:

Он может стать самозапускающимся, если снабдить демпфирующую обмотку в полюсах ротора.Демпферная обмотка — это короткозамкнутые медные стержни, вставленные в торцы полюсов полюсов ротора, когда на обмотку статора подается трехфазный переменный ток, он генерирует вращающееся магнитное поле, и это вращающееся магнитное поле разрезает демпферную обмотку, индуцируется ЭДС. и ток течет через обмотку демпфера, и двигатель запускается.

Запуск от источника постоянного тока:

Его можно запустить, когда он соединен с источником питания постоянного тока или составным двигателем постоянного тока, он вращается с синхронной скоростью, а затем D.Возбуждение C дается, когда есть магнитная блокировка между статором и ротором, источник постоянного тока отключается, когда двигатель начинает работать.

Применение синхронных двигателей:

  1. Синхронные двигатели с избыточным возбуждением могут использоваться для корректировки коэффициента мощности установки.
  2. Они могут использоваться для улучшения регулирования напряжения в линиях электропередачи.
  3. Обычно они имеют низкие скорости вращения менее 300 об / мин, а его коэффициент мощности может быть установлен на единицу и имеет высокий КПД.
  4. Синхронные двигатели могут использоваться в отраслях, где требуются двигатели с постоянной скоростью.

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с законом Ома.

Конструкция и принцип работы синхронного двигателя

Принцип работы синхронного двигателя:

Синхронный двигатель работает по принципу магнитной блокировки. Когда два, в отличие от полюсов, приближаются друг к другу, если магниты сильные, между этими двумя полюсами существует огромная сила притяжения.В таком состоянии два магнита считаются магнитно заблокированными. Если теперь один из двух магнитов вращается, другой также вращается в том же направлении с той же скоростью из-за силы притяжения, то есть из-за состояния магнитной блокировки. Принцип работы схематически показан на рисунке ниже.
Принцип магнитной блокировки

Таким образом, чтобы иметь условие магнитной блокировки, должны существовать два противоположных полюса, а магнитные оси двух должны быть очень близко друг к другу.Давайте посмотрим на применение этого принципа синхронного двигателя .

Рассмотрим трехфазный синхронный двигатель, статор которого намотан на 2 полюса. Два магнитных поля создаются в синхронном двигателе за счет возбуждения как обмоток статора, так и ротора трехфазным переменным током. питания и постоянного тока поставка соответственно. Когда трехфазная обмотка возбуждается трехфазным переменным током. В этом случае поток, создаваемый трехфазной обмоткой, всегда вращающийся.Такой магнитный поток вращается в пространстве со скоростью , синхронная скорость . Это магнитное поле называется вращающимся магнитным полем , , , .

Вращающееся магнитное поле создает эффект, аналогичный физическому вращению магнитов в пространстве с синхронной скоростью. Таким образом, статор синхронного двигателя производит один магнит, который практически вращается в пространстве с синхронной скоростью. Синхронная скорость вращающегося магнитного поля статора зависит от частоты питания и количества полюсов, на которые наматывается обмотка статора.Если частота источника переменного тока равна f Гц, а статор намотан на число полюсов P, то скорость вращающегося магнитного поля является синхронной, определяемой выражением,

Ns = 120f / p об / мин

В этом случае, поскольку статор намотан, скажем, на 2 полюса, с питанием 50 Гц, скорость вращающегося магнитного поля будет 3000 об / мин. Этот эффект аналогичен физическому вращению двух полюсов со скоростью Ns об / мин. Понимая, давайте предположим, что полюса статора — это N1 и S1, которые вращаются со скоростью Ns.

Направление вращения вращающегося магнитного поля говорит по часовой стрелке. Когда обмотка возбуждения на роторе возбуждается источником постоянного тока, она также создает два полюса, предполагая, что конструкция ротора является двухполюсной, выступающего типа. Пусть эти полюса равны N2 и S2.

Теперь один магнит вращается в Ns, имеющем полюса N1 и S1, в то время как в начале ротор неподвижен, то есть второй магнит неподвижен с полюсами N2 и S2. Если каким-то образом разноименные полюса N1 и S2 или S1 и N2 приблизить друг к другу, между полюсами статора и ротора может установиться магнитная блокировка.

Поскольку полюса статора вращаются, магнитный ротор также будет вращаться в том же направлении, что и полюса статора, то есть в направлении вращающегося магнитного поля , с той же скоростью, то есть Ns.

Следовательно, синхронный двигатель вращается с одной и только одной скоростью, то есть , синхронная скорость . Но все зависит от наличия магнитной блокировки между полюсами статора и ротора. На практике полюса статора не могут вывести полюса ротора из их стационарного положения в состояние магнитной блокировки.Следовательно, синхронные двигатели не запускаются автоматически. Давайте подробно рассмотрим причину этого.

Почему синхронный двигатель не запускается автоматически?

Считайте, что вращающееся магнитное поле эквивалентно физическому вращению двух полюсов статора N1 и S1.

Рассмотрим момент, когда два полюса находятся в таком положении, когда магнитная ось статора вертикальна, вдоль A-B, как показано на рисунке ниже (a). В этот момент полюса ротора расположены произвольно, как показано на рисунке ниже.

