Синхронный двигатель принцип работы и устройство: Синхронный двигатель. Пуск синхронного двигателя. — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

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.

Синхронный двигатель | Промышленная автоматика, оборудование и запчасти

В нашем каталоге вы можете заказать синхронные двигатели производства ведущих западных фирм, таких как: Kollmorgen, Servostar, ATB, Electro ADDA, Phyton и другие.

Синхронным называют электрический двигатель, магнитное поле ротора в котором совпадает с магнитным полем статора, или частота вращения ротора совпадает с частотой магнитного поля индуктора.
Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимодействии магнитных полей якоря и индуктора. Как правило якорь располагается на статоре, а индуктор соответственно на роторе. В особо мощных двигателях в роли полюсов выступают электромагниты, тогда как в слабомощных устанавливаются постоянные магниты.

Следует заметить, что применяется так же и обращённая конструкция синхронного двигателя, когда якорь располагается на роторе, а индуктор на статоре. Однако такие конструкции применялись в основном в устаревших двигателях, но существуют и конфигурации современных криогенных синхронных машин, на которых в обмотках возбуждения используют сверхпроводники.
Для запуска синхронного двигателя необходимо разогнать его до частоты, сравнимой с частотой вращения магнитного поля. При таких условиях вращающееся поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора и входит с ним в синхронизм.

Для разгона синхронных двигателей чаще всего используют асинхронный режим, в котором обмотки индуктора замыкаются накоротко или через реостат. Для этого на роторе делают коротко замкнутую обмотку, которая выполняет также и роль успокоительной обмотки, которая помогает устранить раскачивание ротора в процессе синхронизации. После выхода на близкую к номинальной скорость индуктор запитывается постоянным током.
В синхронных двигателях на постоянных магнитах для разгона используют внешний двигатель.
На валу часто устанавливают генератор постоянного тока, питающий электромагниты.

При изменении возбуждения синхронные двигатели меняют импеданс с ёмкостного на индуктивный. Перевозбужденные двигатели на холостом ходу находят своё применение для компенсации реактивной мощности. В промышленности синхронные двигатели чаще всего применяются при единичных мощностях больше 300 кВт.

устройство и принцип работы. Синхронный и асинхронный двигатель

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 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.

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:

самая высокая надежность;
самый большой ;
простота обслуживания.

Асинхронный двигатель

Данный вид устройста представляет механизм, направленный на трансформацию электрической энергии 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 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.

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

В основу работы любых электродвигателей положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо индуктора (для движков постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо якоря (для движков постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока нередко используются постоянные магниты.

Все двигатели, грубо говоря можно поделить на два вида:
двигатели постоянного тока
двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Колекторные — электрическое устройство, в котором датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Бесколекторные — замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант в сравнение с колекторными двигателями.

Двигатели переменного тока

По типу работы данные двигатели делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Принципное отличие заключается в том, что в синхронных машинах 1-ая гармоника магнитодвижущей силы статора перемещается со скоростью вращения ротора (по этому сам ротор крутится со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — есть и остается разница меж скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле крутится быстрее ротора).

Синхронный — двигатель переменного тока, ротор которого крутится синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти движки традиционно применяются при огромных мощностях (от сотен киловатт и выше).
Есть синхронные двигатели с дискретным угловым движением ротора — шаговые двигатели. У них данное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение исполняется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие обмотки двигателя.
Ещё один вид синхронных движков — вентильный реактивный эл-двигатель, питание обмоток которого складывается с помощью полупроводниковых элементов.

Асинхронный — двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора различается от частоты крутящего магнитного поля, творимого питающим напряжением, второе название асинхронных машин — индукционные обосновано тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вертящимся полем статора. Асинхронные машины сейчас оформляют огромную часть электрических машин. В главном они используются в виде электродвигателей и считаются ключевыми преобразователями электрической энергии в механическую, причём в основном используются асинхронные движки с короткозамкнутым ротором

По количеству фаз двигатели бывают:

однофазные
двухфазные
трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток. Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Ротор такового мотора, как и любого иного асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором, являет из себя цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с сразу отлитыми вентиляционными лопастями.
Таковой ротор именуется короткозамкнутым ротором. Однофазовые движки используются в маломощных устройствах, в том числе комнатные вентиляторы либо маленькие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазные асинхронные движки более эффективны при работе от однофазовой сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, находящиеся перпендикулярно, при этом одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так выходит крутящееся магнитное поле, а вот без конденсатора ротор бы не двинулся с места.

Данные двигатели помимо прочего имеют короткозамкнутый ротор, а их использование еще обширнее, нежели у однофазовых. Тут уже и стиральные машинки, и разные станки. Двухфазные движки для питания от однофазовых сетей называют конденсаторными двигателями, потому что фазосдвигающий конденсатор считается часто обязательной их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Обмотки статора трехфазного мотора возможно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», при этом для питания мотора по схеме «звезда» потребуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на движке, потому, указываются 2 напряжения, к примеру: 127/220 либо 220/380. Трехфазные движки незаменимы для приведения в действие разных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.п.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Трехфазный асинхронный движок с фазным ротором имеет статор подобный описанным выше типам движков, шихтованный магнитопровод с 3-мя уложенными в его пазы обмотками, но в фазный ротор не залиты дюралевые стержни, а уложена уже настоящая трехфазная обмотка, в соединении «звезда». Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически отделенных от него.

