Принцип работы синхронного электродвигателя: Синхронный генератор переменного тока: устройство, принцип работы, применение

Содержание

Синхронный электродвигатель принцип работы - советы электрика

Принцип действия синхронного двигателя

Источник: https://electric-220.ru/news/princip_dejstvija_sinkhronnogo_dvigatelja/2013-12-05-465

Разбираемся в принципах работы электродвигателей: преимущества и недостатки разных видов

Электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции.

Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.

Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока

В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. Приоритет ее изобретения принадлежит русскому инженеру Б. С. Якоби. Первая промышленная модель двигателя постоянного тока была создана в 1838 году. С тех пор его конструкция не претерпела кардинальных изменений.

В двигателях постоянного тока небольшой мощности один из магнитов является физически существующим. Он закреплен непосредственно на корпусе машины. Второй создается в обмотке якоря после подключения к ней источника постоянного тока. Для этого используется специальное устройство – коллекторно-щеточный узел. Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, закрепленное на валу двигателя.

К нему подключены концы обмотки якоря.

Чтобы возник вращающий момент, необходимо непрерывно менять местами полюса постоянного магнита якоря. Происходить это должно в момент пересечения полюсом так называемой магнитной нейтрали. Конструктивно такая задача решается разделением кольца коллектора на секторы, разделенные диэлектрическими пластинами.

Концы обмоток якоря присоединяются к ним поочередно.

Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни, имеющие высокую электрическую проводимость и малый коэффициент трения скольжения.

В двигателях большой мощности физически существующих магнитов не используют из-за их большого веса. Для создания постоянного магнитного поля статора используется несколько металлических стержней, каждый из которых имеет собственную обмотку из проводника, подключенного к плюсовой или минусовой питающей шине. Одноименные полюса включаются последовательно друг другу.

Количество пар полюсов на корпусе двигателя может быть равно одной или четырем. Число токосъемных щеток на коллекторе якоря должно ему соответствовать.

Электродвигатели большой мощности имеют ряд конструктивных хитростей. Например, после запуска двигателя и с изменением нагрузки на него, узел токосъемных щеток сдвигается на определенный угол против вращения вала. Так компенсируется эффект «реакции якоря», ведущий к торможению вала и снижению эффективности электрической машины.

Также существует три схемы подключения двигателя постоянного тока:

  • с параллельным возбуждением;
  • последовательным;
  • смешанным.

Параллельное возбуждение – это когда параллельно обмотке якоря включается еще одна независимая, обычно регулируемая (реостат).

Такой способ подключения позволяет очень плавно регулировать скорость вращения и достигать ее максимальной стабильности. Его используют для питания электродвигателей станков и кранового оборудования.

Обратите внимание

Последовательная – в цепь питания якоря дополнительная обмотка включена последовательно. Такой тип подключения используется для того, чтобы в нужный момент резко нарастить вращающее усилие двигателя. Например, при трогании с места железнодорожных составов.

Двигатели постоянного тока имеют возможность плавной регулировки частоты вращения, поэтому их применяют в качестве тяговых на электротранспорте и грузоподъемном оборудовании.

Двигатели переменного тока — в чем отличие?

Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока для создания крутящего момента предусматривают использование вращающегося магнитного поля. Их изобретателем считается русский инженер М. О. Доливо-Добровольский, создавший в 1890 году первый промышленный образец двигателя и являющийся основоположником теории и техники трехфазного переменного тока.

Вращающееся магнитное поле возникает в трех обмотках статора двигателя сразу, как только они подключаются к цепи питающего напряжения. Ротор такого электромотора в традиционном исполнении не имеет никаких обмоток и представляет собой, грубо говоря, кусок железа, чем-то напоминающий беличье колесо.

Магнитное поле статора провоцирует возникновение в роторе тока, причем очень большого, ведь это короткозамкнутая конструкция. Этот ток вызывает возникновение собственного поля якоря, которое «сцепляется» с вихревым магнитным потом статора и заставляет вращаться вал двигателя в том же направлении.

Магнитное поле якоря имеет ту же скорость, что и статора, но отстает от него по фазе примерно на 8–100. Именно поэтому двигатели переменного тока называются асинхронными.

Принцип действия электродвигателя переменного тока с традиционным, короткозамкнутым ротором, имеет очень большие пусковые токи. Вероятно, многие из вас это замечали – при пуске двигателей лампы накаливания меняют яркость свечения. Поэтому в электрических машинах большой мощности применяется фазный ротор – на нем уложены три обмотки, соединенные «звездой».

Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.

Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи

Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле статора проще всего получить от трехфазного напряжения, принцип действия асинхронного электродвигателя позволяет ему работать и от однофазной, бытовой сети, если в их конструкцию будут внесены некоторые изменения.

Для этого на статоре должно быть две обмотки, одна из которой является «пусковой». Ток в ней сдвигается по фазе на 90° за счет включения в цепь реактивной нагрузки. Чаще всего для этого используется конденсатор.

Важно

Запитать от бытовой розетки можно и промышленный трехфазный двигатель. Для этого в его клеммной коробке две обмотки соединяются в одну, и в эту цепь включается конденсатор. Исходя из принципа работы асинхронных электродвигателей, запитанных от однофазной цепи, следует указать, что они имеют меньший КПД и очень чувствительны к перегрузкам.

Электродвигатели этого типа легко запускаются, но частоту их вращения практически невозможно регулировать.

Они чувствительны к перепадам напряжения, а при «недогрузе» снижают коэффициент полезного действия, становясь источником непропорционально больших затрат электроэнергии. При этом существуют методы использования асинхронного двигателя как генератор.

Универсальные коллекторные двигатели — принцип работы и характеристики

В бытовых электроинструментах малой мощности, от которых требуются малые пусковые токи, большой вращающий момент, высокая частота вращения и возможность ее плавной регулировки, используются так называемые универсальные коллекторные двигатели. По своей конструкции они аналогичны двигателям постоянного тока с последовательным возбуждением.