В этот момент ротор неподвижен и в отличие от полюсов будет пытаться притягиваться друг к другу. Из-за этого на ротор будет действовать мгновенный крутящий момент в направлении против часовой стрелки, как показано на рисунке (а).

(а) Действие синхронного двигателя (б) Действие синхронного двигателя

Теперь полюса статора вращаются очень быстро, т.е. со скоростью Ns об / мин.Из-за инерции, прежде чем ротор с трудом вращается в направлении крутящего момента против часовой стрелки, которому он подвергается, полюса статора меняют свое положение. Рассмотрим момент, равный половине периода, когда полюса статора полностью меняются местами, но из-за инерции ротор не может вращаться из своего исходного положения. Это показано на рисунке (b).

В этот момент из-за того, что разные полюса пытаются притягивать друг друга, на ротор будет действовать крутящий момент по часовой стрелке.Это будет стремиться вращать ротор в направлении вращающегося магнитного поля . Но прежде, чем это произойдет, полюса статора снова меняют свое положение, меняя направление крутящего момента, действующего на ротор.

Примечание : Возникает очевидный вопрос: что произойдет, если случайно положение ротора окажется таким, что противоположные полюса ротора и статора обращены друг к другу? Но из-за большой инерции ротора ротор не может вращаться вместе с полюсами статора.Следовательно, снова создается разница в положении магнитных осей, и на ротор действует реверсивный крутящий момент.

Это связано с тем, что скорость вращения вращающегося магнитного поля настолько высока, что ротор не может повернуть ротор из своего исходного положения из-за инерции ротора. Таким образом, в любом случае, каким бы ни было исходное положение ротора, синхронный двигатель не запускается самостоятельно.

Процедура запуска синхронного двигателя:

Теперь предположим, что ротор вращается внешними средствами со скоростью, почти равной синхронной скорости .И тогда ротор возбуждается, создавая свои полюса. Теперь в определенный момент статор и ротор, в отличие от полюсов, повернутся друг к другу так, что их магнитные оси будут близко друг к другу. Затем сила притяжения между ними приводит их обоих в состояние магнитной блокировки.

Как только магнитная блокировка установлена, полюса ротора и статора продолжают занимать те же относительные положения. Благодаря этому ротор постоянно испытывает однонаправленный крутящий момент в направлении вращающегося магнитного поля.Следовательно, ротор вращается с синхронной скоростью, как утверждается, синхронно с вращающимся Магнитным полем .

Внешнее устройство, используемое для вращения ротора с близкой к синхронной скоростью, может быть удалено после установления синхронизма. Или затем продолжает свое вращение на Ns из-за магнитной блокировки. По этой причине синхронный двигатель работает только с синхронной скоростью и не вращается с какой-либо скоростью, кроме синхронной. Эта операция показана на рисунках (а) и (б) ниже.
Однонаправленный крутящий момент, испытываемый ротором

Необходимо, чтобы обмотка возбуждения, т. Е. Ротор, была возбуждена от источника постоянного тока, чтобы поддерживать магнитную блокировку, пока двигатель работает.

Обязательно к прочтению:

Итак, общую процедуру запуска синхронного двигателя можно сформулировать следующим образом: 1. Подайте трехфазный переменный ток. питание трехфазной обмотки. Это создаст вращающееся магнитное поле , вращающееся с синхронной скоростью Нс r.вечера.

2. Затем приведите ротор в движение каким-либо внешним средством, например, дизельным двигателем, в направлении вращающегося магнитного поля со скоростью, очень близкой или равной синхронной скорости.

3. Включите подачу постоянного тока на ротор, который будет производить полюса ротора. Теперь есть два поля: одно — это вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, а другое — ротором, который физически вращается почти с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле .

4. В определенный момент оба поля магнитно блокируются. Поле статора синхронизирует поле ротора. Затем внешнее устройство, используемое для вращения ротора, может быть удалено. Но ротор будет продолжать вращаться с той же скоростью, что и вращающийся . магнитное поле т.е. Нс из-за магнитной блокировки.

Ключевой момент : Итак, суть обсуждения заключается в том, что для запуска синхронного двигателя необходимо, чтобы какое-то устройство вращало ротор со скоростью, очень близкой или равной скорости синхронной скорости .

Вывод:

Теперь мы обсудили конструкцию и принцип работы синхронного двигателя . Вы можете скачать эту статью в формате pdf, ppt.

Комментарий ниже для любых запросов.

Принцип работы, типы и применение

В электрической машине есть два типа двигателей, которые работают с переменным током (AC), то есть асинхронный двигатель и синхронный двигатель.

Асинхронный двигатель широко известен как асинхронный двигатель.Он также делится на два типа, а именно: однофазный асинхронный двигатель и трехфазный асинхронный двигатель. Синхронный двигатель также имеет два типа: двигатели без возбуждения и двигатели с возбуждением постоянным током (обсуждаются ниже).

В этой статье мы обсудим только синхронный двигатель.

Что такое синхронный двигатель?

Синхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока, в котором скорость ротора такая же, как и у вращающегося поля в машине. Синхронный двигатель работает с синхронной скоростью (т.е.д, Ns = 120f / P). Следует отметить, что синхронный двигатель является трехфазным двигателем, и его частота остается постоянной, благодаря чему достигается синхронизированная скорость (постоянная скорость).

