Синхронный электродвигатель: характеристики, устройство и принцип действия

Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.

Устройство синхронного электродвигателя

Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:

• Неподвижной части (якорь или статор).
• Подвижной части (ротор или индуктор).
• Вентилятора.
• Контактных колец.
• Щеток.
• Возбудителя.

Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.

Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.

Принцип работы синхронного электродвигателя

Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

• Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
• С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

Характеристики синхронного электродвигателя

Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

• Работу при высоком значении коэффициента мощности.
• Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
• Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
• Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
• Экономичность.

Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

• Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
• Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
• Сложность пуска.
• Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

• Для улучшения коэффициента мощности.
• В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.

Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.

Область применения синхронных электродвигателей

В статье  рассмотрены некоторые области применения синхронных электродвигателей, которые обладают отличными характеристиками при вращении мощных приводов. Сами синхронные электрические машины могут развивать мощность до 20 тысяч кВт.

Синхронные электродвигатели отличаются от асинхронных гораздо большей мощностью и полезной нагрузкой. Изменения тока возбуждения позволяет регулировать в них нагрузку. В отличие от асинхронных двигателей в синхронных при ударных нагрузках сохраняется постоянство частоты вращения, что позволяет их использовать в различных механизмах в металлургической и металлообрабатывающей промышленности.

Двигатели с синхронным типом действия способны развивать мощность до 20 тысяч кВт, что очень важно для приведения в действие исполнительных механизмов мощных обрабатывающих станков в машиностроении и других отраслях производства. Например, в высокопроизводительных гильотинных ножницах, где имеются большие ударные нагрузки на ротор электродвигателя.

Синхронные электрические двигатели с успехом используются в качестве источников реактивной мощности в узлах нагрузки для поддержания стабильного уровня напряжения. Довольно часто двигатели с синхронным принципом действия используются в качестве силовых машин в компрессорных установках большой производительности.

Мощные двигатели выполняются с использованием системы встречной вентиляции, при которой лопасти вентилятора расположены на роторе. Экономичный и надежный синхронный двигатель обеспечивает производительную и экономичную работу насосного оборудования.

Важной характеристикой синхронных электрических машин является сохранение постоянной скорости вращения, что важно для вращения приводов в виде насосов, компрессоров, вентиляторов, и различных генераторов переменного тока. Ценным также является возможность регулирования реактивного тока за счет вариаций тока возбуждения обмоток якоря. Благодаря этому увеличивается показатель косинуса φ при всех диапазонах работы, что увеличивает кпд двигателей и снижает потери в электрических сетях.

Сами двигатели с синхронным принципом действия устойчивы к колебаниям напряжения в сети, и обеспечивают постоянство скорости вращения при их возникновении. Синхронные электродвигатели при понижении питающего напряжения сохраняют большую перегрузочную способность, по сравнению с асинхронными. Способность к форсированию тока возбуждения при понижениях напряжения повышает надежность их работы при аварийных снижениях питающего напряжения в электрической сети.

Синхронные электрические машины рентабельны при мощностях свыше 100 кВт и основное применение находят для вращения мощных вентиляторов, компрессоров и других силовых установок. В качестве недостатков синхронных машин можно отметить их конструктивную сложность, наличие внешнего возбуждения обмоток ротора, сложность запуска и довольно высокие стоимостные характеристики.

Принцип действия синхронного электродвигателя основывается на взаимодействии вращения магнитного поля якоря с магнитными полями полюсов индуктора. Якорь обычно располагается на статоре, а индуктор на подвижном роторе. При больших мощностях полюсами служат электромагниты, при этом постоянный ток подается на ротор через скользящие кольцевые контакты.

В маломощных двигателях используются постоянные магниты, расположенные на роторе. Существуют также синхронные машины с обращенным принципом работы, когда якорь размещен на роторе, а индуктор на статоре. Однако такая конструкция применяется в двигателях старых конструкций.

Синхронные электрические машины могут работать в генераторном режиме, когда якорь расположен на статоре для удобства отбора генерируемого электричества. На этом принципе основаны мощные генераторы, работающие на гидроэлектростанциях.

Применение синхронных электродвигателей | Полезные статьи

Синхронные электродвигатели представляют собой машины, которые функционируют в том режиме, в котором работает двигатель. Это — генераторы переменного тока. Их применяют тогда, когда требуется двигатель, который работает при неизменной скорости.

Существует трехфазный синхронный электродвигатель. Он необходим, чтобы преобразовывать электрическую энергию переменного тока, которая подводится статором, в другой вид энергии — механический. Эта энергия в свою очередь передается на вал. Она нужна для привода определенных функционирующих машин.

Трехфазный двигатель

Трехфазный электродвигатель запускается автоматически за счет выбора и установки той или иной последовательности в ходе управления цепями — как ротора, так и статора. В целом цепь, которая необходима для обеспечения запуска той или иной электрической машины, представляет собой магнит. Та цепь, которая заменена на постоянные магниты, необходима для запуска электродвигателей на постоянных магнитах. Этот вариант является достаточно интересным и привлекательным по целому ряду причин. Рассмотрим основные из них.

Благодаря появлению постоянных магнитов, энергетические показатели заметно повышаются, в том числе и КПД. Кроме этого, конструкция цепи становится более простой, а сам двигатель, как и его работа, становятся более надежными. Важно также, что электродвигатели на постоянных магнитах, а точнее сами магниты, не требуют электрического питания. А это означает, что в токосъемном узле, используемом для ротора, нет никакой необходимости.

Синхронные электродвигатели можно применять в тех системах, которые обладают значительной ударной нагрузкой. Благодаря этому двигатель вращается с постоянной частотой даже в те моменты, когда нагрузка является максимальной. Подобные электродвигатели применяют на различных металлургических заводах. При этом мощность доходит порой до 20 000 кВт.

Синхронные электродвигатели используют для привода тех насосов, которые обладают не только значительной мощностью, но и долгим режимом функционирования.

Синхронный электродвигатель

Рисунок 2. Синхронный электродвигатель Как же действует синхронный электродвигатель? В основе его действия лежит взаимодействие магнитных полей полюсов (как правило, расположенного в роторе) индуктора с магнитным полем якоря (обычно находящегося в статоре).

Чтобы электродвигатель начал функционировать сам, необходимо осуществить разгон до скорости вращения, которая является номинальной. Когда достигается данная скорость, можно сказать — «вошел в синхронизм». На практике это означает, что магнитные поля якоря и полюсов индуктора, о которых шла речь выше, сцепляются между собой.

У синхронных двигателей есть целый ряд достоинств. Так, если повысить ток возбуждения, можно сделать перегрузочную способность максимально высокой. Это возможно в случае, если достаточно резко и на короткое время увеличить нагрузку на валу электродвигателя. Помимо того, несмотря на то, какая нагрузка на валу в данный момент, скорость вращения электродвигателя будет постоянной. Правда, данная нагрузка не должна выходить за пределы перегрузочной способности этого двигателя.

Синхронные электродвигатели. Работа и применение. Особенности

Особенностью работы двигателя является равенство скорости вращения ротора и скорости вращения магнитного потока. Поэтому скорость вала двигателя не зависит и не изменяется от величины подключаемой нагрузки. Это достигается за счет того, что индуктор синхронного электродвигателя является электромагнитом, в некоторых случаях постоянным магнитом.

Количество пар полюсов ротора одинаково с числом пар полюсов у движущегося магнитного поля. Взаимное воздействие этих полюсов дает возможность выравнивания скорости ротора. На валу в этот момент может быть любая по величине нагрузка. Она не влияет на скорость вращения индуктора.

Конструктивные особенности и принцип работы

Основными составными частями синхронного электродвигателя являются: статор, который неподвижен, и ротор, иными словами называемый индуктором. Статор имеет другое название – якорь, но от этого его суть не меняется. Эти части двигателя разделены прослойкой воздуха. Между пазами заложена трехфазная обмотка, которая чаще всего имеет соединение по схеме звезды.

Когда двигатель после запуска начал работать, токи якоря образуют движущееся магнитное поле, его вращение дает пересечение поля индуктора. В итоге такой работы двух полей возникает энергия. Магнитное поле статора по своей сути является полем его реакции. В работе генераторов такую энергию получают с помощью индукторов.

Полюсами являются электромагниты статора, работающие на постоянном токе. Статоры синхронных моторов могут выполняться по различным схемам: неявнополюсной, а также явнополюсной. Они отличаются положением полюсов.