В таких двигателях магнитное поле статора создается за счет питающего напряжения. Только немного изменена конструкция магнитопроводов – она не литая, а наборная, что позволяет уменьшать перемагничивание и нагрев токами Фуко. Последовательно включенная в цепь якоря индуктивность дает возможность менять направление магнитного поля статора и якоря в одном направлении и в той же фазе.

Практически полная синхронность магнитных полей позволяет двигателю набирать обороты даже при значительных нагрузках на валу, что и требуется для работы дрелей, перфораторов, пылесосов, «болгарок» или полотерных машин.

Если в питающую цепь такого двигателя включен регулируемый трансформатор, то частоту его вращения можно плавно менять. А вот направление, при питании от цепи переменного тока, изменить не удастся никогда.

Такие электромоторы способны развивать очень высокие обороты, компактны и имеют больший вращающий момент. Однако наличие коллекторно-щеточного узла снижает их моторесурс – графитовые щетки достаточно быстро истираются на высоких оборотах, особенно если коллектор имеет механические повреждения.

Электродвигатели имеют самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.

Синхронный принцип работы электродвигателя на видео

Источник: http://elektrik24.net/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/princip-raboty-3.html

Принципиальное устройство электродвигателя

Электродвигатель — это прибор для преобразования электроэнергии в механическую.

Устройство электродвигателя несложное, а принцип его работы основывается на обнаруженном Фарадеем в 1921 году эффекте электромагнетизма, успешно применяемом и в настоящее время.

Его принцип гласит: взаимодействие электротока в проводнике с постоянным магнитным полем приводит к непрерывному вращению проводника.

Основные разновидности электродвигателей

Основными компонентами электродвигателя, обеспечивающими его вращение, являются магниты и электромагниты. В роли последних выступают катушки из намотанного проводника.

Все виды электродвигателей можно разделить на 3 основных группы:

  • двигатели класса AC. Они работают за счёт напряжения переменного тока, и для подключения могут требовать как одну, так и три фазы;
  • электродвигатели DC. Их работа осуществляется за счёт напряжения постоянного тока;
  • универсальные электродвигатели. Они работают вне зависимости от типа подаваемого на них напряжения. Единственное условие — обеспечение номинальной мощности и вольтажа подаваемой электроэнергии.

Несмотря на одинаковое использование моторами принципов преобразования энергии, они могут существенно различаться между собой. Причём как конструктивно, так и по способу контроля скорости, регулированию момента вращения.

Использование электродвигателей чрезвычайно широко как в быту, так и на производстве. Дома можно обнаружить немалое число бытовой техники, в которой они служат основными узлами: вентиляторы, кондиционеры, стиральные машины, соковыжималки. Не являются исключением и компьютеры.

Электродвигатели также применяются для работы секционных ворот и шлагбаумов, в качестве основного силового агрегата в тепловозах и электровозах. В последнее время стало широко популярно их применение в автомобилестроении — в качестве оснащения гибридных авто и электромобилей.

По принципу работы электромоторы разделяются на 2 группы:

  1. Синхронные. Их конструкция предусматривает наличие обмотки на роторе. Для подачи на неё напряжения используются щётки из токопроводящего материала. Скорость вращения моторов равна скорости движения магнитного поля.
  2. Асинхронные. Они характеризуются отсутствием обмоток ротора и щёток, что существенно упрощает их конструкцию и делает её надёжнее. В асинхронных электромоторах обороты ротора меньше скорости вращения магнитного поля.

Постараемся разобрать подробнее устройство электродвигателей обоих типов.

Как устроен синхронный электромотор

Двигатели этого типа получили широкое распространение в быту. Во многом благодаря возможности регулировки и поддержания заданной скорости вращения. Кроме этого, в отличие от асинхронных электромоторов, синхронные двигатели могут раскручиваться свыше 3000 оборотов в минуту. Они применяются в электроинструменте, бытовой технике, климатических системах и пр.

Их конструкция следующая: в корпусе установлены обмотки, и они же присутствуют на роторе или якоре. Выводы обмоток ведут к коллектору или площадкам токопроводящего кольца. Подачи напряжения на них осуществляется щетками (обычно на основе графита). Схема установки щёток такова, что они воздействуют только на пару обмоток, и воздействие при вращении мотора чередуются.

Распространёнными неисправностями синхронных двигателей являются:

  1. Износ, разрушение щёток или снижение качества контакта.
  2. Попадание грязи на коллектор.
  3. Выход из строя подшипников.
  4. Обрыв или перегорание обмотки.

Для создания вращающего момента используется взаимодействие токов якоря и создаваемого обмоткой магнитного поля. Для регулировки оборотов нужно изменять величину подаваемого на обмотки электромотора напряжения, что осуществляется при помощи реостатов.

Устройство асинхронного двигателя

Преимуществом моторов асинхронного типа является возрастание мощности пропорционально нагрузке. К примеру, при холостом ходе мотора он работает на максимальных оборотах, но при этом потребляет минимум энергии. При увеличении нагрузки, приводящей к снижению оборотов, крутящий момент увеличивается, и тем самым электромотор выходит на номинальную мощность.

Однако устройство электродвигателя этого типа имеет и определённые недостатки:

  1. При работе в трехфазных сетях переменного тока скорость вращения не может превышать 3000 оборотов.
  2. При подаче нагрузки, превышающей мощность мотора, произойдёт его стопорение, в результате чего обмотки или сам ротор выйдут из строя.
  3. При выборе электродвигателя необходимо учитывать его производительность. Установка мотора меньшей мощности приведёт к выходу его из строя, большей — к неоправданно высоким энергозатратам.

Асинхронный двигатель представляет собой корпус, в котором уложены обмотки статора. При использовании трехфазной сети количество обмоток будет равно 3. При подаче на них напряжения возникает магнитное поле, приводящее вал электромотора в движение. Охлаждение осуществляется за счёт установленного на конце вала вентилятора.