Однако он обычно не используется, поскольку имеет другие свойства, которые не пользуются большим спросом.

Конструкция синхронного двигателя

Синхронный двигатель — это электрическая машина, которая работает с синхронной скоростью (постоянной скоростью) и преобразует электрическую энергию в механическую.В основном это генератор переменного тока, работающий как двигатель. Есть основные части синхронного двигателя (например, генератор переменного тока). Эти две части: —

(i) Статор

Статор представляет собой цилиндрический сердечник, имеющий ряд пазов, в которые вставляется трехфазная обмотка якоря. Каждый зазор или поверхность сердечника изолированы, чтобы предотвратить прохождение вихревых токов. Обмотка якоря статора также получает питание от трехфазного источника питания.

(ii) Ротор

Ротор — вращающаяся часть синхронной машины, проще говоря стержневого типа.Он возбуждается источником постоянного тока. Скорость вращения ротора такая же, как и скорость магнитного поля. В синхронном двигателе ротор можно подразделить на две части: тип с явным полюсом и тип с неявным полюсом. (a) Ротор явнополюсного типа

Здесь возбуждающая катушка соединена последовательно с двумя крыльями скольжения. Выступающие полюса возбуждаются постоянным током для образования альтернативных полюсов N и S. В обмотки подается постоянный ток. Постоянный ток подается от внешнего возбудителя, установленного на валу ротора.Статор намотан таким образом, чтобы количество полюсов было таким же, как и у полюса ротора.

Синхронная скорость двигателя будет зависеть от количества полюсов:

Синхронная скорость, Ns = 120f / P

Где,

  • f = частота питания в Гц
  • P = количество полюсов

Обратите внимание, что синхронный двигатель не запускается автоматически, и поэтому для его запуска необходимы внешние средства.

(b) Ротор с невыпадающими полюсами

Роторы с невыпадающими полюсами имеют цилиндрическую форму с параллельными прорезями, позволяющими размещать обмотки ротора.Для изготовления этого типа ротора используется прочная сталь.

Эквивалентная принципиальная схема

Принцип работы синхронной машины

A Синхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Неподвижная часть — это статор, а вращающаяся часть — это ротор.

Обе стороны «вдвойне взволнованы». Двойное возбуждение означает, что для получения одного механического выхода требуется два электрических входа. Проще говоря, есть два набора входных клемм для механического вывода.

Давайте теперь разберемся с принципом работы трехфазного синхронного двигателя, показанного на рисунке ниже:

  • На рисунке выше показан трехфазный синхронный двигатель с двумя полюсами ротора, а именно NR и SR. Также два полюса, а именно NS и SS, намотаны для статора. Теперь на обмотку ротора подается постоянное напряжение, а на обмотку статора — трехфазное напряжение.
  • После подачи питания обмотка статора создаст вращающееся магнитное поле, которое будет вращаться вокруг части статора с синхронной скоростью i.е, нс (= 120 ф / п). Однако постоянный ток (или ток нулевой частоты), подаваемый в ротор, создает постоянное магнитное поле. Таким образом, в этот момент возникают две ситуации: полюса вращающейся обмотки статора (т. Е. NS — SS) и пара неподвижных полюсов ротора (т. Е. NR — SR).
  • Допустим, отведен статор с трехфазным питанием. Теперь у статора будет вращающееся магнитное поле. При этом ротор находится в стационарном состоянии.
  • На рисунке () Когда полюс статора находится в положениях A и B, ротор будет двигаться против часовой стрелки.Это связано с тем, что в этой точке статор и ротор испытывают один и тот же полюс (т.е. NS и NR встречаются в одной точке), создавая силу отталкивания и, таким образом, заставляя ротор двигаться против часовой стрелки.
  • Через некоторое время полюса в положениях A и B поменяются местами. Теперь, в этот момент, ротор будет стремиться двигаться в том же направлении, что и поле статора (то есть по часовой стрелке). Это связано с тем, что статор и ротор будут испытывать противоположные полюса, таким образом создавая силу притяжения и заставляя ротор двигаться в направлении поля статора.
  • В результате из-за высокой инерции ротора ротор не может двигаться ни по часовой стрелке, ни против часовой стрелки из-за силы отталкивания и силы притяжения. Следовательно, синхронный двигатель не может запуститься сам по себе, потому что в нем не создается самозапускающийся крутящий момент.

Как сделать синхронный двигатель самозапуском?

Мы знаем, что синхронный двигатель не может быть запущен сам по себе. Но можно сделать синхронный двигатель самозапуском, изменив его конструкцию.Теперь для самозапуска синхронного двигателя в роторной части предусмотрена обмотка с короткозамкнутым ротором (также известная как Damper Windig).

При запуске катушки возбуждения ротора не находятся под напряжением. когда на статор подается трехфазный переменный ток, вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, будет индуцироваться в демпферной обмотке (короткозамкнутой клетке), заставляя ротор двигаться так же, как асинхронный двигатель. Это связано с тем, что скорость поля ротора и поля статора будет разной.

Когда ротор достигает синхронной скорости, ротор возбуждается постоянным током. В этот момент противоположная полярность статора и ротора будет иметь магнитное притяжение между ними. Полюса ротора и полюса статора будут заблокированы. Таким образом, делая скорость поля ротора равной скорости поля статора.