Для снижения магнитного сопротивления и оптимизации условий прохода магнитного поля используют сердечники из ферромагнитного материала. Они находятся в роторе и якоре. Производятся они из электротехнической стали, которая содержит большое количество кремния. Это дает возможность снизить вихревые токи и увеличить электрическое сопротивление стали.

Синхронные электродвигатели имеют в своей основе принцип взаимодействия полюсов индуктора и статора. Во время пуска двигатель ускоряется до скорости вращения магнитного потока. Только при таком условии электродвигатель начинает действовать в синхронном режиме. При таком процессе магнитные поля образуют пересечение, возникает вход в синхронизацию.

Долгое время для разгона мотора применяли отдельный пусковой двигатель. Его соединяли механическим путем с синхронным мотором. При запуске ротор мотора ускорялся и достигал синхронной скорости. Далее мотор самостоятельно втягивался в синхронное движение. При выборе мощности пускового мотора руководствовались 15% мощности от номинала разгоняемого двигателя. Этого резерва мощности было достаточно для запуска синхронного двигателя, даже при наличии небольшой нагрузки.

Такой метод разгона более сложный, значительно повышает стоимость оборудования. В современных конструкциях синхронные электродвигатели не имеют такой схемы разгона. Применяют другую систему разгона. Реостатом замыкают обмотки индуктора по аналогии с асинхронным двигателем. Для запуска на ротор монтируют короткозамкнутую обмотку, являющуюся также и успокоительной обмоткой, которая предотвращает раскачивание ротора при синхронизации.

При достижении ротором номинальной скорости, к индуктору подключают постоянный ток. Однако, для пуска моторов с постоянными магнитами не обойтись без применения пусковых внешних двигателей.

В криогенных синхронных электродвигателях применяется обращенная конструкция. В ней якорь и индуктор размещены наоборот, индуктор находится на статоре, а якорь расположен на роторе. У таких машин возбуждающие обмотки состоят из сверхпроводимых материалов.

Достоинства и недостатки

Синхронные двигатели имеют основное преимущество по сравнению с асинхронными моторами тот факт, что возбуждение от постоянного тока внешнего источника дает возможность работы при значительной величине коэффициента мощности. Эта особенность дает возможность увеличить значение коэффициента мощности для общей сети благодаря включению синхронного мотора.

Синхронные электродвигатели имеют и другие достоинства:

• Электродвигатели синхронного типа работают с повышенным коэффициентом мощности, что создает уменьшение расхода энергии и снижает потери. КПД синхронного мотора выше при той же мощности асинхронного двигателя.
• Синхронные электродвигатели имеют момент вращения, который прямо зависит от напряжения сети. Поэтому он при уменьшении напряжения сохраняет свою мощность больше асинхронного. Это является фактором надежности подобных конструкций моторов.

Недостатками являются следующие отрицательные моменты:

• При проведении сравнительного анализа конструкций двух моторов, можно отметить, что синхронные электродвигатели выполнены по более сложной схеме, поэтому их стоимость будет выше.
• Следующим недостатком для синхронных моторов стала необходимость в источнике тока в виде выпрямителя, либо другого блока питания постоянного тока.
• Запуск двигателя происходит по сложной схеме.
• Регулировка скорости вала двигателя возможна только одним способом, с помощью применения частотного преобразователя.

В итоге можно сказать, что все-таки преимущества синхронных двигателей перекрывают недостатки. Поэтому двигатели такого вида широко применяются в технологических процессах, где идет постоянный непрерывный процесс, и не требуется частая остановка и запуск оборудования: на мельничном производстве, в компрессорах, дробилках, насосах и так далее.

Выбор двигателя

К вопросу приобретения синхронного электродвигателя нужно подходить, основываясь на следующие факторы:

• Условия эксплуатации электродвигателя. По условиям выбирают тип двигателя, который может быть защищенным, открытым или закрытым. А также синхронные электродвигатели отличаются по защите токовых частей от влаги, температуры, агрессивных сред. Для взрывоопасного производства существуют специальные защиты, предотвращающие образование искр в двигателе.
• Особенности выполнения подключения электродвигателя с потребителем.

Синхронные компенсаторы

Они служат для компенсирования коэффициента мощности в электрической сети и стабилизации номинального значения напряжения в местах подключения нагрузок к двигателю. Нормальным режимом синхронного компенсатора является режим перевозбуждения в момент отдачи в электрическую сеть реактивной мощности.

Такие компенсаторы еще называют генераторами реактивной мощности, так как они предназначены для выполнения такой же задачи, как батареи конденсаторов на подстанциях. Когда мощность нагрузок уменьшается, то часто необходимо действие синхронных компенсаторов в невозбужденном режиме при их потреблении реактивной мощности и индуктивного тока, потому что напряжение в сети старается увеличиться, а для его стабилизации на рабочем уровне нужно нагрузить сеть током индуктивности, который вызывает в сети снижение напряжения питания.

Для таких целей синхронные компенсаторы обеспечиваются регулятором автоматического возбуждения. Регулятор изменяет ток возбуждения таким образом, что напряжение на компенсаторе не изменяется.

Сфера применения

Широкое использование электродвигателей асинхронного типа со значительными недогрузками делает работу станций и энергосистем сложнее, так как уменьшается коэффициент мощности системы, это ведет к незапланированным потерям, к их неполному использованию по активной мощности. В связи с этим появилась необходимость в использовании двигателей синхронного типа, особенно для приводов механизмов значительной мощности.

Если сравнивать синхронные электродвигатели с асинхронными, то достоинством синхронных стала их работа коэффициентом мощности равном 1, благодаря действию возбуждения постоянным током. При этом они не расходуют реактивную мощность из питающей сети, а если работают с перевозбуждением, то даже отдают некоторую величину реактивной мощности для сети.

В итоге коэффициент мощности сети улучшается, и снижаются потери напряжения, увеличивается коэффициент мощности генераторов электростанций. Наибольший момент синхронного электродвигателя прямо зависит от напряжения, а у синхронного электромотора – от квадрата напряжения.

Поэтому, при уменьшении напряжения синхронный электромотор имеет по-прежнему значительную нагрузочную способность. Также, применение возможности повышения возбуждающего тока синхронных моторов дает возможность повышать их надежность эксплуатации при внезапных снижениях напряжения, и оптимизировать в таких случаях работу всей энергосистемы.

Из-за большой величины воздушного промежутка дополнительные потери в стальных сердечниках и в роторе синхронных моторов меньше, чем у двигателей асинхронного вида. Поэтому КПД синхронных моторов чаще бывает больше.

Однако устройство синхронных моторов намного сложнее, а также необходим возбудитель или другое устройство питания возбуждения. Поэтому синхронные моторы имеют более высокую стоимость по сравнению с асинхронными с короткозамкнутым ротором.

Запуск и регулировка скорости у синхронных электродвигателей имеет свои сложности. Но при больших мощностях их преимущества превосходят недостатки. Поэтому они применяются во многих местах, где не нужны частые пуски, остановки оборудования, а также нет необходимости в регулировки оборотов двигателя с приводом механизмов насосов, компрессоров, мельниц и т.д.

Похожие темы:

Синхронные электродвигатели

Заводы производители синхронных электродвигателей: Элсиб, WEG, VEM, Силовые машины — завод Реостат, ELSIB, Русэлпром

Серии двигателей: ДС, ДСЗ, СД2, СДН, СДНЗ, СДС, СДМ, СДВ, СДП, СДР, IE4, P21R, Wmagnet

Применение

Синхронный электродвигатель (СД) – это устройство, работающее в сети переменного тока. У синхронной машины частота вращения ротора соответствует частоте вращения магнитного поля. При выборе электродвигателя необходимо проконсультироваться с заводом производителем. 

СД используются, где пуск и остановка происходят достаточно редко (конвейеры и т.д.), то есть двигатели работают круглосуточно достаточно долгое время. Работа в таких условиях объясняется тем, что синхронные двигатели работают с cos φ приближенном к 1, и могут выдавать реактивную мощность в сеть, в результате чего улучшается коэффициент мощности сети и снижается её потребление, что важно для предприятий.

Синхронные электродвигатели нашли широкое применение в металлургической и металлообрабатывающей промышленности, на объектах нефтедобычи, на насосных станциях городских водоканалов, в целлюлозно­бумажной промышленности и других отраслях.