Посредством щеток, на кольца помимо прочего подается трехфазное переменное напряжение, и включение может быть осуществлено как впрямую, так и через реостаты. Непременно, движки с фазным ротором стоят подороже, хотя их пусковой момент под нагрузкой значительно повыше, нежели у типов движков с короткозамкнутым ротором. Именно в следствие завышенной силы и огромного пускового момента, данный вид движков отыскал использование в приводах лифтов и подъемных кранов, другими словами там, где прибор запускается под нагрузкой а не в холостую, как у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Двигатели постоянного тока

По неким мнениям данный двигатель возможно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простой движок, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), 1-го электромагнита с очевидно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с 2-мя пластинами (ламелями) и 2-мя щётками.
Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Двигатели переменного тока

По количеству фаз двигатели бывают:

однофазные
двухфазные
трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток.

Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель имеет на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые сравнительно друг друга так, что при подключении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве сравнительно друг дружку на 120 градусов. При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Прежде чем разобраться, в чём их отличие, необходимо выяснить, что такое электродвигатель? Электродвигатель – это электрическая машина, которая приводится в действие от электроэнергии и служит приводом для других механизмов.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Итак, примитивный синхронный электродвигатель работает, когда на рамку подаётся ток. У настоящего синхронного электродвигателя, роль рамки выполняет ротор с катушками проводов, называемых обмотками, на которые подаётся ток (они служат источниками электромагнитного поля). А роль подковообразного магнита выполняет статор, изготовленный либо из набора постоянных магнитов, либо тоже из катушек проводов (обмоток), которые, при подаче тока являются также источниками электромагнитного поля.

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.

Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»

Вспоминаем описание рисунка в предыдущем примере. Та же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только её концы не имеют полуколец, они соединены между собой.

Теперь начинаем вращать вокруг рамки подковообразный магнит. Вращаем его медленно и наблюдаем за поведением рамки. До некоторых пор рамка остаётся неподвижной, а потом, при повороте магнита на определённый угол, рамка начинает вращение вслед за магнитом. Вращение рамки запаздывает по сравнению со скоростью вращения магнита, т.е. она вращается не синхронно с ним – асинхронно. Вот и получается, что это примитивный асинхронный электродвигатель.

Вообще-то роль магнитов в настоящем асинхронном двигателе служат обмотки, расположенные в пазах статора, на которые подаётся ток. А роль рамки, выполняет ротор, в пазы которого вставлены металлические пластины, соединённые между собой на коротко. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

В чём же отличия синхронного и асинхронного электродвигателей?

Если поставить рядом два современных электродвигателя одного и другого типа, то по внешним признакам их отличить трудно даже специалисту.

По существу, их главное отличие рассмотрено в приведённых примерах принципов работы этих электродвигателей. Они отличаются по конструкции роторов . Ротор синхронного электродвигателя состоит из обмоток, а ротор асинхронного представляет собой набор пластин.

Статоры одного и другого электродвигателей почти неотличимы и представляют собой набор обмоток, однако, статор синхронного электродвигателя может быть набран из постоянных магнитов.

Обороты синхронного двигателя соответствуют частоте подаваемого на него тока, а обороты асинхронного несколько отстают от частоты тока.

Отличаются они и по сферам применения . Например, синхронные электродвигатели ставят для привода оборудования, которое работает с постоянной скоростью вращения (насосы, компрессоры и т.д.) не снижая её с увеличением нагрузки. А вот асинхронные электродвигатели снижают частоту вращения при увеличении нагрузки.

Синхронные электродвигатели конструктивно сложней, а значит, и дороже асинхронных электродвигателей.

Устройство и принцип работы электродвигателя

Электродвигатель – это электротехническое устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Содержание статьи

Как работает электродвигатель
Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.
Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться.
В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.
На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.
В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.
В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.
В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.
Виды электродвигателей
Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:
Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.
По принципу работы:
Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.
Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .
Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.
Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.
Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.
Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.
Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.
Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.
Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.
Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.
Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться постоянной частоты вращения вала.
Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока
Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).
Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.
В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.
Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:
Износ щетокили их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
Загрязнение коллектора.Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
Износ подшипников.
Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.
Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.
Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.
Самое главное о синхронных двигателях Я постарался изложить, более подробно Вы можете прочитать на них на Википедии.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
12. Электрические машины переменного тока

12.6. Синхронные двигатели.