Скорость вращения ротора асинхронного мотора зависима от числа полюсов в статоре. При их кратном увеличении происходит снижение оборотов двигателя, но при этом возрастает его мощность.

Ещё одним существенным недостатком является невозможность осуществлять регулировку оборотов. Проблема в том, что она зависит непосредственно от частоты тока, а использование высокоточных модификаторов синуса нецелесообразно.

Совет

Основное их применение — механизмы и оборудование, работа которых не требует регулировки и большой скорости вращения, при этом на максимальную мощность они должны выходить только при нагрузке.

К примеру — циркулярные пилы и прочее столярное оборудование.

Источник: https://uelektrika.ru/sovety-elektrika/ustroystvo-yelektrodvigatelya/

Устройство синхронного двигателя

Все электродвигатели построены на одном и том же принципе взаимодействия магнитных полей. Катушка с сердечником из ферромагнитного материала оказывает заметное механическое воздействие на другую аналогичную катушку. Разноименные полюсы соленоидов притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Поэтому в двигателе должно быть пространственное перемещение полюсов магнитного поля, создаваемое одной его частью.

А другая часть движка создает свои полюсы и откликается вращением на пространственное перемещение полюсов. Она может содержать как постоянные магниты, так и катушки с сердечником.

Далее расскажем о том, как магнитные поля функционируют в синхронных двигателях, а также предоставим другую информацию об этих машинах.

Конструктивные особенности

Синхронный двигатель содержит

  • часть конструкции, в которой создается перемещающееся магнитное поле, называемую статором;
  • часть двигателя, которая вращается от воздействия магнитного поля, называемую ротором;
  • провод, соединяющий движок с источником питания, который сравнивают с якорной цепью корабля. Чтобы указать на ту часть двигателя, которая присоединена к проводу, ее называют якорем. В рассматриваемой машине питающий провод присоединен к статору. Следовательно, это якорь.

Составные частит синхронных двигателей

Чем больше витков содержат взаимодействующие катушки, тем меньший ток потребуется для эффективной работы движка. Но сила тока — это не самая сложная проблема. Главное — создать пространственное перемещение магнитного поля, что весьма непросто.

По этой причине синхронный двигатель появился только после того, как заработал первый генератор. Его создал в 1891 г. М.О. Доливо-Добровольский. Обратимость электрических машин позволяет использовать их и генераторами, и двигателями. Обратима и синхронная машина. Но для движков существуют определенные конструктивные ограничения, которых нет у генераторов.

Принцип работы

Для получения направления вращения статор двигателя должен содержать как минимум две катушки. Только в такой конструкции можно создать направленное перемещение магнитного поля.

Это определяет устройство и принцип работы многих электродвигателей, питаемых от сети. Для нормальной работы синхронной машины, если это генератор, статор может содержать только одну катушку и быть источником ЭДС. Его ротор вращается принудительно.

При этом, независимо от направления вращения, на клеммах статора появится переменное напряжение.

Но если такой генератор используется как двигатель, направление вращения его ротора может быть в обе стороны.

Оно будет определяться

  • либо положением ротора в момент подачи напряжения на клеммы статора;
  • либо принудительно направлением стартового вращения.

Конструкцию большинства электрических машин в основном определяет система электроснабжения, с которой они связаны. В наши дни первичными источниками ЭДС являются трехфазные генераторы.

Эти машины создают трехфазное напряжение. Оно позволяет непосредственно получать перемещающееся магнитное поле.

Без него синхронные двигатели переменного тока не могут работать, так же, как и асинхронные движки.

Для этого используются три или две фазы, питающие обмотки статора движка. Устройство синхронного двигателя должно соответствовать схеме электропитания.

Наилучший результат получается при трехфазной конструкции статора. В этом случае магнитное поле получается вращающимся.

По этой причине трехфазный синхронный двигатель является наиболее эффективным, если его сравнивать с аналогами, но при меньшем числе фаз.

Электромагнитные процессы и вращение

Намагниченный ротор тянется за полем статора и поэтому вращается синхронно с ним. В этом и состоит принцип действия синхронного двигателя. Магнитный поток в теле ротора в основном определяет крутящий момент на вале движка.

Чем больше магнитный поток, тем больше крутящий момент. При этом независимо от нагрузки на вал (в определенных пределах) его скорость вращения не изменяется.

Меняется только взаимное положение полей статора и ротора, но не скорости вращения.

Обратите внимание

По мере увеличения нагрузки на вал полюсы ротора оказываются все больше позади поля статора. Число n оборотов в минуту ротора рассматриваемого двигателя зависит от того, сколько пар полюсов p у статора. Если он запитан переменным напряжением с частотой  f , используется формула

Формула

В результате изменения положения ротора под нагрузкой уменьшается магнитный поток в сердечнике статора.

Вследствие этого ток статора увеличивается и компенсирует уменьшение магнитного потока, противодействуя нагрузке на вале движка. Аналогичные процессы происходят в нагружаемом трансформаторе.

Полюсы статора и ротора все больше удаляются друг от друга по мере увеличения нагрузки. Но частота оборотов остается неизменной до определенного момента.

Как только электромагнитные параметры конструкции статора оказываются меньше некоторого предельного значения, ротор останавливается. Время до полной остановки определяет привод, использующий синхронный электродвигатель.

Конструкция ротора без специальных технических решений не позволяет получить крутящий момент за счет скольжения, как в асинхронном двигателе.

То же самое получится, когда синхронные двигатели запускаются — скольжение отсутствует.

Но конструкция, в которой много пар полюсов и медленное вращение ротора, может быть исключением. На самостоятельный пуск движка влияет масса ротора и скорость перемещения поля статора мимо ротора.

Важно

Обычно сила их взаимодействия может преодолеть инерцию ротора. Но после принудительной раскрутки тем или иным способом. Только при этих стартовых условиях возможна работа синхронного двигателя.

Начальная скорость для входа в синхронизм обычно близка к параметрам вращающегося магнитного поля статора.