Применение синхронных двигателей для привода:

• мощных вентиляторов
• мельниц
• конвейеров
• эксгаустеров
• компрессоров
• дробилок

Цена на синхронные электродвигатели зависит от типа двигателя, а также от:

• Параметров мощности
• Габарита двигателя(высоты оси вращения)
• Конструктивных особенностей

Преимущества синхронных электродвигателей:

• возможность регулирования реактивного тока
• скорость вращения стабильна при перегрузках и просадках, в пределах перегрузочной способности
• устойчивость к колебаниям сетевого напряжения, а также хорошая нагрузочная способность

Устройство синхронного двигателя

Принцип действия СД основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора.

Синхронный электродвигатель состоит из двух основных частей:

• Статора (якорь) – в этой части двигателя расположены обмотки
• Ротора (индуктор) – в этой части СД устанавливают обмотку возбуждения или постоянные магниты.

Чем отличается синхронный электродвигатель от асинхронного? Главное отличие в роторе двигателя — синхронный двигатель имеет в наличии обмотки на якоре, а асинхронный не имеет.

Типы синхронных электродвигателей 

устройство, принцип работы, режимы работы, пуск

В качестве устройства преобразования электрической энергии в механическую в промышленности и быту используется синхронный электродвигатель. В сравнении с другими типами электрических машин он получил меньшее распространение, но в отведенных сферах является незаменимым фаворитом. В чем особенность синхронных агрегатов и как их применяют на практике, мы рассмотрим в данной статье.

Устройство

Конструктивно синхронный электродвигатель состоит из неподвижного элемента, подвижной части, обмоток различного назначения, может комплектоваться коллекторным узлом. Далее рассмотрим каждую составляющую синхронного агрегата более детально на рабочем примере (рисунок 1).

Рис. 1. Устройство синхронного электродвигателя

• Статор или якорь – выполняется из электротехнической стали монолитным или наборным из шихтованного железа. Предназначен для размещения рабочей обмотки, проводит силовые линии электромагнитного поля, формируемого протекающими токами.
• Обмотка на статоре – изготавливается из медных проводников, в зависимости от типа статора синхронного электродвигателя может выполняться различными методами, способами намотки и расположения проводников. Применяется для подачи напряжения питания и формирования рабочего магнитного потока.  
• Ротор с обмоткой возбуждения – предназначен для взаимодействия с магнитным полем статора. В результате подачи напряжения на обмотку возбуждения в роторе электродвигателя создается собственное магнитное поле, задающее состояние вращающегося элемента.
• Вал – используется для передачи вращательного усилия от электродвигателя к подключаемой к нему нагрузке. В большинстве случаев это основание, на котором крепиться шихтовка или полюса ротора, подшипники, кольца, пластины и другие вспомогательные элементы.
• Контактные кольца – применяются для подачи питания на обмотки ротора, но устанавливаются не во всех моделях синхронных агрегатов. Питание производиться через специальный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
• Корпус – предназначен для защиты от воздействия внешних факторов, обеспечивает синхронному двигателю достаточную прочность и герметичность, в зависимости от условий его эксплуатации.

Принцип работы

В основе работы синхронного электродвигателя лежит взаимодействие магнитного потока, генерируемого рабочими обмотками с постоянным магнитным потоком. Наиболее распространенной моделью синхронной электрической машины является вариант с рабочей обмоткой на статоре и обмоткой возбуждения на роторе.

Рис. 2. Принцип действия синхронного электродвигателя

Как видите на рисунке 2 выше, в обмотку статора подается трехфазное напряжение из сети, которое формирует переменное магнитное поле. На обмотки ротора электродвигателя подано постоянное напряжение, которое индуцирует такой же постоянный магнитный поток у полюсов. Для наглядности рассмотрим процесс на упрощенной модели синхронного агрегата (рисунок 3).

Рис. 3. Принцип формирования потоков в синхронной электрической машине

При подаче питания на фазные витки статора электродвигателя первый пик амплитуды тока и ЭДС взаимоиндукции приходиться на фазу A, затем B и фазу C.

На графике показана периодичность чередования кривых в зависимости от времени:

• в точке 1 максимальная ЭДС E_A формирует максимальный поток, а электродвижущие силы фаз E_B и E_C равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу.
• в точке 2 пика достигает ЭДС E_B, а электродвижущие силы фаз E_A и E_C становятся равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу, в результате чего магнитное поле совершает вращательное движение.
• в точке 3 максимум приходиться на ЭДС E_C, а электродвижущие силы фаз E_B и E_A вместе дополняют результирующую силу и снова смещают вектор поля по часовой стрелке.

Оборот поля статора происходит в течении периода, а за счет того, что ротор обладает собственным электромагнитным усилием постоянным во времени, то он синхронно следует за движением переменного магнитного поля, вращаясь вокруг заданной оси. В результате такого вращения происходит синхронное движение ротора вслед за сменой амплитуды ЭДС в витках рабочих обмоток, за счет этого явления электродвигатель и получил название синхронного. Наличие отдельного питания отразилось и на схематическом обозначении таких электрических машин (рисунок 4) в соответствии с ГОСТ 2.722-68.

Рис. 4. Схематическое обозначение синхронного электродвигателя

Отличие от асинхронного двигателя

Основным отличием синхронного электродвигателя от асинхронного заключается в принципе преобразования электрической энергии в механическое вращение. У синхронного электродвигателя процесс вращения ротора идентичен вращению рабочего электромагнитного поля, вырабатываемого трехфазной сетью. А вот у асинхронного рабочее поле самостоятельно наводит ЭДС в роторе, которая уже затем вырабатывает собственный поток взаимоиндукции и приводит вал во вращение. В результате чего асинхронные электрические машины получают разность во вращении рабочего поля и нагрузки на валу, что выражается физической величиной – скольжением.

В работе классические модели асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:

• плохо переносят перегрузки;
• имеют сложности пуска со значительным усилием;
• меняют скорость вращения, в зависимости от нагруженности рабочего органа.

В некоторой степени эти недостатки преодолевает асинхронный двигатель с фазным ротором, но в полной мере избавиться от недостатков получается лишь синхронному агрегату.

Рис. 5. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Разновидности

В современной промышленности и бытовых приборах синхронные электродвигатели используются для решения самых разнообразных задач. Как результат, существенно разнятся и их конструктивные особенности. На практике выделяют несколько критериев, по которым разделяются виды синхронных агрегатов. В соответствии с ГОСТ 16264.2-85 могут подразделяться по таким техническим характеристикам:

• питающему напряжению;
• частоте рабочего напряжения;
• количеству оборотов.

В зависимости от способа получения поля ротора выделяют такие типы синхронных электродвигателей:

• С обмоткой возбуждения на роторе – синхронизирующее усилие создается за счет подачи питания от преобразователя.
• С магнитным ротором – на валу устанавливается постоянный магнит, выполняющий те же функции, что и обмотка возбуждении, но без необходимости подпитки (см. рисунок 6).

Рис. 6. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами

С реактивным ротором —  конструкция выполнена таким образом, что в его сердечнике происходит преломление магнитных линий, приводящее всю конструкцию в движение (см. рисунок 7). Под воздействием силового поля поперечные и продольные составляющие в роторе не равны за счет чего пластины поворачиваются вслед за полем.

Рис. 7. Пример реактивного ротора

В зависимости от наличия полюсов все синхронные электродвигатели можно подразделить на:

• явнополюсные – в конструкции четко видны обособленные полюса с обмотками, применяются для малых скоростей;
• неявнополюсные – полюс не выделяется, такие модели устанавливают для высоких скоростей;

В зависимости от расположения рабочих обмоток различают прямые (на статоре) и обращенные (рабочие обмотки на роторе).

Режимы работы

Большинство электрических машин обладают обратимой функцией, не составляют исключения и синхронные агрегаты. Их также можно использовать в качестве электрического привода или в качестве генератора, вырабатывающего электроэнергию. Оба режима отличаются способом воздействия на электрическую машину – подачу напряжения на рабочие обмотки или приведение в движение ротора за счет механического усилия.

Генераторный режим

Для производства электроэнергии в сеть используются именно синхронные генераторы. В большинстве случаев для этой цели используются электрические машины с фазными обмотками на статоре, что существенно упрощает процесс съема мощности и дальнейшей передачи ее в сеть. Физически генерация происходит при воздействии электромагнитного поля обмотки возбуждения синхронного генератора с обмотками статора. Силовые линии поочередно пересекают фазные витки и наводят в них ЭДС взаимоиндукции, в результате чего на клеммных выводах возникает напряжение.