Конструкция, принцип действия
     В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя
постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры, вентиляторы).
   В статоре синхронного электродвигателя размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор.
   Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На рис. 12.10а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2. На рисунке 12.10б изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.
Рис. 12.10
   Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя на модели (рис. 12.11).
Рис. 12.11
Вращающееся магнитное поле статора представим в виде магнита 1. Намагниченный ротор изобразим в виде магнита 2. Повернем магнит 1 на угол α. Северный магнитный полюс магнита 1 притянет южный полюс магнита 2, а южный полюс магнита 1 — северный полюс магнита 2. Магнит 2 повернется на такой же угол α. Будем вращать магнит 1. Магнит 2 будет вращаться вместе с магнитом 1, причем частоты вращения обоих магнитов будут одинаковыми, синхронными,
n₂ = n₁.
   Синхронный двигатель, на роторе которого отсутствует обмотка возбуждения, называется синхронным реактивным двигателем.
   Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается из ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Вращающееся магнитное поле статора намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям полюса. Силовые линии магнитного поля статора изгибаются, стремясь пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие упругих свойств силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно с полем статора.
   Если к вращающемуся ротору приложить тормозной момент, ось магнитного поля ротора повернется на угол θ относительно оси магнитного поля статора.
   С увеличением нагрузки этот угол возрастает. Если нагрузка превысит некоторое допустимое значение, двигатель остановится, выпадет из синхронизма.
   У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и развить необходимое число оборотов.
   В настоящее время применяется асинхронный пуск синхронного двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.
   Вращающее магнитное поле статора индуктирует в короткозамкнутой пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем статора образуется асинхронный электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения статорного поля, двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю.
Принцип работы синхронного двигателя
Статор и ротор являются двумя основными частями синхронного двигателя. Статор — это неподвижная часть двигателя, а ротор — их вращающаяся часть. Статор возбуждается трехфазным источником питания, а ротор возбуждается источником постоянного тока.
Термин «возбуждение» означает индукцию магнитного поля в статоре и роторе двигателя. Основная цель возбуждения — преобразовать статор и ротор в электромагнит.
Трехфазное питание индуцирует северный и южный полюса статора. Трехфазное питание синусоидальное. Полярность (положительная и отрицательная) их волны меняется после каждого полупериода, и по этой причине северный и южный полюсы также меняются. Таким образом, можно сказать, что на статоре возникает вращающееся магнитное поле.
Магнитное поле возникает на роторе из-за источника постоянного тока. Полярность источника постоянного тока становится фиксированной , и, таким образом, на роторе возникает стационарное магнитное поле. Термин «стационарный» означает, что их северный и южный полюсы остаются неизменными.
Скорость вращения вращающегося магнитного поля известна как синхронная скорость . Синхронная скорость двигателя зависит от частоты источника питания и количества полюсов двигателя.
N _S = 120f / P
Когда противоположные полюсы статора и ротора обращены друг к другу, между ними возникает сила притяжения. Сила притяжения развивает крутящий момент против часовой стрелки.Крутящий момент — это сила, которая перемещает объект во вращение. Таким образом, полюса ротора тянулись к полюсам статора.
После каждого полупериода полюс статора меняется на противоположное. Положение ротора остается неизменным из-за инерции. Инерция — это тенденция объекта оставаться в одном положении.
Когда одинаковые полюса статора и ротора обращены друг к другу, между ними возникает сила отталкивания и крутящий момент развивается по часовой стрелке.
Давайте разберемся в этом с помощью схемы. Для простоты рассмотрим, что у двигателя два полюса. На рисунке ниже противоположные полюсы статора и ротора обращены друг к другу. Так между ними возникает сила притяжения.
После полупериода полюса статора меняются местами. Одинаковые полюса статора и ротора обращены друг к другу, и между ними возникает сила отталкивания.
Неоднонаправленный крутящий момент вызывает пульсацию ротора только в одном месте, и по этой причине синхронный двигатель не запускается автоматически.
Для запуска двигателя ротор вращается с помощью внешних средств. Таким образом, полярность ротора также изменилась вместе со статором. Полюса статора и ротора блокируют друг друга, и в двигателе возникает однонаправленный крутящий момент. Ротор начинает вращаться со скоростью вращающегося магнитного поля, или, можно сказать, с синхронной скоростью.
Скорость двигателя фиксированная, и двигатель постоянно вращается с синхронной скоростью.
Принцип работы синхронного двигателя
Электродвигатель — это электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.
В зависимости от типа подключения электродвигатели обычно делятся на два типа: однофазный двигатель и трехфазный двигатель.
Синхронный двигатель — это трехфазный двигатель, очень похожий на трехфазный генератор переменного тока.
Трехфазный синхронный двигатель и трехфазный асинхронный двигатель являются наиболее широко используемыми двигателями переменного тока.
Синхронный двигатель также называют двигателем с двойным возбуждением.
Синхронный двигатель состоит из двух частей:
Статор : Статор является обмоткой якоря.Он состоит из трехфазной обмотки, соединенной звездой или треугольником, и возбуждается трехфазным питанием переменного тока.
Ротор: Ротор — обмотка возбуждения. Обмотка возбуждения возбуждается отдельным источником постоянного тока через контактное кольцо.
Конструкция ротора может быть явнополюсного (выступающий полюс) и невыпадающего полюса (цилиндрический полюс).
Принцип работы синхронного двигателя
Синхронный двигатель работает по принципу магнитной блокировки .
Когда два сильно различающихся полюса магнитов соединяются вместе, между этими двумя полюсами возникает огромная сила извлечения. В таком состоянии два магнита называются магнитно заблокированными .
Если теперь вращать один из двух магнитов, другие магниты также вращаются в том же направлении с той же скоростью из-за сильной силы притяжения.
Это явление называется магнитной блокировкой
Для условий магнитной блокировки должны быть два противоположных полюса, и магнитные оси этих двух полюсов должны быть очень близко друг к другу.
Рассмотрим синхронный двигатель, статор которого намотан на 2 полюса.
Обмотка статора возбуждается трехфазным питанием переменного тока, а обмотка ротора — постоянным током соответственно. Таким образом, в синхронном двигателе создаются два магнитных поля.
Когда трехфазная обмотка питается от трехфазного переменного тока, создается вращающееся магнитное поле или магнитный поток.
Это магнитное поле или магнитный поток вращается в пространстве со скоростью, называемой синхронной скоростью.
Вращающееся магнитное поле или вращающийся поток имеет фиксированное соотношение между числом полюсов, частотой переменного тока и скоростью вращения.
Вращающееся магнитное поле создает эффект, подобный физическому вращению магнитов в пространстве с синхронной скоростью.
Итак, для вращающегося магнитного поля