Разновидности движков

Конструкция ротора и принцип действия синхронной машины-двигателя напрямую связана

  • с мощностью, которую надо создать на его вале,
  • необходимой для этого величиной магнитного потока,
  • параметрами напряжения питания статора.

Устройство синхронных машин небольшой мощности получается более простым при изготовлении магнитного ротора из специальных материалов. Так же применяется явно полюсный ротор с малой начальной намагниченностью.

В результате получаются конструкции с постоянными магнитами, а также гистерезисные и синхронные реактивные двигатели. На статор этих движков подается переменное напряжение. Число фаз и частота соответствуют конструкции двигателя.

В однофазных движках может быть использован конденсатор, через который подключается одна из двух обмоток статора. Но может быть применена схема из показанных далее вариантов.

Варианты устройства синхронных двигателейРазновидности роторовПринцип работы ротораОдин из вариантов конструкции двигателяРотор с постоянными магнитамиГистерезисный движокТри разновидности конструкции ротора реактивного двигателя

Гистерезисный движок похож на синхронный реактивный двигатель.

Эти синхронные машины переменного тока характеризует одинаковый принцип действия. Его определяет магнитное поле статора, намагничивающее ротор. Гистерезисный движок и синхронный реактивный электродвигатель своей надежностью не уступают асинхронным двигателям.

Однако роторы этих синхронных машин всегда бывают существенно дороже роторов асинхронных движков.

С целью получения максимального силового взаимодействия и больших по величине крутящих моментов в роторе используется принцип электромагнита. При этом его называют индуктором с обмоткой возбуждения.

Совет

Для ее питания применяется постоянное напряжение, которое подается на щетки. Они расположены на статоре и скользят по кольцам, установленным на роторе.

Через эту пару скользящих контактов течет постоянный ток возбуждения.

Классический движок с индуктором

Такое классическое устройство синхронной машины существует и в наши дни, но преимущественно в наиболее мощных моделях.

Для запуска движков обычно используются конструктивные решения со скольжением магнитных полей, характерные для асинхронных двигателей. При наличии индуктора для этого достаточно накоротко замкнуть щетки.

В синхронных электрических машинах движки без щеток в роторе делаются с пусковыми обмотками типа беличьей клетки. Могут быть иные конструктивные решения для асинхронного старта.

Важной особенностью рассматриваемых двигателей, питаемых переменным напряжением, является их польза при работе без механической нагрузки или при ее небольшой величине.

В таком режиме работы при небольшом возбуждении реактивная мощность из сети потребляется, а при значительном — отдается в сеть. Тем самым увеличивается эффективность электроснабжения.

Для этой цели делаются специальные движки, называемые синхронными компенсаторами.

Движки-компенсаторы на подстанции

Развитие полупроводниковых приборов позволило создавать вращающееся магнитное поле путем преобразования постоянного напряжения.

Очевидно то, что такое техническое решение расширило возможности управления электрическими двигателями. Регулирование частоты питающего напряжения и бесконтактный индуктор — это главные достижения полупроводниковых моделей.

Но при этом существуют ограничения, определяемые возможностями электронных ключей.

По этой причине наиболее мощные из всех существующих движков по-прежнему являются трехфазными индукторными конструкциями со щетками и кольцами.

Источник: https://domelectrik.ru/oborudovanie/dvigatel/sinhronnye-mashiny

Принцип работы электродвигателя

Главная > Теория > Принцип работы электродвигателя

Принцип работы электродвигателя основан на использовании эффекта электромагнитной индукции. Само устройство предназначено для создания механической энергии за счёт использования электрических полей.

Тип и мощность получаемой энергии зависят от способа взаимодействия магнитных полей и собственно устройства электродвигателя.

В зависимости от типа используемого напряжения двигатели классифицируют на постоянного и переменного тока.

Электродвигатели

Электродвигатель постоянного тока

Принцип действия этих двигателей основан на использования постоянных магнитных полей, создаваемых в корпусе устройства. Для их создания служит либо постоянный магнит, закреплённый на корпусе, либо электромагниты, расположенные по периметру ротора.

Основным отличием двигателей постоянного тока является наличие в их корпусе постоянно действующего магнита, закреплённого на корпусе машины. Мощность электродвигателя зависит от этого магнита, точнее от его поля. Магнитное поле в якоре создаётся при подключении к нему постоянного тока.

Но для этого необходимо, чтобы полюса постоянного магнитного поля якоря менялись местами. Для этого используются специальные коллекторно-щёточные устройства. Они устроены в виде кольца-коллектора, зафиксированного на валу движка и подключённого к обмотке якоря.

Обратите внимание

Кольцо разделено на сектора, разделённые диэлектрическими вставками. Соединение сектора коллектора с цепью якоря создаётся через скользящие по нему графитные щетки. Для более плотного контакта щётки прижимаются к кольцу коллектора пружинами.

Графит применяется ввиду своей скользящей способности, высокой теплопроводности и мягкости. Его применение практически не вредит проводникам коллектора.

При большой мощности электромоторов постоянного тока использование постоянного магнита неэффективно из-за большого веса такого устройства и низкой мощности создаваемого постоянным магнитом поля.

Для создания магнитного поля статора в этом случае используется конструкция из ряда катушечных электромагнитов, подключённых к отрицательной или положительной линии питания.

Одноименные полюсы подключаются последовательно, их количество составляет от одного до четырёх, количество щёток соответствует количеству полюсов, но, в общем, конструкция якоря практически идентична вышеописанной.

Для упрощения запуска электрического двигателя используют два варианта возбуждения:

  • параллельное, при этом рядом с обмоткой якоря включается независимая регулируемая линия, используется для плавного регулирования оборотов вала;
  • последовательное возбуждение, что говорит о способе подключения дополнительной линии, в этом случае существует возможность резкого наращивания количества оборотов или его снижения.

Нужно отметить, что этот тип моторов имеет регулируемую частоту оборотов, что достаточно часто используется в промышленности и транспорте.