Частота получаемого напряжения напрямую зависит от скорости вращения вала и вычисляется по формуле:

f = (n*p)/60 ,

где n – скорость вращения вала, измеряемая в оборотах за минуту,  p – количество пар полюсов.

Синхронный компенсатор

В виду физических особенностей синхронного электродвигателя при холостом ходе аппарата он потребляет из сети реактивную мощность, что позволяет существенно улучшить cosφ системы, практически приближая его к 1.На практике режим синхронного компенсатора используется как для улучшения коэффициента мощности, так и для стабилизации параметров напряжения сети.

Двигательный режим

В синхронной машине двигательный режим осуществляется при подаче рабочего трехфазного напряжения на обмотки якоря. После чего электромагнитное поле якоря начинает толкать магнитное поле ротора, и вал приходит во вращение. Однако на практике двигательный режим осуществляется не так просто, так как мощные агрегаты не могут самостоятельно набрать необходимый ресурс скорости. Поэтому во время запуска используют специальные методы и схемы подключения.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного электродвигателя требуется дополнительное поле, независимое от воздействия сети. В то же время, на стартовом этапе запуск представляет собой асинхронный процесс, пока агрегат не достигнет синхронной скорости.

Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

При подаче напряжения на якорь возникает ток в его обмотках и генерация ЭДС в железе ротора, который обеспечивает асинхронное движение до того момента, пока не начнется питание обмоток возбуждения.

Еще одним распространенным вариантом пуска является использование дополнительных генераторов, которые могут располагаться на валу или устанавливаться отдельно. Такой метод обеспечивает дополнительное стартовое усилие за счет стороннего крутящего момента.

Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видите на рисунке 9, начальное вращение мотора М осуществляется за счет генератора G, который призван вывести устройство на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически при установке рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения в обмотку возбуждения.

Помимо этого на практике используется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рисунке 10 приведен способ тиристорного преобразователя и с установкой вращающихся выпрямителей.

Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае запуск синхронного электродвигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD осуществляется открытие тиристоров VS. В цепь обмотки возбуждения вводится резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона электродвигателя ЭДС скольжения пропорционально снизится и произойдет запирание стабилитронов VD, цепочка заблокируется, и обмотка возбуждения получит питание постоянным напряжением через UD.

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По видам генераторы подразделяются на турбинные, дизельные и гидравлические, в зависимости от способа приведения их во вращение.

Также их используют в качестве электродвигателей, которые могут переносить существенные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторах, компрессорах, силовых агрегатах и прочем оборудовании. Отдельная категория электродвигателей применяется в точном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Преимущества и недостатки

К преимуществам такого электродвигателя следует отнести:

• высокий cosφ, приближающийся по величине к 1, что в значительной мере превосходит асинхронные электродвигатели;
• более высокая механическая прочность за счет особенностей конструкции электродвигателя;
• зависимость момента вращения от напряжения линейная, а не квадратичная, поэтому колебания электродвигателя пропорционально снижаются;
• на валу электродвигателя присутствует постоянная скорость, не зависящая от прикладываемой нагрузки;
• может применяться для уменьшения реактивной составляющей в сети.

Среди недостатков синхронных электродвигателей выделяют:

• сложную конструкцию;
• более сложный пуск;
• необходимость использования вспомогательных устройств и блоков;
• такие электродвигатели сложнее регулировать по числу оборотов;
• ремонт и обслуживание также обойдется дороже, чем асинхронные электродвигатели.

Видео версия

Библиографический список

1. Ю.А. Макаричев, В.Н. Овсянников «Синхронные машины» 2010
2. Абрамович Б.Н., Круглый А.А. «Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей» 1983
3. Андреева Е.Г., Морозова Н.С. «Синхронные машины» 2015
4. Глебов И.А. «Проблемы пуска сверхмощных синхронных маши» 1988
5. Емец В.Ф., Попков А.А., Петров Г.А. «Синхронные электрические машины» 2009
6. Кислицын А.Л. «Синхронные машины» 2000

Синхронный электродвигатель- устройство, работа и применение

Синхронный двигатель является электрической машиной, работающей в сети переменного тока. Синхронными электрические машины называются потому, что частота вращения вала ротора точно соответствует частоте магнитного поля, индуцируемого статором.

Как любая вращающаяся электрическая машина, синхронный двигатель состоит из ротора, в данном случае являющегося индуктором и статора, именуемого также якорем. На роторе (индукторе) выполнена обмотка возбуждения, которая питается напряжением постоянного тока через коллекторный механизм. На статоре намотана обмотка переменного тока, которая образует магнитное поле. Само же магнитное поле движеся по кругу, то есть. вращается При взаимодействии с полем индуктора создает вращающий электромагнитный момент на роторе.
Первоначально запуск двигателя осуществляется в асинхронном режиме, то есть, с короткозамкнутым ротором. В этом режиме машина, являющаяся по сути асинхронной, разгоняется до скорости, приближающейся к синхронной. Затем на обмотку индуктора подается постоянный ток (перед этим обмотка, естественно, размыкается) и осуществляется так называемый «вход в синхронизм».

Область применения

Область применения синхронных двигателей обусловлена рядом их особенностей, а именно:

• — стабильностью частоты вращения как при колебании напряжения в питающей электросети, так и при изменении величины механической нагрузки на валу;
• — возможностью работы с очень высоким коэффициентом мощности — вплоть до единицы.

Первое качество делает синхронные двигатели незаменимыми в качестве приводных для прецизионных обрабатывающих станков. Также часто синхронные двигатели используются для привода мощных насосных, компрессорных и вентиляционных установок. Этим же свойством обусловлено их практически исключительное применение в качестве гидрогенераторов и турбогенераторов на электрических станциях.
Вторая особенность синхронных двигателей делает привлекательным его использование в качестве источника реактивной энергии, что позволяет гибко регулировать значение коэффициента мощности и уровня напряжения в сети. При правильном заключении договоров на электроснабжение можно получить экономию средств, имея повышенное значение косинуса-фи.
При работе синхронного двигателя с коэффициентом мощности, равном единице, двигатель потребляет из сети только активную мощность, за счет чего снижаются потери мощности в питающих линиях электропередачи. Это обусловлено тем, что потери в линиях пропорциональны полной электрической мощности, а величина последней в рассматриваемом случае снижается, что происходит за счет уменьшения реактивной составляющей вплоть до нуля.
Работающий на холостом ходу в режиме перевозбуждения синхронный двигатель представляет собой синхронный компенсатор.

То есть, генератор реактивной мощности, который способен обеспечивать потребность реактивной мощности узла потребления, к которому он подключен.

Мощный синхронный двигатель, оснащенный системами автоматической регулировки возбуждения с обратной связью по напряжению, а также форсирования тока возбуждения – это инструмент для регулирования и перераспределения потоков реактивной мощности и уровня напряжения в электрической сети.
Выбор синхронных двигателей при проектировании и в процессе реконструкции электросетей крупных потребителей обеспечивает повышение устойчивости работы энергосистемы, разгрузку линий электропередачи, улучшение качества электроэнергии, дает возможность минимизировать затраты на покупку электрической энергии.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Синхронные двигатели и генераторы — промышленность сегодня%

Функции и применение синхронных двигателей.

В настоящее время доступен большой набор синхронных двигателей и генераторов для широкого спектра промышленных применений. Электродвигатели стали неотъемлемой частью промышленного производства. Они преобразуют электрическую энергию в механическую, позволяя промышленным машинам выполнять возложенные на них задачи. Не все электродвигатели выполняют одинаковый набор задач, но некоторые из них специально разработаны для конкретной отрасли.

Приложения в промышленной сфере

Помимо множества различных функций, обеспечиваемых тщательно спроектированными двигателями, задачи, выполняемые в отрасли, возможно, являются наиболее сложными. Некоторые электродвигатели используются при добыче угля, а некоторые обеспечивают энергию для дробления и измельчения в цементной промышленности. С другой стороны, для сталелитейных заводов требуется стабильная подача для обеспечения непрерывности производственного процесса в чрезвычайно теплой атмосфере. По этой причине часто используют специальные двигатели для конвейерных лент.В сахарной промышленности используются индивидуальные высоковольтные двигатели или двигатели IE4 super premium, поскольку они могут обеспечивать более высокое напряжение, не требуя большого количества электроэнергии.