Где f = частота питания
P = количество полюсов
Действие синхронного двигателя
Предположим, что полюса статора N ₁ и S ₁ , которые вращаются со скоростью Н, _с , а направление вращения — по часовой стрелке.
Когда обмотка возбуждения на роторе возбуждается источником постоянного тока, она создает два неподвижных полюса, то есть N ₂ и S _{2 .}
Чтобы установить магнитную блокировку между полюсами статора и ротора, в отличие от полюсов N1 и S2 или N2 и S1 следует приблизить друг к другу.
Поскольку полюса статора вращаются и из-за магнитной блокировки полюса ротора будут вращаться в том же направлении вращающегося магнитного поля, что и полюса статора, с той же скоростью Н _с .
Следовательно, синхронный двигатель вращается только с одной скоростью, которая равна , синхронная скорость .
Синхронная скорость зависит от частоты, поэтому при постоянной частоте питания скорость синхронного двигателя будет постоянной независимо от изменения нагрузки.
Характеристики синхронного двигателя
Он работает либо с синхронной скоростью, либо совсем не работает. То есть при беге поддерживает постоянную скорость. Скорость не зависит от нагрузки.
Он не запускается автоматически. Он должен каким-то образом работать с синхронной скоростью, прежде чем его можно будет синхронизировать с питанием.
Может работать в широком диапазоне коэффициентов мощности как с отставанием, так и с опережением.
Он остановится, если во время работы противодействующий крутящий момент превысит максимальный крутящий момент, который может развить машина.
Скорость синхронного двигателя может регулироваться инверторными блоками.
Применение синхронного двигателя.
Синхронный двигатель находит различное применение для следующих услуг:
Коррекция коэффициента мощности
Регулировка напряжения
Постоянная скорость, Приводы постоянной нагрузки
Коррекция коэффициента мощности
Синхронный двигатель с избыточным возбуждением, имеющий ведущий коэффициент мощности, являются широко используется для повышения коэффициента мощности в тех энергосистемах, в которых используется большое количество асинхронных двигателей.
Синхронный двигатель с пониженным коэффициентом мощности с пониженным коэффициентом мощности, находящийся под возбуждением, нашел применение при сварке люминесцентным светом и т. Д.
Регулирование напряжения
Напряжение на длинных линиях передачи сильно меняется при наличии большой индуктивной нагрузки.
Когда напряжение в сети уменьшается из-за индуктивной нагрузки, возбуждение двигателя увеличивается, тем самым повышая его коэффициент мощности, который компенсирует падение напряжения в сети.
Если линейное напряжение повышается из-за емкостного эффекта линии, возбуждение двигателя уменьшается, что приводит к отставанию его коэффициента мощности, что помогает поддерживать линейное напряжение на его нормальном значении.
Приложение постоянной скорости
Благодаря своему высокому КПД и высокоскоростному синхронному двигателю они хорошо подходят для нагрузок, где требуется постоянная скорость, таких как центробежный насос, воздуходувки, линейный вал, бумажные фабрики и т. Д.
сообщить об этом объявлении
Синхронный двигатель — строительство и работа
Синхронный двигатель и асинхронный двигатель — наиболее широко используемые типы двигателей переменного тока. Конструкция синхронного двигателя аналогична генератору переменного тока.Та же самая синхронная машина может использоваться как синхронный двигатель или как генератор переменного тока. Синхронные двигатели доступны в широком диапазоне, обычно мощностью от 150 кВт до 15 МВт со скоростью от 150 до 1800 об / мин.
Конструкция синхронного двигателя
Конструкция синхронного двигателя (с явнополюсным ротором) показана на рисунке слева. Как и любой другой двигатель, он состоит из статора и ротора. Сердечник статора изготовлен из тонкой кремниевой пластинки и изолирован поверхностным покрытием, чтобы минимизировать потери на вихревые токи и гистерезис.Внутри статора имеются осевые пазы, в которых размещена трехфазная обмотка статора. Статор намотан трехфазной обмоткой на определенное количество полюсов, равное полюсам ротора.
Ротор в синхронных двигателях в основном является явнополюсным. Питание постоянного тока на обмотку ротора подается через контактные кольца. Постоянный ток возбуждает обмотку ротора и создает электромагнитные полюса. В некоторых случаях также можно использовать постоянные магниты. На рисунке выше очень кратко показана конструкция синхронного двигателя .
Работа синхронного двигателя
Статор намотан на такое же количество полюсов, что и ротор, и питается от трехфазного источника переменного тока. Трехфазный источник переменного тока создает вращающееся магнитное поле в статоре. Обмотка ротора питается от источника постоянного тока, который намагничивает ротор. Рассмотрим двухполюсную синхронную машину , как показано на рисунке ниже.