Интересно. В станках используются двигатели с параллельным возбуждением, что позволяет использовать регулировку количества оборотов, в то же время для грузоподъёмного оборудования подходит последовательное возбуждение. Даже эта о

Содержание:

Прежде чем рассматривать принцип действия синхронного двигателя, необходимо помнить, что это электрическая машина, работающая на переменном токе, у которой ротор вращается с частотой, которая равна частоте вращения магнитного поля в воздушной прослойке.

Синхронный двигатель состоит из основных частей – якоря и индуктора. Обычно, его исполнение сделано таким образом, что якорь расположен на статоре, а индуктор – на роторе, отделенном воздушной прослойкой. Данные агрегаты обладают высоким коэффициентом мощности. Существенным плюсом является возможность их использования в сетях с любым напряжением.

Устройство синхронного двигателя

Конструкция синхронного двигателя состоит из двух основных частей – статора и ротора. Статор является неподвижной частью агрегата, а ротор – подвижной. В состав якоря входят одна или несколько обмоток переменного тока.

При работе двигателя токи, поступающие в якорь, приводят к вращению магнитного поля, пересекающегося с полем индуктора и преобразующего энергию. Поле якоря носит другое название – поле реакции якоря.

В генераторе такое поле создается с помощью индуктора.

В состав индуктора входят электромагниты постоянного тока, называемые полюсами. Во всех синхронных электродвигателях индукторы бывают двух конструкций – явнополюсная и не явнополюсная, отличающиеся расположением полюсов. Конструкция статора включает в себя корпус и сердечник, в состав которого входят двух- и трехфазные обмотки. Сами обмотки могут быть распределенными и сосредоточенными.

Обратите внимание

Чтобы уменьшить магнитное сопротивление и улучшить прохождение магнитного потока, используются ферромагнитные сердечники, расположенные в роторе и статоре, для изготовления которых используется электротехническая сталь. Она обладает интересными свойствами, например, повышенным содержанием кремния, с целью повышения ее электрического сопротивления и уменьшения вихревых токов.

Каждый синхронный электродвигатель обладает важным параметром – электромагнитным моментом. Он возникает в том случае, когда магнитный поток ротора начинает взаимодействовать с вращающимся магнитным полем. Данное поле образуется под влиянием трехфазного тока, протекающего по обмотке якоря.

В режиме холостого хода происходит совпадение осей магнитных полей ротора и статора.

Поэтому электромагнитные силы, возникающие между их полюсами, принимают радиальное направление и значение электромагнитного момента агрегата становится равным нулю.

При переходе устройства в двигательный режим, на ротор начинает воздействовать внешние нагрузочный момент, приложенный к валу. В результате, происходит смещение ротора на величину определенного угла против направления вращения.

Подобное электромагнитное взаимодействие между ротором и статором приводит к созданию электромагнитных сил, направленных в сторону вращения. Таким образом, действие вращающегося электромагнитного момента стремится к преодолению действия внешнего момента. Максимальное значение электромагнитного момента образует угол 90 градусов, при расположении полюсов ротора между осями полюсов статора.

Если значение нагрузочного момента, приложенного к валу двигателя, превысит максимальный электромагнитный момент, в этом случае двигатель остановится под влиянием внешнего момента. Из-за этого в неподвижном двигателе по обмотке якоря будет проходить очень высокий ток. Данный режим является аварийным, он представляет собой выпадение из синхронизма и на практике не должен допускаться.

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора.

При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре.

Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

Важно

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда происходит замыкание обмоток индуктора с помощью реостата или короткозамкнутым путем, подобно асинхронным машинам.

Для того, чтобы осуществлять запуск в таком режиме, ротор оснащается короткозамкнутой обмоткой, которая одновременно является успокоительной обмоткой, способной устранить раскачивание ротора во время синхронизации.

После того, как скорость становится близко к номинальной, в индуктор подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель это не только двигатель, но и своеобразный генератор, поскольку у них одинаковое конструктивное исполнение. Схема работы двигателя будет следующей.

Обмотка якоря подключается к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения от постороннего источника подается постоянный ток. Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой и поле, созданное обмоткой возбуждения, взаимодействуют между собой.

Это вызывает появление электромагнитного момента, приводящего ротор во вращающееся состояние.

Для двигателей, где установлены постоянные магниты, применяются специальные внешние разгонные двигатели. В отличие от асинхронных устройств, разгон ротора в синхронном двигателе должен достигнуть частоты вращения магнитного поля.

Это связано с подачей в обмотку ротора тока из постороннего источника, а не индуцируется в нем под действием магнитного поля статора, следовательно, на него не влияет частота вращения вала. В результате, синхронный двигатель переменного тока приобретает постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки.

Специфический принцип работы этих устройств оказал влияние на их пуск и регулировку частоты вращения.

Схема запуска двигателя и его регулировка

У синхронных двигателей отсутствует начальный пусковой момент. При подключении якорной обмотки к источнику переменного тока, электромагнитный момент дважды изменить свое направление за один период изменения тока. Это происходит, когда ротор находится в неподвижном состоянии, а в обмотке возбуждения протекает постоянный ток.

Таким образом, величина среднего момента в течение одного периода будет иметь нулевое значение. Чтобы увидеть, как работает синхронный двигатель при пуске, нужно выполнить разгон его ротора под действием внешнего момента до вращения с частотой, приближенной к синхронной.

Сам запуск агрегата может производиться разными способами:

  • В первом случае используется схема асинхронного включения, основой которой служит глухо подключенный возбудитель. Данный способ применяется при статическом моменте нагрузки ниже 0,4, когда отсутствует падение напряжения. Сопротивление разряда замыкается в обмотке возбуждения, за счет чего исключаются перебои с возбуждением обмотки во время впуска, поскольку незначительная скорость вращения ротора приводит к перенапряжению. Когда скорость становится близкой к синхронной, контактор реагирует на это изменение, в результате происходит переключение обмотки возбуждения из разрядного сопротивления непосредственно на якорь возбудителя.
  • Во втором варианте пуска используется тиристорный возбудитель. Этот способ считается более надежным из-за высокого КПД. Управление возбуждением значительно облегчается. Подача возбуждение осуществляется автоматически с помощью электромагнитного реле.