Теперь, когда скорость ротора синхронизирована из-за магнитной блокировки, в операции не будет резания магнитного потока. Таким образом, в обмотке демпфера не будет тока.Следовательно, работа с беличьей клеткой в ​​конце концов устраняется.

Примечание: Важно, чтобы возбуждение ротора постоянным током производилось в нужный момент. Вот почему дуга создается с самого начала, чтобы определить, когда должно произойти возбуждение. Возбуждение с одинаковой полярностью может привести к сильному механическому удару.

Типы синхронных двигателей

В зависимости от того, как намагничен ротор, синхронный двигатель можно разделить на два основных типа: двигатели без возбуждения и двигатели с возбуждением постоянным током.

1. Двигатели без возбуждения

В двигателях без возбуждения ротор выполнен из стали с высокой удерживающей способностью, такой как кобальтовая сталь. На синхронной скорости ротор вращается за счет почти постоянного вращающегося магнитного поля. Возможно, его намагничивание нужно производить с помощью внешнего поля статора.

Невозбужденные двигатели бывают трех разных типов, а именно:

(a) Постоянный магнит
(b) Сопротивление и
(c) Модели с гистерезисом

Полную информацию об их трех типах вы можете прочитать здесь.

2. Двигатель с возбуждением от постоянного тока

В двигателе с возбуждением постоянным током питание на обмотку статора подается от внешнего источника постоянного тока. Поле создается в обмотке статора и, таким образом, происходит возбуждение ротора. Этот тип двигателя изготавливается более крупных размеров, мощность которых может превышать одну лошадиную силу или один киловатт.

Почему синхронный двигатель не синхронизирован?

Синхронный двигатель потерял синхронизм из-за некоторых из следующих факторов:

  • Перегрузка двигателя
  • Низкое напряжение питания
  • Низкое напряжение возбуждения

Приложения
  1. Синхронные двигатели используются для улучшения регулирования напряжения в линиях передачи.
  2. Он в основном используется для низких скоростей (<300 об / мин), КПД высокий и может быть отрегулирован до единичного коэффициента мощности.
  3. Он используется для преобразователей электроники большой мощности на очень низких частотах, которые работают на сверхнизкой скорости. Некоторые из примеров — приводные дробилки, шаровые мельницы с регулируемой скоростью и вращающиеся печи.

Преимущества
  • Имеет возможность контролировать коэффициент мощности.
  • Независимо от нагрузки скорость синхронного двигателя остается постоянной.
  • В синхронном двигателе мощность электромагнитного излучения изменяется линейно с напряжением.
  • Синхронные двигатели могут использоваться для повышения коэффициента мощности при несении номинальной нагрузки на электростанции.

Недостатки
  • Синхронные двигатели не запускаются автоматически, поэтому для возбуждения постоянного тока требуется внешний источник.
  • Его крутящий момент равен нулю. Следовательно, не может быть запущен при нагрузке.
  • Его нельзя использовать в приложениях, где требуется частый запуск.
  • Когда нагрузка превышает допустимую, ротор и статор теряют синхронизм, и двигатель резко останавливается.

Введение в синхронный двигатель, принцип работы, типы, конструкция, преимущества и применение

Здравствуйте, друзья, надеюсь, с вами все в порядке. В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим Введение в синхронный двигатель. Двигатели переменного тока — это такие устройства системы электроснабжения, которые преобразуют электрическую энергию в механическую в зависимости от того, является ли входное питание однофазным или трехфазным.Наиболее часто используемые двигатели переменного тока — это асинхронный двигатель и синхронный двигатель.

По конструкции синхронный двигатель сравним с синхронным генератором, любая синхронная машина может работать как синхронный двигатель или генератор. Нормальная мощность этих двигателей составляет от пятидесяти киловатт до одного мегаватта, а их скорость вращения составляет от пятидесяти до восемнадцати сотен оборотов в минуту (об / мин). Основным недостатком этого двигателя является то, что он не запускается автоматически, в то время как асинхронный двигатель самозапускается.В сегодняшнем посте мы рассмотрим его принцип работы, конструкцию, способ запуска и другие связанные термины. Итак, давайте начнем с Введение в синхронный двигатель.

Введение в синхронный двигатель
  • Синхронный двигатель — это такой двигатель, в котором скорость вращения ротора идентична синхронной скорости, синхронная скорость — это скорость вращения магнитного поля, создаваемого на статоре двигателя.
  • Статор двигателя является электромагнитным, который создает поле, когда в статоре подается ток, скорость вращения которого называется синхронной скоростью.
  • Ротор синхронного двигателя ведет себя как постоянный магнит или электромагнит, и его поле взаимодействует с полем статора, а не вращается одновременно с вращением поля статора.
  • Синхронный двигатель также известен как с двойной подачей , потому что его ротор и статор оба подключены к источнику питания входов потока.
  • Обычно используемые двигатели переменного тока — это асинхронные и синхронные двигатели.
  • Основное различие между этими двумя двигателями заключается в том, что синхронный двигатель вращается с постоянной скоростью, которая аналогична скорости вращения поля статора.
  • В асинхронном двигателе требуется скольжение, это означает, что скорость вращения ротора меньше скорости вращающегося поля на статоре.
  • Двигатель с малым номиналом используется в различных часах, магнитофоне, чтобы обеспечить точную скорость для этого устройства.
  • Более крупные двигатели, которые используются в энергосистеме, выполняют две функции: первая — это преобразование электрической энергии в механическую, вторая — эти двигатели регулируют коэффициент мощности системы до единицы или почти до единицы.