Теперь полюса статора вращаются с синхронной скоростью (скажем, по часовой стрелке). Если положение ротора таково, что полюс N ротора находится рядом с полюсом N статора (как показано на первой схеме на рисунке выше), то полюса статора и ротора будут отталкиваться друг от друга, и создаваемый крутящий момент будет против часовой стрелки .
Полюса статора вращаются с синхронной скоростью, они вращаются очень быстро и меняют свое положение. Но очень скоро ротор не сможет вращаться на тот же угол (из-за инерции), и следующая позиция, вероятно, будет второй схемой на приведенном выше рисунке. В этом случае полюса статора будут притягивать полюса ротора, и крутящий момент будет по часовой стрелке.
Следовательно, на ротор будет действовать быстро меняющийся крутящий момент, и двигатель не запустится.
Но если ротор вращается до синхронной скорости статора с помощью внешней силы (в направлении вращающегося поля статора), и поле ротора возбуждается около синхронной скорости, полюса статора будут продолжать притягиваться. противоположные полюса ротора (поскольку ротор теперь также вращается вместе с ним, и положение полюсов будет одинаковым на протяжении всего цикла). Теперь ротор будет испытывать однонаправленный крутящий момент. Противоположные полюса статора и ротора заблокируются друг с другом, и ротор будет вращаться с синхронной скоростью.
Характерные особенности синхронного двигателя
Синхронный двигатель будет работать либо с синхронной скоростью, либо не будет работать вообще.
Единственный способ изменить его скорость — это изменить его частоту питания. (Поскольку Ns = 120f / P)
Синхронные двигатели не запускаются автоматически. Им нужна некоторая внешняя сила, чтобы приблизить их к синхронной скорости.
Могут работать при любом коэффициенте мощности, как отстающем, так и опережающем. Следовательно, синхронные двигатели могут использоваться для улучшения коэффициента мощности.
Применение синхронного двигателя
Поскольку синхронный двигатель может работать как с опережающим, так и с запаздывающим коэффициентом мощности, его можно использовать для улучшения коэффициента мощности. Синхронный двигатель без нагрузки с опережающим коэффициентом мощности подключается к энергосистеме, в которой нельзя использовать статические конденсаторы.
Используется там, где требуется высокая мощность при низкой скорости. Такие как прокатные станы, измельчители, смесители, насосы, насосы, компрессоры и т. Д.
Синхронный двигатель
— конструкция, принцип, типы, характеристики
Синхронный двигатель — один из самых эффективных двигателей.Возможность управлять их коэффициентом мощности делает его очень востребованным, особенно для низкоскоростных приводов. В этом посте будет обсуждаться синхронный двигатель, его конструкция, принцип работы, типы, характеристики, способы запуска, применения, модель / векторная диаграмма, преимущества и недостатки.
Что такое синхронный двигатель
Синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, в котором в установившемся режиме вращение вала синхронизируется с частотой подаваемого тока; период вращения в точности равен целому числу циклов переменного тока.
Рис. 1 — Синхронный двигатель
Эти двигатели содержат многофазные электромагниты переменного тока на статоре двигателя, которые создают магнитное поле, которое вращается во времени с колебаниями сетевого тока. Синхронный двигатель получает двойное питание, если он снабжен независимыми возбужденными многофазными электромагнитами переменного тока как на роторе, так и на статоре.
Конструкция синхронного двигателя
Конструкция такая же, как и у других двигателей. Статор и ротор являются основными частями синхронного двигателя, а рама — это крышка, а статор и ротор составляют электрическую и магнитную схемы синхронных двигателей.Основные компоненты двигателя:
Рис. 2 — Компоненты синхронного двигателя
Статор
Статор — это неподвижная часть двигателя. Он имеет цилиндрическую раму, в которой есть прорези для размещения схемы обмотки. Статор состоит из сердечника, который обычно изготавливается из стали. Этот сердечник изолирован для предотвращения протекания вихревых токов.
Рис. 3 — Компоненты статора
Цепь обмотки статора называется обмоткой статора.На него подается 3-х фазный переменный ток.
Ротор
Ротор — это вращающаяся часть, которая вращается точно с той же скоростью, что и магнитное поле статора. Он возбуждается источником постоянного тока.
Ротор состоит из нескольких полюсов, которые зависят от скорости и частоты машины. Соотношение между полюсом, скоростью и частотой определяется как
, где
N = скорость двигателя в об / мин
f = частота и