Применения в производственных машинах

Электродвигатели используются не только для питания полей и оборудования, но и для привода целого ряда производственных машин. Двигатели внизу — это те, которые приводят в движение воздушный винт, включают турбину или всасывают дым и мусор в людных общественных или частных помещениях.На гидротехнических сооружениях именно электродвигатели помогают накачивать воду. Кроме того, в компрессорах используются современные трехфазные электродвигатели, поскольку они могут в достаточной степени охлаждаться и, таким образом, выдерживать более высокие температуры. Эти преимущества также делают их идеальным выбором для промышленных котлов.

В электрических системах, которые мы используем в промышленности, на электростанциях или в частных домах, двигатели и генераторы стали повседневным устройством. В связи со спросом на системы с высокой энергоэффективностью и низким энергопотреблением можно наблюдать изобретение новых моделей этих электрических устройств.Основным расчетным фактором надежной работы двигателей и генераторов является коэффициент мощности. Это отношение приложенной мощности к требуемой мощности. Обычно общая мощность, потребляемая на промышленных предприятиях и на предприятиях, рассчитывается на основе коэффициента мощности. Поэтому коэффициент мощности всегда следует поддерживать на одном и том же уровне. Однако из-за увеличения реактивной мощности в этих устройствах коэффициент мощности уменьшается. Введено множество методов для поддержания постоянного значения коэффициента мощности.Концепция синхронного двигателя — одна из них.

Синхронный двигатель: что это такое?

Синхронный двигатель определяется следующим образом: двигатель переменного тока, в котором в неподвижном состоянии вращение вала синхронно с частотой приложенного тока.

Синхронный двигатель не работает с индукционным током. В отличие от асинхронных двигателей, эти двигатели имеют многофазные магниты переменного тока на статоре, которые создают вращающееся магнитное поле.В этом случае ротор имеет постоянный магнит, который синхронизирован с вращающимся магнитным полем и вращается синхронно с частотой подаваемого тока.

Функциональность синхронного двигателя

Работа синхронных двигателей основана на взаимодействии магнитного поля статора в сочетании с магнитным полем ротора. Трехфазные обмотки включены в статор и работают от трехфазного тока. Таким образом, обмотка статора создает трехфазное вращающееся магнитное поле.На ротор подается постоянный ток.

Если нагрузка больше, чем нагрузка пробоя, двигатель десинхронизируется. Преимущество трехфазной обмотки статора состоит в том, что она определяет направление вращения. При однофазной обмотке нет необходимости определять направление вращения, и двигатель может запускаться в обоих направлениях. Пусковые устройства необходимы для управления направлением вращения в этих синхронных двигателях.

Области применения синхронных двигателей

Синхронные двигатели обычно используются в приложениях, в которых требуется постоянная и точная скорость.Типичное применение этих маломощных двигателей — позиционирующие машины. Они также используются в приводах роботов. Синхронные двигатели также используются в шаровых мельницах, часах, проигрывателях и вертушках. Они также используются в качестве серводвигателей и синхронизаторов.

Такие двигатели доступны в диапазоне от подковообразных до промышленных с высокими рабочими характеристиками. Хотя они используются в промышленных типоразмерах с высокими рабочими характеристиками, эти двигатели могут выполнять две основные функции. Один — как эффективное средство преобразования энергии переменного тока в механическую энергию, а другой — как коррекция коэффициента мощности.

Принцип работы, типы и применение

В электрических системах, которые мы используем в промышленности, на электростанциях или в быту, двигатели и генераторы стали обычным явлением. В связи со спросом на высокоэффективные и менее энергопотребляющие системы наблюдается изобретение новых моделей этих электрических устройств. Основным расчетным фактором надежной работы двигателей и генераторов является коэффициент мощности . Это отношение приложенной мощности к требуемой мощности.Обычно общее количество электроэнергии, потребляемой предприятиями и предприятиями, рассчитывается на основе коэффициента мощности. Таким образом, коэффициент мощности всегда следует поддерживать равным единице. Но из-за роста реактивной мощности в этих устройствах коэффициент мощности уменьшается. Чтобы поддерживать коэффициент мощности равным единице, вводятся многие методы. Концепция синхронного двигателя — одна из них.

Что такое синхронный двигатель?

Определение синхронного двигателя гласит: «Двигатель переменного тока, в котором в установившемся режиме вращение вала синхронизируется с частотой приложенного тока».Синхронный двигатель работает как двигатель переменного тока, но здесь общее количество оборотов, совершаемых валом, равно целому кратному частоте приложенного тока.

Синхронный двигатель

Синхронный двигатель не использует индукционный ток для работы. В этих двигателях, в отличие от асинхронных двигателей, на stato r присутствуют многофазные электромагниты переменного тока, которые создают вращающееся магнитное поле. Здесь ротор представляет собой постоянный магнит, который синхронизируется с вращающимся магнитным полем и вращается синхронно с частотой приложенного к нему тока.

Конструкция синхронного двигателя

Статор и ротор являются основными компонентами синхронного двигателя. Здесь на корпусе статора имеется оберточная пластина, к которой прикреплены шпонки и периферийные ребра. Опоры, рамы используются для поддержки машины. Для возбуждения обмоток возбуждения постоянным током используются контактные кольца и щетки.

Цилиндрические и круглые роторы используются для 6 полюсов. Роторы с явнополюсными роторами используются, когда требуется большее количество полюсов. Конструкция синхронного двигателя и синхронного генератора аналогична.

Принцип работы синхронного двигателя

Работа синхронных двигателей зависит от взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем ротора. Статор содержит 3-х фазные обмотки и питается 3-х фазным питанием. Таким образом, обмотка статора создает трехфазное вращающееся магнитное поле. На ротор подается постоянный ток.

Ротор входит во вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, и вращается синхронно. Теперь скорость двигателя зависит от частоты подаваемого тока.

Скорость синхронного двигателя регулируется частотой приложенного тока. Скорость синхронного двигателя может быть рассчитана как

Ns = 60f / P = 120f / p

где f = частота переменного тока (Гц)
p = общее количество полюсов на фазу
P = общее количество пар полюсов на фазу.

Если приложена нагрузка, превышающая пробивную нагрузку, двигатель десинхронизируется. Трехфазная обмотка статора дает преимущество определения направления вращения.В случае однофазной обмотки невозможно определить направление вращения, и двигатель может запускаться в любом из направлений. Для управления направлением вращения в этих синхронных двигателях необходимы пусковые устройства.

Способы пуска синхронного двигателя

Момент инерции ротора останавливает крупногабаритные синхронные двигатели от самозапуска. Из-за этой инерции ротора невозможно синхронизировать ротор с магнитным полем статора в момент подачи питания.Поэтому требуется некоторый дополнительный механизм, чтобы помочь ротору синхронизироваться.

В большие двигатели включены индукционные обмотки, которые создают достаточный крутящий момент, необходимый для ускорения. Для очень больших моторов для разгона ненагруженной машины используется пони-мотор. Изменяя частоту тока статора, двигатели с электронным управлением могут ускоряться даже с нулевой скорости.

Для очень маленьких двигателей, когда момент инерции ротора и механическая нагрузка желательно малы, они могут запускаться без каких-либо методов запуска.

Типы синхронных двигателей

В зависимости от метода намагничивания ротора существует два типа синхронных двигателей —

• без возбуждения.
• Постоянный ток Возбужден.

Двигатель без возбуждения

В этих двигателях ротор намагничивается внешним полем статора. Ротор содержит постоянное магнитное поле. Для изготовления ротора используется сталь с высокой удерживающей способностью, такая как кобальтовая сталь. Они классифицируются как двигатели с постоянным магнитом, реактивные и гистерезисные.

• В синхронных двигателях с постоянными магнитами постоянный магнит используется вместе со сталью для конструкции ротора. У них постоянное магнитное поле в роторе, поэтому индукционную обмотку нельзя использовать для запуска. Применяются в качестве безредукторных двигателей лифтов.

Синхронный двигатель с постоянным магнитом

• Ротор реактивного двигателя выполнен из стального литья с выступающими полюсами. Чтобы минимизировать пульсации крутящего момента, полюса ротора меньше полюсов статора. Содержит обмотку с короткозамкнутым ротором для обеспечения пускового момента ротора.Используется в измерительных приборах.
• Двигатели с гистерезисом — это самозапускающиеся двигатели. Здесь ротор представляет собой гладкий цилиндр, изготовленный из магнитотвердой кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой. Эти двигатели дороги и используются там, где требуется точная постоянная скорость. Обычно используется в качестве серводвигателей.