Принцип работы синхронного двигателя
  • Для понимания принципа работы синхронного двигателя, возьмем двухполюсный двигатель, показанный на данном рисунке.
  • Как известно, в случае синхронной машины это либо двигатель, либо генератор, ее обмотки возбуждения находятся на роторе, а обмотки якоря — на статоре, но в асинхронных машинах все иначе.
  • Когда на ротор подается ток возбуждения, чем создается поле на роторе.
  • Затем трехфазный источник питания , предусмотренный на статоре, также вырабатывает трехфазный ток на статоре.
  • Из-за 3-фазного тока на статоре создает фазовращающееся поле на статоре B S .
  • Итак, теперь в этом синхронном двигателе есть 2 выхода поля, тогда поле ротора B R будет пытаться следовать за полем статора, как и 2 магнита, которые расположены близко друг к другу, будут пытаться выровняться.
  • Поскольку поле статора B S вращательное, поле ротора пытается непрерывно следовать за полем статора.
  • Если между этими двумя полями имеется большой угол, тогда сила, приложенная к ротору, будет выше, поэтому ротор перемещается, поскольку его поле пытается захватить поле ротора.
  • Главный принцип работы синхронных двигателей заключается в том, что их роторы постоянно пытаются следить за скоростью вращения поля статора таким образом, чтобы двигатель работал.
Эквивалентная схема синхронного двигателя
  • Почти все аспекты синхронного двигателя, такие как конструкция, работа, аналогичны синхронному генератору , но разница в том, что генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а двигатель преобразует электрическую в механическую.
  • Из-за этого направление потока мощности будет противоположным потоку мощности генератора, и ток также будет обратным.
  • Таким образом, эквивалентная схема синхронного двигателя будет аналогична эквивалентной схеме синхронного генератора, но направление потока тока I A будет противоположным направлению потока генератора.
  • Результирующая схема синхронного двигателя показана на данном рисунке.

  • На этом рисунке показана пофазная эквивалентная схема двигателя.

  • Если мы применим KVL (закон напряжения Кирхгофа) к эквивалентной схеме синхронного двигателя, то мы получим эти уравнения.

Vø = E A + jX S I A + R A I A

E A = Vø — jX S I A — R A I A

  • Эти уравнения аналогичны синхронному генератору, но разница в том, что знак другой.
Синхронный двигатель с точки зрения магнитного поля
  • Для дальнейшего понимания работы синхронного двигателя предположим, что синхронный генератор связан с бесконечной шиной (эта шина имеет постоянное значение частоты и напряжения при различных значениях нагрузки, связанной с ней).
  • Первичный двигатель генератора передает крутящий момент на генератор в направлении вращения генератора.
  • Схема синхронных векторов, подключенных к большой энергосистеме (бесконечная шина), показана на данном рисунке.

  • Здесь показан результирующий рисунок поля.

  • Поле ротора B R генерирует внутреннее генерируемое напряжение (E A ), сетевое поле (B net ) генерирует фазное напряжение (V ø ) и поле статора (E S ) создает (E stat = -jXsI A )
  • Из рисунка поля и векторной диаграммы генератора видно, что направление их вращения — против часовой стрелки.
  • Для расчета крутящего момента, индуцированного в генераторе, мы можем использовать приведенное выше значение поля и можем записать уравнение для крутящего момента, индуцированного как.

t ind = kB R x B net

t ind = kB R B net sinδ

  • Если мы наблюдаем рисунок поля, то можем заметить, что направление t ind — по часовой стрелке, противоположное вращению генератора.
  • Можно сказать, что этот индуцированный крутящий момент противодействует силе, приложенной крутящим моментом t app первичным двигателем.

Предположим, что в месте вращения вала в направлении движения первичный двигатель резко снижает мощность и начинает тянуть вал генератора. Что теперь происходит с генератором?

  • Из-за этого скорость вращения ротора будет уменьшаться и отставать от поля генератора. Это показано на данном рисунке.

  • Из-за низкой скорости вращения ротора поле ротора (B R ) также будет уменьшаться и запаздывать, и чистое поле (B net ) из-за этой работы генератора резко меняется.

t ind = kB R x B net

  • Из этого уравнения мы можем видеть, что когда поле ротора (B R ) отстает от чистого поля (B net ), направление индуцированного крутящего момента также изменяется, и оно следует по пути против часовой стрелки.
  • Проще говоря, мы можем сказать, что крутящий момент теперь соответствует траектории вращения, и генератор становится двигателем.
  • Увеличение угла крутящего момента (δ) приводит к созданию более высокого крутящего момента в направлении движения до тех пор, пока, наконец, индуцированный крутящий момент в двигателе не будет аналогичен крутящему моменту нагрузки на его валу.
  • В этот момент генератор работает с синхронной скоростью, но теперь он ведет себя как двигатель.
Кривая V синхронного двигателя
  • Кривая В синхронного двигателя представляет собой графическое представление между током, протекающим через статор, и током возбуждения, протекающим через ротор.
  • На данном рисунке вы можете увидеть график между током якоря Ia и током возбуждения If, и его формы похожи на буквенную «V», поэтому она называется V-кривой.
  • Значение коэффициента мощности P.F можно изменять, изменяя значение тока возбуждения. Как мы уже обсуждали, значение тока якоря зависит от изменения тока возбуждения.
  • Предположим, синхронный двигатель работает без нагрузки. Таким образом, если изменить или увеличить значение тока возбуждения, ток якоря Ia начинает уменьшаться и достигает своего наименьшего значения.
  • На этом этапе фактическое значение мощности двигателя равно «1».