p = No.количество полюсов
Типы конструкции ротора в синхронном двигателе
В синхронных двигателях есть два типа конструкции ротора. Это:
Роторы с явным полюсом
Роторы с явным полюсом
Роторы с явным полюсом
В роторах с явным полюсом полюса выступают из поверхности ротора.
Рис. 4 — Ротор с явным полюсом
Роторы с невыпадающим полюсом
В роторах с неявным полюсом обмотки размещены в пазах роторов, обработанных на станке.
Рис. 5 — Ротор с невыпадающими полюсами
Возбудитель
Это небольшой генератор, помещенный в ротор, который обеспечивает мощность возбуждения для возбуждения. Он состоит из обмотки возбуждения и обмотки якоря. Обмотка возбуждения размещена в статоре, а обмотка якоря — в роторе машины.
Рама
Защищает двигатель и закрывает весь узел.
Принцип работы синхронного двигателя
Работа синхронного двигателя заключается в том, что ротор следует за вращающимся магнитным полем статора и вращается со скоростью, приближающейся к нему.Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока, а обмотка статора возбуждается источником переменного тока.
Рис. 6 — Принцип работы синхронного двигателя
Основные моменты, касающиеся принципа работы синхронного двигателя:
Из-за трехфазного переменного тока трехфазное вращающееся магнитное поле создается обмоткой статора.
Обмотка ротора создает постоянное магнитное поле.
При некоторых оборотах полюса двух магнитных полей притягиваются друг к другу, а в какой-то момент отталкиваются.
Ротор не начинает вращаться из-за своей инерции. Таким образом, внешний источник обеспечит начальное вращение.
Как только ротор начинает двигаться с синхронной скоростью, внешний источник отключается.
Магнитное поле ротора создается не магнитным полем ротора, а индукцией. Следовательно, воздушный зазор между ротором и статором не сохраняется очень маленьким.
Типы синхронных двигателей
Синхронные двигатели можно разделить на два типа в зависимости от того, как намагничен ротор.
Невозбужденные синхронные двигатели
Синхронные двигатели с постоянным током (DC)
Невозбужденные синхронные двигатели
Ротор сделан из стали. На синхронной скорости он вращается с вращающимся магнитным полем статора, поэтому через него проходит почти постоянное магнитное поле. Ротор изготовлен из прочной стали, например, из кобальтовой стали.
Невозбужденные синхронные двигатели доступны в трех исполнениях:
Синхронные двигатели с гистерезисом
Синхронные двигатели с сопротивлением
Синхронные двигатели с постоянным магнитом
Гистерезисные Синхронные двигатели
с однофазными двигателями ротор выполнен из ферромагнитного материала.Роторы обладают высокими потерями на гистерезис. Они состоят из хрома, кобальтовой стали или алнико.
Рис. 7 — Гистерезисный синхронный двигатель
Они самозапускаются и не требуют дополнительной обмотки. Он имеет широкую петлю гистерезиса, что означает, когда он намагничивается в заданном направлении; для изменения намагниченности требуется большое обратное магнитное поле.
Синхронные двигатели с сопротивлением
Относительное сопротивление всегда минимально, когда кусок железа вращается, завершая путь магнитного потока.Сопротивление увеличивается с увеличением угла между ними, когда полюса совмещены с магнитным полем статора. Это создаст крутящий момент, подтягивающий ротор к выравниванию с полюсом рядом с полем статора.
Рис. 8 — Синхронный двигатель с сопротивлением
В полюса ротора обычно встроена короткозамкнутая обмотка, обеспечивающая крутящий момент ниже синхронной скорости для запуска двигателя.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами
В двигателях с постоянными магнитами в стальном роторе используются постоянные магниты для создания постоянного магнитного потока.Ротор блокируется, когда скорость близка к синхронной.
Рис. 9 — Синхронный двигатель с постоянным магнитом
Статор несет обмотку, которая подключена к источнику переменного тока для создания вращающегося магнитного поля. Двигатели с постоянными магнитами похожи на бесщеточные двигатели постоянного тока.
Синхронный двигатель с возбуждением от постоянного тока (DC)
Синхронный двигатель с возбуждением от постоянного тока (DC) требует подачи постоянного тока на ротор для создания магнитного поля.Он имеет как обмотку статора, так и обмотку ротора. Постоянный ток может подаваться от отдельного источника постоянного тока или от генератора постоянного тока, подключенного к валу двигателя.
Характеристики синхронного двигателя
Некоторые из ключевых характеристик синхронного двигателя, которые отличают его от других двигателей, следующие:
Скорость
Диапазон скорости от 150 до 1800 об / мин. Скорость синхронная и не зависит от условий нагрузки. Скорость всегда остается постоянной от холостого хода до полной нагрузки.