Различия синхронных и асинхронных двигателей

Все электродвигатели переменного тока по принципу действия могут быть асинхронными и синхронными. В первом случае вращение ротора будет медленнее, по сравнению с магнитным полем, а во втором – вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью.

В асинхронном двигателе вращающееся переменное магнитное поле создается обмотками, закрепленными на статоре. Концы этих обмоток выведены в общую клеммную коробку. Во избежание перегрева на валу двигателя устанавливается вентилятор. Ротор выполнен из металлических стержней, замкнутых с двух сторон между собой. Он представляет единое целое с валом и получил название короткозамкнутого ротора.

Вращение магнитного поля происходит под действием постоянной смены полюсов. Соответственно, в обмотках изменяется направление тока. На скорость вращения вала оказывает влияние количество полюсов магнитного поля.

Совет

Синхронный электродвигатель конструктивно отличается от асинхронных агрегатов. Здесь вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью.

Напряжение на ротор для зарядки обмоток подается с помощью щеток, а не индуцируется действием переменного магнитного поля.

Направление тока в обмотках изменяется одновременно с направлением магнитного поля, поэтому вал синхронного двигателя всегда вращается в одну сторону.

Принцип действия и устройство синхронного двигателя: преимущества, конструктивные особенности

Принцип действия синхронного двигателя выглядит практически так же, как и асинхронного. Однако у этого типа силовых установок имеются существенные отличия и особенности. И хоть доля асинхронных агрегатов в промышленности составляет 96% от общего количества электродвигателей, другие варианты, включая синхронный, тоже нашли своих потребителей.

Основные отличия

В основном синхронные и асинхронные двигатели мало чем отличаются друг от друга. Ключевым отличием первых моделей является то, что вращение якоря осуществляется с такой же скоростью, как и вращение магнитного потока. При этом внутри установки встроена проволочная обмотка, передающая переменное напряжение, а не короткозамкнутый ротор, как у асинхронных устройств. Также отдельные конструкции оборудованы постоянными магнитами, но они существенно повышают стоимость двигателя.

При увеличении нагрузки скорость вращения ротора остается прежней. Именно такая особенность характеризует эту разновидность силовых установок. Ключевое требование к таким машинам выглядит следующим образом: количество полюсов у движущегося магнитного поля должно соответствовать числу полюсов электромагнита на роторе.

Конструкция синхронного устройства

Принцип работы и устройство синхронных машин остаются понятными даже для неопытных потребителей. К ключевым составляющим системы относят следующие узлы:

  1. Статор — представляет собой неподвижную часть установки, на которой расположено три обмотки. Они соединены по схеме «звезда» или «треугольник». В качестве материала для изготовления статора используются пластины из суперпрочной электротехнической стали.
  2. Ротор — подвижный элемент двигателя, оснащенный обмоткой. Во время работы установки эта обмотка пропускает определенное напряжение.

Между зафиксированной и подвижной частью системы находится небольшая воздушная прослойка, гарантирующая сбалансированную работу мотора и беспрепятственное воздействие магнитного поля на ключевые составляющие агрегата. Также в двигателе установлены подшипники, необходимые для вращения ротора, и клеммная коробка. Последняя находится в верхней части механизма.

Принцип работы

Изучая принцип работы синхронного двигателя, важно понимать, что, как и остальные разновидности силовых установок, они преобразуют один тип энергии в другой. Простыми словами, встроенные механизмы делают из электрической энергии механическую, а вся работа происходит по такому алгоритму:

  1. Сквозь обмотку на статоре пропускается переменное напряжение, в результате чего происходит образование магнитного поля.
  2. Затем аналогичное напряжение подается на роторные обмотки, что тоже создает магнитное поле. При наличии в конструкции постоянных магнитов такое поле имеется по умолчанию.
  3. При столкновении двух магнитных полей происходит их противодействие друг другу, т. е. одно толкает другое. Именно такой принцип вызывает передвижение ротора, помещенного на подшипники.

Зная, как устроен и работает синхронный двигатель, остается правильно распределить его энергию и использовать в нужных целях. Однако производительность и КПД системы будут максимальными только в том случае, если удастся вывести ее в нормальный режим работы.

Устройство генераторов

Существует обратный вариант синхронных двигателей — синхронные генераторы. Они работают немного иначе:

  1. Обмотка неподвижного статора не пропускает напряжение. Наоборот, с нее оно снимается.
  2. Сквозь роторную обмотку подается переменное напряжение, при этом расход электрической энергии совсем небольшой.
  3. Движение генератора обусловлено дизельным или бензиновым двигателем. Также его может раскручивать сила воды или ветра.
  4. В статорной обмотке происходит индукция ЭДС, а на концах появляется разность потенциала. Это объясняется движущимся магнитным полем вокруг ротора.

Но в любом случае необходимо осуществить стабилизацию напряжения на выходе генератора. Это делается соединением роторной обмотки с источником напряжения.

В зависимости от конструктивных особенностей ротор может быть оборудован постоянными или электрическими магнитами или так называемыми полюсами. Что касается индукторов, то в синхронных установках они бывают:

  1. Явнополюсными.
  2. Неявнополюсными.

Отличаются эти типы друг от друга только взаимным расположением полюсов. Чтобы снизить сопротивление магнитного поля и улучшить проникновение тока, механизм оснащают сердечниками, которые выполнены из ферромагнетиков. Сердечники находятся и в роторе, и в статоре, а для их изготовления задействуется исключительно электротехническая сталь. Дело в том, что этот материал содержит в себе большое количество кремния, существенно снижающего вихревые токи и улучшающего электрическое сопротивление сердечника.