Синхронный двигатель Конструкция
  • Синхронный двигатель состоит из двух основных частей: первая — это вращающаяся часть, называемая ротором, а вторая — статическая часть, известная как статор.
  • Сборка статора асинхронного двигателя аналогично синхронному двигателю.
  • Но разница в конструкции ротора состоит в том, что ротор синхронного двигателя подключен к внешнему источнику возбуждения, а у асинхронного двигателя это питание отсутствует, и он проявляет самозапуск.
  • Статическая часть синхронного двигателя состоит из обмоток, которые размещены в разных пазах статора.
  • Расположение обмоток в этом двигателе аналогично обмоткам статора синхронного генератора.

Разница между синхронным и асинхронным двигателем
Синхронный двигатель Асинхронный двигатель
При подаче питания на статор двигателя он движется с синхронной скоростью. Синхронная скорость — это скорость вращения поля на статоре. Скорость вращения асинхронного двигателя меньше синхронной скорости.
Его ротор подключен к отдельному источнику постоянного тока, который обеспечивает возбуждение ротора для самозапуска. Асинхронный двигатель самозапускающийся, нет необходимости в отдельном источнике постоянного тока.
При начальном процессе работы двигателя скорость вращения ротора должна быть равна синхронной скорости. Если это происходит, то ротор магнитно связан с полюсами, закрепленными на роторе полем, поэтому ротор продолжает свою работу с синхронной скоростью. Нет необходимости в отдельной цепи для запуска двигателя.
Основное различие между асинхронным двигателем и синхронным двигателем заключается в том, что синхронный двигатель требует внешнего источника постоянного тока. Отсутствует источник постоянного тока.
Контактные кольца и угольные щетки соединены с синхронным двигателем. Нет необходимости в контактных кольцах и угольных щетках, что упрощает конструкцию.
Этому двигателю требуется специальная цепь для вращения ротора с синхронной скоростью. Никаких специальных схем не требуется.
Значение коэффициента мощности синхронного двигателя может быть запаздывающим, единичным или опережающим Из-за индуктивной нагрузки всегда работает с отстающим коэффициентом мощности
КПД этих двигателей выше, чем у асинхронных двигателей. Его КПД меньше, чем у синхронного двигателя.
Его цена тоже выше. Он дешевле.
Приложения для синхронных двигателей
  • Здесь упоминаются некоторые применения синхронного двигателя.
  • Основное назначение установки в различных энергосистемах — поддержание коэффициента мощности.
  • Эти двигатели также используются в системах регулирования напряжения.
  • Используется в таких системах, где работают меньшие скорости и более высокие нагрузки.
  • Компрессоры в основном состоят из синхронного двигателя.
  • Кривошипы, шлифовальные машины или там, где работает мощная нагрузка, где используются эти двигатели.
Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем
  • Это некоторые различия между синхронным и асинхронным двигателем.
Синхронный двигатель Асинхронный двигатель
В этом типе двигателя скорость входного питания статора равна скорости вращения ротора. Скорость вращения ротора меньше скорости вращения поля у статора.
Двигатель с гистерезисом, реактивный двигатель, бесщеточный двигатель — это синхронные двигатели. Асинхронный двигатель известен как асинхронный двигатель.
Пробуксовка для этих моторов равна нулю. в этом двигателе скольжение имеет некоторое значение.
Для запуска нужен отдельный источник. Этот мотор не имеет отдельного источника.
Контактные кольца и угольные щетки соединены с синхронным двигателем. Нет необходимости в контактных кольцах и угольных щетках, что упрощает конструкцию.
также потребовались контактные кольца и угольные щетки. Контактное кольцо и угольные щетки для этого двигателя не требуются.
Дороже асинхронного двигателя. Он дешевле.
Его КПД высокий. Его КПД меньше, чем у синхронного двигателя.
Его мощность может варьироваться в зависимости от подключенной нагрузки. Он всегда работает с индуктивным коэффициентом мощности.
Его скорость остается постоянной независимо от изменения нагрузки. Его скорость уменьшается с увеличением нагрузки.
Это не самозапускаемый двигатель Это двигатель с автоматическим запуском.
Изменение приложенного напряжения не влияет на крутящий момент двигателя. Изменение приложенного напряжения также влияет на крутящий момент двигателя.
Номинальные параметры синхронного двигателя
  • Поскольку физическая структура синхронного двигателя аналогична синхронному генератору, их номинальные характеристики также будут аналогичными.
  • Основное отличие состоит в том, что внутренне генерируемое высокое значение напряжения обеспечивает опережающий коэффициент мощности вместо запаздывания, поэтому эффект экстремального значения If обозначается как номинальное значение ведущего коэффициента мощности.
  • Поскольку мощность двигателя механическая, мощность двигателя будет в л.с., а не в кВт. На данном рисунке показан номинал большого двигателя.