Соотношение между полюсом, скоростью и частотой определяется как
Где,
N = скорость двигателя в об / мин
f = частота и
p = Число полюсов
Пусковой момент
Для пуска синхронного двигателя требуется внешнее усилие, так как у него нет пускового момента.
Рейтинг
Номинальная мощность синхронных двигателей колеблется от 150 кВт до 15 МВт.
КПД
Синхронные двигатели — это высокоэффективные машины, и их КПД намного выше, чем у асинхронных двигателей.
Техническое обслуживание
В синхронных двигателях используется бесщеточный возбудитель, что снижает потребность в техническом обслуживании.
Коррекция коэффициента мощности
Эти двигатели имеют высокую коррекцию коэффициента мощности, поэтому они используются в областях, где требуется коррекция коэффициента мощности.
Способы пуска синхронного двигателя
Как мы все знаем, синхронные двигатели не могут запускаться самостоятельно, поскольку у них нет пускового момента. Поэтому для запуска двигателя используются разные способы.Внешняя сила используется при запуске для увеличения скорости до синхронной. Три основных способа:
Уменьшить частоту статора до безопасного пускового уровня.
Использовать внешний первичный двигатель.
Использование демпферной обмотки.
Модельная диаграмма и фазовая диаграмма синхронного двигателя
Структура поля в синхронном двигателе стимулируется постоянным током. Из-за вращающегося магнитного поля напряжение, индуцированное в обмотке статора, и это напряжение называется противоэдс (E).
Рис. 10 — Модельная схема синхронного двигателя
Эффект реакции якоря заменяется фиктивным реактивным сопротивлением (Xa). Когда Xa объединяется с реактивным сопротивлением утечки якоря, это дает синхронное реактивное сопротивление (Xs). Когда Xs комбинируется с эффективным сопротивлением якоря (Re), это дает синхронный импеданс (Zs).
Рис. 11 — Фазорная диаграмма синхронного двигателя
Чтобы нарисовать векторную диаграмму, Vt берется в качестве опорного вектора, и необходимо следовать точкам ниже:
Если машина работает в асинхронном режиме электродвигателя, то направление тока якоря будет противоположным направлению ЭДС возбуждения.
ЭДС возбуждения фазора всегда отстает от напряжения на клеммах вектора.
Области применения синхронного двигателя
Области применения синхронного двигателя включают:
Основное использование синхронного двигателя — «коррекция коэффициента мощности», что означает увеличение коэффициента мощности системы.
Синхронные двигатели используются для регулирования напряжения
Синхронные двигатели обычно используются для низкоскоростных и высокомощных нагрузок.
Синхронные двигатели обычно используются в воздушных и газовых компрессорах и вакуумных насосах.
Синхронные двигатели также находят свое применение в дробилках, мельницах и измельчителях.
Они также используются в вытяжных установках, вентиляторах и воздуходувках.
Преимущества синхронного двигателя
Преимущества синхронного двигателя включают:
Преимущество использования синхронного двигателя заключается в возможности контролировать коэффициент мощности. Синхронный двигатель с избыточным возбуждением имеет опережающий коэффициент мощности и работает параллельно с асинхронными двигателями, тем самым улучшая коэффициент мощности системы.
Скорость остается постоянной независимо от нагрузки в синхронных двигателях. Это качество помогает в промышленных машинах, где требуется постоянная скорость независимо от нагрузки.
Синхронные двигатели имеют более широкие воздушные зазоры, чем асинхронные двигатели, что делает их механически более стабильными.
Электромагнитная мощность изменяется линейно с напряжением в синхронных двигателях.
Синхронные двигатели обычно работают с более высоким КПД (более 90%), особенно на низкой скорости, по сравнению с асинхронными двигателями.
Недостатки синхронного двигателя
К недостаткам синхронного двигателя относятся:
Синхронные двигатели требуют возбуждения постоянного тока, которое подается от внешних источников.
Эти двигатели не являются самозапускающимися двигателями и требуют внешнего устройства для запуска и синхронизации.
Стоимость киловаттной мощности обычно выше, чем у асинхронных двигателей.
До тех пор, пока частота входящего питания не будет отрегулирована, нет возможности регулировать скорость.
Они не могут быть запущены под нагрузкой, потому что их пусковой момент равен нулю.
Требуются коллекторные кольца и щетки, что приводит к высоким затратам на техническое обслуживание.
Синхронные двигатели не подходят для приложений, требующих частого запуска машин.
Также прочтите:
Маховик как устройство накопления энергии, расчеты и требования к ротору
Принцип эффекта Холла - история, объяснение теории, математические выражения и приложения
Что такое клещи (клещевой тестер) ) - Типы, принцип работы и порядок эксплуатации