Запуск установки

При использовании синхронных двигателей возникает масса трудностей на этапе их запуска. Из-за этого они не пользуются особой популярностью и уступают асинхронным вариантам.

С момента появления на рынке работа синхронных агрегатов обеспечивалась специальным асинхронником, который механически соединялся с остальными узлами. По сути, ротор разгонялся до нужной частоты с помощью второго типа моторов. Современные асинхронники не нуждаются в подключении дополнительных механизмов, и все, что требуется для их работы, — соответствующее напряжение для статорной обмотки.

Как только система обеспечит нужную скорость вращения, разгонный двигатель будет отключен. При этом магнитные поля из электрического мотора выведут его на работу в синхронном режиме. Чтобы разогнать установку, придется задействовать еще один мотор мощностью 10% от мощности синхронного двигателя. При разгоне электродвигателя на 1 кВт используют разгонную систему мощностью 100 Вт. Как утверждают специалисты, таких показателей вполне хватает для сбалансированной работы машины в холостом режиме или с небольшой нагрузкой.

Сферы применения

Синхронный электродвигатель представляет собой важное изобретение для различных направлений промышленности. Но из-за сложной конструкции и высокой стоимости оборудования его используют в редких случаях.

Сферы применения электрических моторов синхронного типа очень ограничены. В большинстве случаев установку применяют для повышения показателей мощности в энергосистеме, что обусловлено их способностью функционировать при любых коэффициентах мощности и отличной экономичностью.

Устройства востребованы для тех условий, где скорость вращения едва достигает 500 оборотов в минуту и появляется необходимость поднять мощность. В настоящее время их активно внедряют в поршневые насосы, компрессорные установки, прокатные станки и другие системы.

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

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 числу, 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 крепятся 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 явными полюсами 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 фазные обмотки и питается от 3 фаз. 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 применяется нагрузка, превышающая пробивную, 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. Чтобы контролировать направление 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 ротор не может синхронизироваться с магнитным полем статора в момент подачи питания.Таким образом, требуется некоторый дополнительный механизм, чтобы помочь ротору синхронизироваться.

В большие двигатели входят 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 разгоняться 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 высокими удерживающими свойствами, 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
  • В реактивном двигателе ротор 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 используются как серводвигатели.

Двигатель с возбуждением постоянным током

Здесь ротор возбуждается постоянным током, подаваемым непосредственно через контактные кольца. Также используются индукция переменного тока и выпрямители. Обычно они имеют большие размеры, например, более 1 лошадиных сил и т. Д.

Двигатель с возбуждением постоянным током

Применения 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 - это эффективное средство преобразования энергии переменного тока в механическую энергию, а другой - коррекция коэффициента мощности. С каким применением серводвигателя вы сталкивались?

Поиск и устранение неисправностей двигателей переменного тока и стартеров (часть 1)




Цели обучения…

  • Основные сведения об однофазных и трехфазных двигателях переменного тока
  • Основные сведения о двигателях постоянного тока
  • Объясните детали подключения и методы торможения двигателей
  • Объяснить методы испытаний двигателей.

Введение

Двигатели переменного тока

обеспечивают движущую силу для подъема, переключения, накачки, привода, удара, сверлить и выполнять множество других задач в промышленных, бытовых и коммерческих Приложения. Асинхронный двигатель, самый универсальный из двигателей переменного тока, действительно стал основным двигателем в промышленности, приводя в действие станки, насосы, вентиляторы, компрессоры и различное промышленное оборудование.

Этот раздел начинается с основ двигателей переменного тока, чтобы база для понимания практических аспектов применения асинхронных двигателей в промышленности.Он направлен на то, чтобы посредством поэтапного подхода привить необходимые когнитивные и технические данные для диагностики и устранения неполадок двигателей переменного тока и запуска передач и разработать превентивный подход для оптимизации работы двигателя, сократить время простоя и продлить срок эксплуатации.

В следующих разделах сначала описываются трехфазные двигатели переменного тока, затем однофазные. Двигатели переменного тока, а затем двигатели постоянного тока.

Основы трехфазных двигателей переменного тока

Трехфазные двигатели переменного тока известны как «рабочие лошадки промышленности», потому что об их широком использовании и принятии.Они популярны, потому что они низкие по стоимости, компактный размер, требует меньшего обслуживания, выдерживает суровые промышленные среды и др.

Трехфазные двигатели переменного тока - это класс двигателей, которые преобразуют трехфазные двигатели. электрическая мощность, подаваемая на входные клеммы, к механической мощности на вращающийся вал под действием вращающегося магнитного поля создает распределенной обмоткой на статоре.

Трехфазные двигатели переменного тока в целом классифицируются как:

  1. Асинхронный двигатель
  2. Синхронный двигатель
  3. Асинхронный двигатель с фазным ротором.

Вкратце описана работа каждого двигателя.

1. Асинхронный двигатель:

Как следует из названия, на ротор не подается напряжение. Напряжение применяется к обмотке статора и когда ток течет в статоре обмотки, ток в роторе индуцируется действием трансформатора. Результирующий магнитное поле ротора будет взаимодействовать с магнитным полем статора, вызывая крутящий момент, прилагаемый к ротору.

2. Синхронный двигатель:

Как следует из названия, скорость ротора остается синхронной со скоростью вращения ротора. магнитное поле статора.Двигатель работает с той же скоростью.

В отличие от асинхронных двигателей, синхронные двигатели не запускаются автоматически. Oни должны быть доведены до синхронной скорости. Как только они заблокированы, ротор будет постоянно вращаться.

3. Асинхронный двигатель с фазным ротором:

Этот двигатель имеет ротор с проволочной обмоткой, от которого выводятся три провода. к контактным кольцам. Есть возможность изменять сопротивление ротора. Представляем различные сопротивления в цепи ротора через контактные кольца это.Теперь скорость и пусковой крутящий момент будут изменяться.