  • Важно то, что синхронные двигатели малых номиналов также имеют коэффициент эксплуатации, указанный на паспортной табличке.
  • Проще говоря, синхронный двигатель более предпочтителен для применений с меньшей скоростью и большей мощностью, чем асинхронный двигатель, поэтому эти двигатели обычно используются для таких приложений, где работают высокие нагрузки.
Синхронный двигатель Преимущество
  • Это некоторые преимущества синхронного двигателя .
  • Основным преимуществом этого двигателя является то, что он поддерживает коэффициент мощности системы.
  • Его скорость всегда остается постоянной при увеличении или уменьшении нагрузки, что делает его наиболее эффективным для промышленного использования.
  • Эти двигатели обеспечивают механическую стабильность, чем асинхронные двигатели, благодаря большему воздушному зазору.
  • Его мощность линейно зависит от напряжения.
  • Его КПД выше, чем у асинхронного двигателя почти на девяносто процентов.
Недостатки синхронного двигателя
  • Помимо преимуществ и преимуществ, этот двигатель также имеет некоторые недостатки, которые описаны здесь.
  • Синхронный двигатель не самовозбуждается, поэтому для этого процесса требуется специальный источник постоянного тока.
  • Это тоже не самозапуск, нужны специальные приспособления для самозапуска.
  • Его цена за киловатт-час больше, чем у асинхронного двигателя.
  • Из-за наличия токосъемника и угольных щеток цена выше.

Это все о синхронном двигателе, почти все, что связано с синхронным двигателем, упоминается в этом руководстве. Если у вас есть какие-либо вопросы, задавайте их в комментариях. увидимся в следующем учебном пособии Кривая характеристики крутящего момента-скорости синхронного двигателя.

Автор: Генри
http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Сообщение навигации

Принцип работы синхронного двигателя

внимание, Звездная публика номер , Не пропустите отличный контент

Автор : StrongHuang

Синхронные двигатели широко используются в промышленности.Сегодня я расскажу вам о принципе работы синхронных двигателей в сочетании с картинками и текстами (с видео).

1. Классификация двигателя

Есть много типов двигателей. Прежде чем говорить о синхронных двигателях, поговорим о классификации двигателей:

(Сеть источника изображения)

2. Введение в синхронный двигатель

Синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, который генерирует крутящий момент за счет взаимодействия между магнитным полем возбуждения и вращающимся магнитным полем якоря и вращается с синхронной скоростью.

Скорость вращения его ротора такая же, как и скорость вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, поэтому он называется синхронным двигателем.

Как синхронные, так и асинхронные двигатели являются обычно используемыми двигателями переменного тока, и обмотки статора одинаковы. От асинхронного двигателя отличается от Скорость асинхронного двигателя зависит от крутящего момента, действующего на него, синхронный двигатель имеет характеристики крутящего момента постоянной скорости

Синхронный двигатель — это высокоэффективный высокоточный двигатель с более высоким КПД (коэффициент электромеханического преобразования энергии), чем аналогичные двигатели, и его КПД между 90-92%

Три, принцип действия

Принцип работы синхронного электрического поля: RMF (вращающееся магнитное поле) взаимодействие вращающегося магнитного поля.

Характеристика постоянной скорости достигается за счет взаимодействия постоянного магнитного поля и вращающегося магнитного поля. Ротор синхронного двигателя создает постоянное магнитное поле, а статор — вращающееся магнитное поле

1. Статор: Вращающееся магнитное поле

Катушка возбуждения статора возбуждается трехфазным источником переменного тока. Это создает вращающееся магнитное поле (RMF), вращающееся с синхронной скоростью.

2. Ротор: Постоянное магнитное поле

Ротор возбуждается источником питания постоянного тока, и магнитное поле, создаваемое возбуждением постоянным током вокруг катушки ротора, показано на рисунке ниже.

3. Синхронная скорость

Между частотой вращения ротора и частотой сети существует постоянная зависимость: n = 60f / p

Где f — частота сети, p — количество пар полюсов двигателя, а n называется синхронной скоростью.Если частота электросети не меняется, скорость синхронного двигателя в установившемся режиме остается постоянной независимо от размера нагрузки.

4. Почему синхронный двигатель не запускается автоматически?

Если ротор изначально не вращается, северный полюс ротора, очевидно, будет притягиваться южным полюсом RMF и начнет двигаться в том же направлении. Но поскольку ротор обладает определенной инерцией, стартовая скорость будет очень низкой.В это время Южный полюс RMF будет заменен Северным полюсом.

5. Самозапуск синхронного двигателя: с демпферной обмоткой

Для автоматического запуска синхронного двигателя используется короткозамкнутый ротор. Их еще называют демпферными обмотками.

При запуске ротора катушка магнитного поля не находится под напряжением, поэтому вращающееся магнитное поле индуцирует электричество в короткозамкнутой клетке, и ротор начинает вращаться, точно так же, как начинает вращаться асинхронный двигатель.Когда ротор достигает максимальной скорости, на катушку возбуждения ротора подается напряжение.