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 сильны, между этими двумя полюсами существует огромная сила притяжения. В таком состоянии говорят, что два магнита магнитно заблокированы. 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, и 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, подобный 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 переменного тока составляет f Гц и 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. Практически невозможно, чтобы полюса статора вытягивали 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).
(a) Действие синхронного двигателя (b) Действие синхронного двигателя
Теперь полюса статора вращаются очень быстро, т.е. со скоростью Ns об / мин.Из-за инерции, прежде чем ротор почти не вращается в направлении против часовой стрелки крутящего момента, 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, с которой вращается магнитное поле, настолько высока, что из-за инерции ротора он не может повернуть ротор из исходного положения. 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. подача на трехфазную обмотку. 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 требуется какое-то устройство, вращающее 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 синхронного двигателя
— Inst Tools
Двигатель — это электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. а трехфазный двигатель, работающий с синхронной скоростью, называется синхронным двигателем.Синхронный двигатель в основном работает по принципу магнитной блокировки между ротором и RMF (вращающимся магнитным полем). Когда два противоположных полюса приближаются друг к другу, если магниты сильные, между этими двумя полюсами возникает огромная сила притяжения. В таком состоянии говорят, что два магнита магнитно заблокированы.
Принцип работы синхронного двигателя: —
Когда трехфазное напряжение прикладывается к электрическим проводникам в определенных геометрических положениях, которые специально расположены (под определенным углом друг от друга), создается вращающееся магнитное поле.этот RMF вращается с синхронной скоростью. Синхронная скорость вращающегося магнитного поля статора зависит от частоты питания и количества полюсов, на которые намотана обмотка статора. если частота переменного тока питание f Гц и статор намотан для числа полюсов P, тогда скорость вращающегося магнитного поля является синхронной, определяемой как,
Ns = 120f / P об. / Мин.
Принцип работы синхронного двигателя
Как ротор вращается с синхронной скоростью?
Теперь, чтобы понять концепцию работы синхронного двигателя, рассмотрим двухполюсный простой ротор (показанный на рис.).Синхронный двигатель — это машина с двойным возбуждением, т.е. на него предусмотрены два электрических входа. Обмотка статора, состоящая из 3-х фазной обмотки, снабжена 3-фазным питанием, а ротор питается постоянным током. Когда на ротор подается постоянный ток, он действует как электромагнит. Как мы знаем, вращающееся магнитное поле вращается с синхронной скоростью, когда два противоположных полюса ротора и заблокированного ротора RMF также вращается с той же скоростью, что и RMF в направлении вращающегося магнитного поля. Следовательно, синхронный двигатель вращается с одной и только одной скоростью i.е. синхронная скорость. Но все зависит от наличия магнитной блокировки между полюсами статора и ротора. Практически невозможно, чтобы полюса статора вытягивали полюса ротора из их стационарного положения в состояние магнитной блокировки. по этой причине синхронные двигатели не запускаются самостоятельно.
Способы запуска синхронного двигателя: —
1. Метод двигателя Пони:
Синхронные двигатели механически связаны с другим трехфазным асинхронным двигателем или параллельным двигателем постоянного тока.Возбуждение постоянного тока на ротор изначально не подается. Он вращается со скоростью, очень близкой к его синхронной скорости, и после этого на ротор подается постоянное возбуждение. Через некоторое время, когда произойдет магнитная блокировка, питание внешнего двигателя отключается от муфты.
2. Метод демпферной обмотки:
При использовании демпферной обмотки синхронный двигатель сначала запускается как трехфазный асинхронный двигатель с использованием демпферной обмотки, и, наконец, он синхронизируется с RMF.
Применение синхронных двигателей
1.Он используется там, где требуется высокая мощность при постоянной скорости. Пример: прокатные станы, измельчители, смесители, насосы, насосы, компрессоры и т. Д.
2. Поскольку синхронный двигатель может работать как с опережающим, так и с запаздывающим коэффициентом мощности, его можно использовать для повышения коэффициента мощности. Синхронный двигатель без нагрузки с опережающим коэффициентом мощности подключается к энергосистеме, в которой нельзя использовать статические конденсаторы.
3.Синхронный двигатель находит применение там, где рабочая скорость меньше (около 500 об / мин) и требуется большая мощность.
Принцип работы синхронного двигателя и его особенности
Основной особенностью и принципом работы синхронного двигателя является постоянная скорость. Это также достигается за счет использования постоянного магнитного поля, создаваемого внутри этого двигателя. Магнитное поле синхронного двигателя аналогично вращающемуся магнитному полю асинхронного двигателя. Это магнитное поле создается статором, а часть ротора генерирует постоянное магнитное поле. Трехфазное питание подается на этот синхронный двигатель, и это вызывает вращающееся магнитное поле внутри статора, которое вращается с синхронной скоростью.В синхронном двигателе роторная часть возбуждается источником постоянного тока, поэтому действует как постоянный магнит.
Конструкция синхронного двигателя
Основными конструкциями синхронной машины являются статор и роторная часть двигателя.
Статор — Статорная часть синхронной машины имеет трехфазные распределительные обмотки или источник переменного тока. Статорная часть синхронной машины очень похожа на асинхронную. Эта обмотка также известна как обмотка якоря
Ротор — Роторная часть этой машины имеет обмотку постоянного тока, известную как обмотка возбуждения.Эта обмотка обычно питается от внешнего постоянного тока через контактные кольца. Ротор синхронной машины также можно подразделить на две подкатегории, такие как цилиндрический ротор (используется для высокоскоростных машин). Ротор с явным полюсом (используется для низкоскоростных машин).
Синхронный генератор состоит из двух основных частей, таких как обмотка возбуждения и обмотка якоря.
синхронная Обмотка машины.
Обмотка возбуждения — Эта обмотка состоит из вращающейся обмотки, которая создает основное магнитное поле в машине.
Обмотка якоря — Обмотка якоря — это обмотка, в которой индуцируется основное напряжение
Основной принцип работы синхронного двигателя
Статор и роторная часть синхронного двигателя расположены магнитно. Таким образом, ротор будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле (rmf) обмотки статора синхронного двигателя. Таким образом, ротор также работает с синхронной скоростью. Обычно синхронные двигатели предназначены для работы при синхронной скорости. Уравнение вращательного магнитного поля синхронного двигателя может быть следующим.
n _м = скорость вращения магнитного поля синхронной машины (об / мин)
f _e = электрическая частота / частота питания (Гц)
P = количество полюсов в машине
Обычно синхронные двигатели не самозапускающийся двигатель. Для самозапуска синхронного двигателя беличья клетка вставляется в роторную часть двигателя. После установки беличьей клетки в синхронный двигатель он запускается как асинхронный двигатель.Когда ротор вращается с синхронной скоростью, относительная скорость вращающегося магнитного поля и беличьей клетки равна нулю.
Почему используются синхронные двигатели
Основное преимущество синхронного двигателя заключается в том, что он может работать с постоянной скоростью. Его скорость не сильно зависит от нагрузки, приложенной к этому двигателю. Этот двигатель также имеет высокий КПД и его можно использовать в высокопрофессиональных приложениях. Синхронные машины используются в приложениях большой мощности из-за своих уникальных характеристик. Такие как контролируемый коэффициент мощности, более высокий КПД при эксплуатации и его надежность.
Применение синхронного двигателя
Синхронный двигатель также обладает теми же характеристиками, что и генератор переменного тока. Применение синхронного двигателя иногда используется для улучшения коэффициента мощности системы. Существует широкий спектр применений в электротехнике, например.
Насос на электростанциях.