Двигатель с возбуждением постоянным током

Здесь ротор возбуждается постоянным током, подаваемым непосредственно через контактные кольца. Также используются индукция переменного тока и выпрямители. Обычно они бывают больших размеров, например, больше 1 лошадиных сил и т. Д.

Двигатель с возбуждением постоянным током

Применение синхронных двигателей

Обычно синхронные двигатели используются там, где требуется точная и постоянная скорость. Эти двигатели с низким энергопотреблением включают в себя позиционирующие машины. Они также применяются в приводах роботов. В шаровых мельницах, часах, проигрывателях пластинок также используются синхронные двигатели. Кроме того, эти двигатели также используются в качестве серводвигателей и синхронизаторов.

Эти двигатели доступны в диапазоне от дробных подковообразных до мощных промышленных размеров.Хотя эти двигатели используются в промышленных масштабах большой мощности, они выполняют две важные функции. Один является эффективным средством преобразования энергии переменного тока в механическую энергию, а другой — коррекцией коэффициента мощности. С каким применением серводвигателя вы сталкивались?

Применение синхронных двигателей | Электрооборудование Вопросы и ответы

В промышленности асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором используются в основном для двигателей и приводных систем. Синхронные двигатели очень редко используются мощностью менее 40 кВт из-за более высокой стоимости по сравнению с асинхронными двигателями.В дополнение к более высокой начальной стоимости синхронным двигателям требуется источник возбуждения постоянного тока, а устройства запуска и управления обычно более дороги. Однако для определенного диапазона мощности и скорости высокая начальная стоимость лаков для синхронных двигателей более экономична по сравнению с асинхронными двигателями. В тех случаях, когда требуется высокая мощность, синхронные двигатели с низкой скоростью вращения более экономичны по сравнению с асинхронными двигателями.

Различные классы эксплуатации, в которых используются синхронные двигатели, могут быть классифицированы как:

• Коррекция коэффициента мощности
• Регулировка напряжения
• Приводы с постоянной частотой вращения и постоянной нагрузкой

Заявки:

• Синхронные двигатели используются на генерирующих станциях и на подстанциях, подключенных к сборным шинам, для повышения коэффициента мощности.Для этого они работают без механической нагрузки на них и в состоянии перевозбуждения. Эти машины при возбуждении передают реактивную мощность в сеть и помогают улучшить коэффициент мощности системы. Реактивную мощность, выдаваемую синхронными двигателями, можно регулировать, изменяя возбуждение поля двигателя. Эти двигатели, используемые для коррекции коэффициента мощности, также можно назвать «синхронными конденсаторами». Преимущество синхронных конденсаторов по сравнению с шунтирующими конденсаторами заключается в том, что шунтирующие конденсаторы генерируют постоянную реактивную мощность, тогда как, с другой стороны, синхронные конденсаторы могут обеспечивать различные уровни реактивной мощности путем изменения возбуждения машины.
• Из-за более высокого КПД по сравнению с асинхронными двигателями они могут использоваться для нагрузок, требующих постоянной скорости. Некоторые из типичных областей применения высокоскоростных синхронных двигателей — это такие приводы, как вентиляторы, нагнетатели, генераторы постоянного тока, линейные валы, центробежные насосы, компрессоры, поршневые насосы, резиновые и бумажные фабрики
• Синхронные двигатели используются для регулирования напряжения на концах линий электропередачи
• В текстильной и бумажной промышленности синхронные двигатели используются для достижения широкого диапазона скоростей с помощью системы частотно-регулируемого привода.

▷ Синхронные и асинхронные двигатели — где их использовать?

Многие люди часто не понимают, что такое синхронные и асинхронные двигатели, и каковы их области применения.Именно поэтому один из новейших членов сообщества электротехники написал эту статью. Проверьте это ниже:

Следующая информация касается общих принципов работы синхронных и асинхронных двигателей, их преимуществ, а также где они обычно используются и чего можно достичь с помощью каждого из этих двигателей.

Давайте сначала сконцентрируемся на их принципах работы…

Синхронные и асинхронные двигатели — принципы работы

Синхронные двигатели

Это типичный электродвигатель переменного тока, способный развивать синхронную скорость.В этих двигателях и статор, и ротор вращаются с одинаковой скоростью, что обеспечивает синхронизацию. Основной принцип работы заключается в том, что когда двигатель подключен к сети, электричество течет в обмотки статора, создавая вращающееся электромагнитное поле. Это, в свою очередь, индуцируется на обмотках ротора, который затем начинает вращаться.

Требуется внешний источник постоянного тока, чтобы синхронизировать направление и положение вращения ротора с направлением вращения статора. В результате такой блокировки двигатель либо должен работать синхронно, либо не вращаться совсем.

Двигатели асинхронные

Принцип работы асинхронных двигателей почти такой же, как и у синхронных двигателей, за исключением того, что к ним не подключен внешний возбудитель. Проще говоря, асинхронные двигатели, также известные как асинхронные двигатели, также работают по принципу электромагнитной индукции, в которых ротор не получает никакой электроэнергии за счет теплопроводности, как в случае двигателей постоянного тока.

Единственная загвоздка в том, что в асинхронных двигателях нет внешнего устройства, подключенного для возбуждения ротора, и, следовательно, скорость ротора зависит от переменной магнитной индукции.Это изменяющееся электромагнитное поле заставляет ротор вращаться со скоростью, меньшей, чем скорость магнитного поля статора. Поскольку скорость ротора и скорость магнитного поля статора меняются, эти двигатели известны как асинхронные двигатели. Разница в скорости известна как «проскальзывание».

Синхронные и асинхронные двигатели — преимущества и недостатки

1. Синхронный двигатель работает с постоянной скоростью и заданной частотой независимо от нагрузки. Но скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
2. Синхронный двигатель может работать в широком диапазоне коэффициентов мощности, как с запаздыванием, так и с опережением, тогда как асинхронный двигатель всегда работает с запаздывающим коэффициентом мощности, который может быть очень низким при уменьшающихся нагрузках.
3. Синхронный двигатель не запускается автоматически, тогда как асинхронный двигатель может запускаться самостоятельно.
4. На крутящий момент синхронного двигателя не влияют изменения приложенного напряжения, как на асинхронный двигатель.
5. Для запуска синхронного двигателя требуется внешнее возбуждение постоянного тока, но асинхронный двигатель не требует внешнего возбуждения для работы.
6. Синхронные двигатели обычно дороги и сложны по сравнению с асинхронными двигателями, которые менее дороги и удобны для пользователя.
7. Синхронные двигатели особенно хороши для низкоскоростных приводов (ниже 300 об / мин), потому что их коэффициент мощности всегда можно отрегулировать до 1,0, и они очень эффективны. С другой стороны, асинхронные двигатели отлично подходят для скоростей выше 600 об / мин.
8. В отличие от асинхронных двигателей, синхронные двигатели могут работать на сверхнизких скоростях за счет использования мощных электронных преобразователей, которые генерируют очень низкие частоты.Их можно использовать для привода дробилок, вращающихся печей и шаровых мельниц с регулируемой скоростью.

Синхронные и асинхронные двигатели — применение

Приложения для синхронных двигателей

1. Обычно они используются на электростанциях для достижения соответствующего коэффициента мощности. Они работают параллельно шинам и часто перегружаются извне для достижения желаемого коэффициента мощности.
2. Они также используются в обрабатывающей промышленности, где используется большое количество асинхронных двигателей и трансформаторов для преодоления отставания p.f.
3. Используется на электростанциях для выработки электроэнергии с заданной частотой.
4. Используется для управления напряжением путем изменения его возбуждения в линиях передачи.

Применение асинхронных двигателей

Более 90% двигателей, используемых в мире, являются асинхронными двигателями, и они находят широкое применение в самых разных областях. Некоторые из них:

1. Центробежные вентиляторы, нагнетатели и насосы
2. Компрессоры
3. Конвейеры
4. Подъемники, а также краны большой грузоподъемности
5. Станки токарные
6. Масляные, текстильные, бумажные комбинаты и т. Д.