Следовательно, как упоминалось ранее, магнитные полюса ротора заблокированы с магнитными полюсами RMF и начинают вращаться с синхронной скоростью. Когда ротор вращается с синхронной скоростью, относительное движение между беличьей клеткой и RMF равно нулю.

6. Синхронный двигатель не синхронизирован

Синхронные двигатели будут обеспечивать постоянную скорость независимо от нагрузки только тогда, когда нагрузка находится в пределах мощности двигателя.Если внешняя нагрузка крутящего момента больше крутящего момента, создаваемого двигателем, он потеряет синхронизацию и остановится.

В то же время слишком низкое напряжение источника питания и напряжение возбуждения — еще одна причина потери синхронизации.

7. Принципиальное видео синхронного двигателя

Четыре, прочие

1. Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем в конструкции

Самая большая разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем заключается в том, соответствует ли скорость их ротора вращающемуся магнитному полю статора.Скорость ротора двигателя такая же, как у вращающегося магнитного поля статора, который называется синхронным двигателем, и наоборот, он называется асинхронным двигателем.

Кроме того, обмотки статора синхронных двигателей и асинхронных двигателей одинаковы, разница заключается в конструкции ротора двигателя. Ротор асинхронного двигателя представляет собой обмотку короткого замыкания, которая генерирует ток за счет электромагнитной индукции. Конструкция ротора синхронного двигателя относительно сложна, с обмотками возбуждения постоянного тока, поэтому для подачи тока через контактное кольцо требуется внешний источник питания возбуждения; поэтому конструкция синхронного двигателя относительно сложна, а стоимость и стоимость обслуживания относительно высоки.

2. Ссылочный URL

https://www.learnengineering.org/working-of-synchronous-motor.html

https://baike.baidu.com/item/synchronous motor / 3468433? Fr = aladdin

(публичный аккаунт не поддерживает внешние ссылки, скопируйте ссылку в браузер, чтобы открыть)

Рекомендуемая литература:

Разница между #include с использованием «» и <>?

Как компилятор ARM выполняет операции компиляции и компоновки

Почему старый редактор Vim так «сложен в использовании», но так популярен?

ВниманиеWeChat публичная учетная запись «StrongHuang», закулисный ответ « 1024 » Просмотрите больше контента, ответьте «добавить группу», чтобы присоединиться к группе технического обмена в соответствии с правилами.

Пресс Зайти в официальный аккаунт на картинке Внимание

(PDF) Управление асинхронными двигателями с использованием ПЛК

JITA 2 (2012) 2: 95-102 М. Займович, Х. Салкич, С. Станич:

Поле, через которое проходит электричество. Тогда

— это сила, действующая на проводник, которая стремится вывести проводник

из магнитного поля.В режиме двигателя

магнитное поле и проводник с электричеством

генерируют движение (рисунок 2).

Магнитное поле двигателя А создает статическую часть

(статор), а электромагнитная сила, действующая на

проводников, действует на подвижную часть машины

(ротор). Трехфазные двигатели

можно разделить на две основные группы: асинхронные и синхронные двигатели

тор. Статоры обоих двигателей похожи, но конструкция

и движение ротора по отношению к магнитному полю

различаются.В синхронных двигателях частота вращения ротора

уступает скорости вращения поля

, в то время как в асинхронных двигателях частота вращения

отличается от скорости вращения ротора.

асинхронные двигатели

Асинхронные двигатели являются наиболее часто используемыми двигателями

и практически не нуждаются в обслуживании. С механической точки зрения, эти двигатели

являются стандартными, так что совместимые распределители

всегда рядом. Существует несколько типов асинхронных двигателей

, но принцип работы на всех

одинаковый.Две основные части асинхронного двигателя

— это статор (статическая часть) и ротор (подвижная часть

). Статор — статическая часть двигателя. Он

состоит из корпуса (1), подшипника (2), на котором установлен торрор

(9), боковых панелей, вентилятора (4), который находится на конце корпуса

и используется для охлаждения двигатель

и защитный колпачок (5), используемые в качестве защиты от вентилятора

. Клеммная коробка (6) размещается и монтируется на корпусе статора.В корпусе статора находится магнитопровод

(7), сделанный из тонких (0,3 — 0,5 мм) листов железа

. Эти листы содержат пазы, в которых размещены три фазных катушки

.

Рисунок 3. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ

Фазовые катушки и сердечник статора создают магнитный поток.

Число парных полюсов определяет скорость вращения

магнитного поля. Когда двигатель подключен к номинальной частоте, это означает, что скорость

магнитного поля называется синхронной скоростью двигателя

(n0), а в Таблице 1 —

.

Показано соединение между парами полюсов (p) и скоростью (n0)

.

Магнитное поле. Магнитное поле вращается в воздушном пространстве

между статором и ротором. Магнитное поле

индуцируется после подключения фазной катушки

к источнику питания. Положение этого магнитного поля относительно статора фиксировано, но меняет направление.

Скорость, с которой изменяется направление, определяется

промышленной частотой двигателя. При рабочей частоте сети

50 Гц поле меняет направление

50 раз в секунду.Если двухфазная катушка

подключена к соответствующему источнику питания, индукция двух магнитных полей

произойдет немедленно. В двигателе

с двумя полюсами между двумя полюсами существует движение на 120 градусов

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.