Заключение

В заключение, синхронные двигатели используются только тогда, когда от машины требуются характеристики низкой или сверхнизкой скорости, а также при желаемых коэффициентах мощности (как отстающих, так и опережающих). В то время как асинхронные двигатели преимущественно используются в большинстве вращающихся или движущихся машин, таких как вентиляторы, подъемники, шлифовальные машины и т. Д.

Что вы думаете об этой статье? Вам это помогло?

Синхронный двигатель: Синхронный двигатель с регулировкой поля

Последний раз Д.Рос опубликовал очень интересную статью о моторах и приводах. Сегодня он снова занимается синхронными двигателями, и знаете что? Он предложил опубликовать серию статей о моторах! Мы сердечно его благодарим.

Если вы тоже хотите внести свой вклад в блог, просто отправьте нам письмо.
Синхронные машины высоко ценятся в отрасли благодаря своим уникальным приложениям, связанным с высоким потреблением механической мощности, управлением энергосистемой и коррекцией коэффициента мощности предприятия.

Однако уникальность этих приложений привела к появлению различных методов регулирования, ориентированных на удовлетворение их конкретных требований.

Рисунок 1: Шаровая мельница с приводом от синхронного двигателя

Типы регулирования поля постоянного тока

Рисунок 2: Панель управления синхронным двигателем прежней версии

Постоянное возбуждение

Наиболее распространенный тип регулирования поля постоянного тока, преимущественно используемый в первичных технологических процессах, — это подача постоянного уровня постоянного тока в обмотки возбуждения синхронного двигателя. Этот простой метод гарантирует хорошую стабильность и по своей сути подает реактивную мощность на шину низкого напряжения; таким образом компенсируется чрезмерно опережающий коэффициент мощности, вызванный индуктивными нагрузками; однако эта реактивная мощность зависит от условий двигателя, в том числе нагрузки, напряжения и температуры.

Недостатком этой стратегии регулирования является то, что по мере уменьшения механической нагрузки напряжение в энергосистеме может возрасти.

Подобно этому методу, вместо задания уставки тока, источник питания возбудителей предназначен для регулирования напряжения поля. Таким образом, поскольку сопротивление обмоток возбуждения изменяется в зависимости от температуры, обеспечивается лучшая стабильность.

Рисунок 3: Панель управления источником постоянного тока возбуждения

Регулировка реактивной мощности

Эта стратегия управления двигателем в основном используется, когда целью синхронного двигателя является, помимо управления вторичной технологической нагрузкой, обеспечение определенного количества реактивной мощности для управления напряжением энергосистемы установки, коэффициентом мощности или реактивной мощностью.

Рисунок 4: Диаграмма реактивной способности синхронного двигателя

Следовательно, поскольку переменная процесса является внешним условием для синхронного двигателя, но включает его электрические характеристики, этот метод компенсирует переменные условия по температуре, нагрузке или напряжению в синхронном двигателе; что, по той же причине, делает синхронный двигатель очень уязвимым к сбоям в энергосистеме.
Однако главным недостатком этого метода управления является то, что, поскольку он более сложен, чем питание постоянного поля, стабильность двигателя может быть нарушена.

Рис. 5: V-образные кривые синхронного двигателя, пример

Регулировка коэффициента мощности

Когда нагрузка, приводимая в движение синхронным двигателем, является преобладающим технологическим процессом, регулирование коэффициента мощности становится идеальной стратегией управления, поскольку коэффициент мощности машины является следствием преобразования ее электрической энергии в механическую, что включает все условия, касающиеся двигателя: температура, напряжение, ток якоря и переходные процессы в нагрузке. Это последнее условие присуще промышленным применениям синхронных двигателей в первичных процессах: дробление руды, сжатие газа, истощение газа и т. Д.

Опять же, поскольку этот метод основан на преобразовании энергии, он уязвим для нарушений в энергосистеме. Однако недостатком этой стратегии управления является ее сложность, поскольку она требует настройки отклика на инжекцию поля постоянного тока в соответствии с требованиями механических приложений; что привело к практике записи V-образных кривых профиля применения синхронного двигателя.

Рисунок 6: Плата управления переменным постоянным током для питания синхронного двигателя на месте

Рисунок 7: Силовая электроника управления переменным постоянным током для питания синхронного двигателя на месте

Ваш двигатель, соответствующий вашей отрасли

В заключение, инжекция статического поля ограничивает возможности синхронных двигателей.Воспользовавшись достижениями в области силовой электроники и электротехники, использование техники регулирования поля позволит выявить все самое лучшее в вашей приводной системе, от продления срока службы двигателей до значительного снижения потребления энергии; независимо от стратегии управления полем, которая наилучшим образом соответствует требованиям вашего приложения или предприятия.

Преимущества | Применение синхронного двигателя

Привет друзья,

В этой статье я собираюсь описать преимущества и применение синхронного двигателя .Некоторые характерные особенности этой машины следующие:

1 . Он работает с постоянной скоростью (синхронная скорость). Единственный способ изменить его скорость — это изменить частоту питающей сети.

2 . По сути, он не запускается автоматически.

3 . На холостом ходу он потребляет очень небольшой ток из сети, чтобы компенсировать внутренние потери двигателя. С увеличением крутящего момента нагрузки угол δ крутящего момента увеличивается, и двигатель потребляет больше тока из сети.После того, как входной ток достигает максимума (при угле крутящего момента δ , почти равном 90 ^o ) дальнейшее увеличение нагрузки невозможно. При дальнейшей нагрузке на двигатель он выходит из синхронизма и останавливается.

Синхронные двигатели в основном используются в приложениях с постоянной скоростью ; некоторые из них как под:

1 . Синхронный двигатель с перевозбуждением работает с опережающим коэффициентом мощности и принимает опережающий ток от шин, поэтому его можно использовать для повышения общего коэффициента мощности установки.Когда синхронный двигатель работает без нагрузки с перевозбуждением для повышения коэффициента мощности установки, он называется синхронным конденсатором или синхронным конденсатором.

2 . Такие двигатели также используются для регулирования напряжения на концах линий электропередачи.

3 . Поскольку обеспечивает более высокий КПД синхронных двигателей , они могут использоваться для нагрузок, где требуется постоянная скорость. Типичные области применения высокоскоростного синхронного двигателя (выше 500 об / мин) — это вентиляторы, нагнетатели, насосы и компрессоры.

4 . Синхронные двигатели могут быть построены для скоростей от 120 об / мин . Они хорошо подходят для прямого подключения к поршневым компрессорам.

5 . Взбиватели и измельчители целлюлозы, сталепрокатные и сталепрокатные станы, дробилки для горных пород и руды, как правило, подсоединяются к двигателю или приводятся в движение.

Преимущества и недостатки синхронного двигателя:

1 . Он может работать в широком диапазоне коэффициентов мощности, как отстающих, так и опережающих.Следовательно, он может использоваться для коррекции коэффициента мощности в дополнение к передаче крутящего момента для привода нагрузок.

2 . Большинство синхронных двигателей имеют мощность от 150 до 15 кВт и работают со скоростью от 150 до 1800 об / мин.

3 . Это на дешевле в определенных кВт и диапазонах скоростей , т. Е. Для номинальной мощности от 35 до 350 кВт при скоростях менее 500 об / мин.

4 . Обычно он работает на более высоких КПД, особенно на низкой скорости с единичным коэффициентом мощности

.

5 .Он может быть сконструирован с более широкими воздушными зазорами, чем асинхронные двигатели, что делает его механически тестируемым .

Недостатки синхронного двигателя

• Он не запускается автоматически. Для самозапуска используются специальные методы.
• Требует частого обслуживания.
• Для возбуждения необходим внешний источник постоянного тока.
• Необходима дополнительная демпферная обмотка.
• Поиск происходит при внезапном изменении нагрузки.

Преимущества системы вращающегося поля

Только в малых синхронных машинах (т.е.е. синхронные двигатели и синхронные генераторы) система возбуждения размещена на статоре, а обмотка якоря — на роторе. Но в более мощных машинах обмотка возбуждения размещается на роторе, а обмотка якоря — на статоре. Ниже приведены важные преимущества системы вращающегося поля по сравнению со стационарной системой поля:

1 . Обмотка якоря сложнее обмотки , чем обмотка возбуждения. Поэтому обмотку якоря легко разместить на стационарной конструкции.

2 . Размер проводников якоря намного больше, чтобы пропускать большие токи. Поэтому в нем развиваются высокие центробежные напряжения. Таким образом, их предпочтительно размещать на стационарной конструкции.

3 . В современных генераторах переменного тока (синхронных генераторах) вырабатывается высокое напряжение. Следовательно, требуется тяжелая изоляция , и обмотку высокого напряжения легко изолировать, когда она размещена на стационарной конструкции.

4 .Размер контактных колец зависит от силы тока. Следовательно, при использовании системы вращающегося поля легко подавать небольшой ток для возбуждения через контактные кольца меньшего размера.

5 . Легче построить правильно сбалансированный высокоскоростной ротор, когда они несут на себе полевую систему.

6 . Вес ротора меньше веса , когда на роторе установлена ​​полевая система. Это снижает некоторые потери, например потери на трение.

7 . Система охлаждения жидкого теста может быть предусмотрена, когда якорь находится в неподвижном состоянии.

Спасибо, что прочитали о «применении синхронного двигателя».

Синхронные двигатели

: определение, принцип работы, типы и применение

Двигатели и генераторы — незаменимые части электрической системы, которые мы используем либо в таких отраслях, как электростанции, либо в быту. Потребность в электрических системах, производящих большую энергию и потребляющих меньше энергии, видна в изобретении новых моделей этих электрических устройств.Один из многих видов двигателей, которые пришли нам на помощь в последние десятилетия, — это синхронные двигатели.

В этой статье Linquip мы намерены представить этот двигатель, его принцип работы, основные компоненты и поговорить о его различных типах. Мы знаем, что многие из вас собираются купить такой, поэтому мы поговорим о различных областях применения этого двигателя. Читайте дальше, чтобы получить ответы на свои вопросы по этой теме.

Вначале мы подготовили для вас простое определение синхронных двигателей, которое поможет вам войти в следующие разделы.Давайте начнем!

Что такое синхронный двигатель?

Синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, в котором скорость вращения вала совпадает с частотой приложенного тока. Другими словами, принцип работы синхронного двигателя такой же, как и у двигателя переменного тока, но с той разницей, что общее количество оборотов, совершаемых валом в синхронном режиме, равно целому числу, кратному частоте приложенного тока.

Синхронный двигатель не зависит от индукционного тока для своей работы.В этом типе двигателя, в отличие от асинхронных двигателей, на статоре есть многофазные электромагниты переменного тока, которые создают вращающееся магнитное поле. В синхронном режиме ротор состоит из постоянного магнита, который синхронизируется с вращающимся магнитным полем и вращается синхронно с частотой приложенного к нему тока.

В следующих двух разделах вы познакомитесь с конструкцией этого типа двигателя и узнаете, как именно он работает. Пожалуйста, продолжайте читать.

Подробнее о Linquip

Все о типах двигателей постоянного тока и их применении
Шунтирующие двигатели постоянного тока

: понятное объяснение принципа работы и компонентов

Как устроен синхронный двигатель?

Как и многие другие двигатели, статор и ротор являются двумя основными компонентами синхронного двигателя.Рама статора синхронного двигателя имеет защитную пластину, к которой прикреплены шпоночные стержни и периферийные ребра. Для поддержки машины используются опоры или рамы, а также контактные кольца и щетки для возбуждения обмоток возбуждения постоянным током.

В синхронном двигателе используются цилиндрические и круглые роторы для 6-полюсных применений. Когда требуется большее количество полюсов, лучше всего использовать роторы с явнополюсными полюсами. Конструкция синхронного двигателя такая же, как и у синхронного генератора переменного тока.

Как работает синхронный двигатель?

Взаимодействие между магнитным полем статора и магнитным полем ротора. Подача трехфазного питания Статор двигателя с трехфазными обмотками. Таким образом, обмотка статора создает вращающееся магнитное поле, имеющее 3 фазы. Как мы упоминали ранее, источник постоянного тока для ротора.

Вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, находится там, где ротор входит и вращается синхронно.Теперь вам более ясно, что скорость двигателя зависит от частоты подаваемого тока. Фактически, скорость синхронного двигателя контролируется частотой приложенного тока.

Обобщая сказанное выше, трехфазная обмотка статора синхронного двигателя пропускает трехфазный ток и создает трехфазный вращающийся магнитный поток. С другой стороны, ротор также питается постоянным током и производит постоянный магнитный поток. Если учесть, что у нас частота сети 50 Гц, из приведенного выше соотношения мы можем увидеть, что трехфазный вращающийся поток вращается примерно на 3000 оборотов всего за одну минуту или 50 оборотов всего за 1 секунду.

В некоторых случаях бывает, что полюса ротора и статора имеют одинаковую полярность (N-N или S-S). Это вызывает отталкивающую силу на роторе. Эта полярность очень скоро станет С-Ю, и она вызовет силу притяжения. Но из-за инерции ротора он не может вращаться в любом направлении из-за этой силы притяжения или отталкивания, и ротор остается в состоянии покоя. Вот почему синхронный двигатель не запускается автоматически.

Итак, вы ознакомились с общей функцией синхронных двигателей.Теперь, когда вы знаете, какова цель этой конструкции и как она работает, давайте посмотрим, сколько у нее типов и чем они отличаются друг от друга.

Различные типы синхронного двигателя

, основанный на методе намагничивания ротора, существует два типа синхронных двигателей:

1. Двигатель без возбуждения

2. Двигатель с возбуждением от постоянного тока

3. Двигатель без возбуждения

• В двигателях этого типа ротор намагничивается внешним магнитным полем статора, а ротор имеет постоянное магнитное поле.В этом типе ротора используется сталь с высокой удерживающей способностью, такая как кобальтовая сталь. Это вызывает три других классификации: двигатели с постоянным магнитом, реактивные и гистерезисные двигатели.
• В синхронных двигателях с постоянными магнитами наряду со сталью используется постоянный магнит. У них постоянное магнитное поле в роторе, поэтому индукционную обмотку нельзя использовать для запуска. Применяются в качестве безредукторных двигателей лифтов.
• Ротор реактивного двигателя выполнен из стального литья с выступающими полюсами.Полюса ротора меньше полюсов статора, чтобы минимизировать пульсации крутящего момента.
• Двигатели с гистерезисом — это самозапускающиеся двигатели. В синхронных двигателях этого типа ротор представляет собой гладкий цилиндр, изготовленный из твердой кобальтовой стали. Этот тип двигателя дорог и обычно используется там, где требуется точная постоянная скорость.

2. Двигатель с возбуждением от постоянного тока

Когда ротор синхронного двигателя возбуждается постоянным током, подаваемым непосредственно через контактные кольца, это называется двигателем с возбуждением постоянным током.

Основные характеристики синхронных двигателей

• Первой особенностью синхронных двигателей является то, что скорость не зависит от нагрузки. Это означает, что на скорость двигателя не влияет изменение нагрузки.
• Вторая главная особенность заключается в том, что они не запускаются автоматически, и им нужен первичный двигатель, чтобы вращать двигатель с их синхронной скоростью.
• И последняя основная характеристика — синхронный двигатель работает как с опережающим, так и с запаздывающим коэффициентом мощности.

Где используется синхронный двигатель?

Синхронные двигатели обычно используются там, где требуется точная и постоянная скорость. Эти двигатели с низким энергопотреблением включают в себя позиционирующие машины. Этот вид электродвигателей также применяется в приводах роботов. В некоторых других приложениях используются синхронные двигатели, такие как шаровые мельницы, часы и проигрыватели виниловых пластинок. Кроме того, эти двигатели также используются в качестве серводвигателей и синхронизаторов.

Подробнее о коллекторных двигателях Linquip

: краткое введение в структуру и принцип работы

Заключение

В этой статье мы попытались показать вам, что именно делает синхронный двигатель.Чтобы вам было понятно, мы проанализировали принцип работы синхронных двигателей и подробно остановились на том, как они работают. Мы объяснили, из каких частей он состоит. После этого мы углубились в разные и основные типы. затем мы достигли различных характеристик и функций. Наконец, мы рассказали вам о его приложениях и о том, где он чаще всего используется.

Если у вас есть опыт использования разных типов синхронной передачи, мы будем очень рады услышать ваше мнение в комментариях. Кстати, если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме, и если вы все еще не уверены в этом устройстве, вы можете зарегистрироваться на нашем веб-сайте и дождаться, пока наши специалисты по Linquip ответят на ваши вопросы.Надеюсь, вам понравилась эта статья.

.