Принципы и работа трехфазной индукции двигатели

Трехфазные асинхронные двигатели с тремя катушками, расположенными на 120 электрических градусов. друг от друга, которые образуют обмотку статора.

Поскольку ротор является короткозамкнутым (сплошным) с медными проводниками, которые закорочены на одном конце круглой соединительной пластиной. В беличьей клетке показан асинхронный двигатель.

При подаче напряжения на обмотку статора через нее протекает ток, создание вращающегося магнитного поля. Скорость этого вращающегося магнитного поле зависит от числа полюсов статора, а частота предоставленного ему предложения. Это называется синхронной скоростью и дается как:

S = 120 ф / п

Где S = Синхронная скорость в об / мин f = Частота источника в Гц p = Число полюсов обмотки статора.

Вращающееся магнитное поле индуцирует ЭДС в роторе трансформатором. действие.Поскольку ротор представляет собой замкнутый набор проводников, ток течет в ротор. Вращающиеся поля из-за токов статора реагируют с ротором. токи, чтобы создать силы на проводниках ротора и крутящие моменты.


+++ Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: медные стержни, встроенные в концевые кольца, Железные ламинаты

Этот двигатель называется асинхронным, так как он работает по принципу трансформаторного действия или индукции.

Характеристики трехфазного асинхронного двигателя:

  • Внешний пусковой механизм не требуется.
  • Они бывают разных категорий мощности.
  • Скорость изначально постоянна.
  • Направление вращения можно легко изменить, повернув любой две линии питания мотора.
  • Двигатель работает со скоростью в несколько раз ниже синхронной скорости. 'скольжение'.
  • При пониженных нагрузках коэффициент мощности становится низким.
  • Многоскоростные двигатели с короткозамкнутым ротором доступны с предоставлением изменение количества полюсов статора путем изменения внешних подключений.

Момент-характеристики асинхронного двигателя

Характеристики крутящего момента и момента скольжения асинхронный двигатель - важные параметры для определения производительности мотора. Типичная характеристика крутящего момента и крутящего момента и характеристики скольжения трехфазного асинхронного двигателя.

Видно, что при запуске двигателя с нулевой скорости пусковой момент ниже, чем крутящий момент полной нагрузки, и двигатель может запускаться от слабого до нулевого нагрузка.Нормальный крутящий момент при полной нагрузке достигается в точке, где ротор скорость всего на 5% меньше синхронной скорости. С этого момента крутящий момент падает до нулевого значения, поскольку нет относительного движения или скольжения между статором и ротором.

Для достижения высокого пускового момента ротор выполнен с высоким сопротивлением. проводников, иначе в цепь ротора вставлено внешнее сопротивление.

Тип характеристической кривой может быть изменен в случае контактного кольца тип асинхронного двигателя, вставляя внешнее сопротивление в ротор цепь.Если сопротивление ротора увеличивается с r1 до r2, r3, r4 (r1

++++ 2 Моментно-скоростные и моментно-скользящие характеристики индукции мотор - коэффициент скольжения син. Скорость; Скорость% син. скорость% Крутящий момент (полный нагрузка)

Запуск асинхронного двигателя

Основными целями при запуске асинхронного двигателя являются:

  • Для работы с большим пусковым током
  • Для достижения высокого пускового момента

Как обсуждалось ранее, сопротивление ротора определяет пусковой момент.Как правило, это сопротивление ротора небольшое, что дает небольшой пусковой крутящий момент, но хорошее условия эксплуатации. Таким образом, двигатель с короткозамкнутым ротором может работать только с малым пуском. нагрузки.

Если сопротивление ротора каким-либо образом увеличивается, то скольжение и скорость при котором возникает максимальный крутящий момент, можно переключать. Для этого внешний сопротивление может быть введено в цепь ротора, что сделано в корпус электродвигателей с контактным кольцом или с фазным ротором.

При подаче питания на неподвижный ротор начинается чрезмерный ток течет.Происходит это из-за того, что идет действие трансформатора. между обмоткой статора и обмоткой ротора и проводниками ротора закорочены. Это вызывает сильный ток через ротор.

Если для уменьшения этого сильного пускового тока приложено пусковое напряжение уменьшается, то это также влияет на пусковой момент.

Чтобы получить все, обычно используется следующий способ запуска:

  • Прямой запуск
  • Пуск автотрансформатора
  • Пуск со звезды на треугольник

Потери и КПД асинхронного двигателя

Потери в асинхронном двигателе следующие:

  • Потери в сердечнике в статоре и роторе
  • Потери в меди статора и ротора
  • Потери на трение и ветер

Потери в сердечнике связаны с основным потоком и потоком утечки.Убыток 2R. Потери на трение и парусность можно считать постоянными, независимо от нагрузки.

КПД = выход ротора / вход статора Выход = потери на входе -

Пример 1:

Рассмотрим трехфазный шестиполюсный асинхронный двигатель 440 В, 50 Гц. Мотор на определенную нагрузку потребляет 50 кВт при 960 об / мин. Предположим, что потери статора равны 1 кВт, а трение и парусность потеря 1,5 кВт. Чтобы определить процент скольжения, потери меди в роторе, ротор мощность и КПД двигателя выполняют следующие функции: Процентное скольжение Синхронная скорость двигателя = (50 × 120) / 6 = 6000 / 6 = 1000 об / мин. Скольжение = (Синхронная скорость - Фактическая скорость) = 1000 - 960 = 40 об / мин Процентное скольжение = [(40/1000) × 100] = 4% = 0.04 Потери меди в роторе Потребляемая мощность ротора = 50 1 = 49 кВт Потери меди в роторе = Потребляемая мощность ротора × скольжение = 49 × 0,04 = 1,96 кВт

Выход ротора Выход ротора = Вход ротора Потери в меди в роторе Трение и ветер убыток

= 49 1,96 1,5

= 49 3,46

= 45,54 кВт

КПД двигателя КПД двигателя = мощность ротора / вход двигателя

= 45,54 / 50 = 0,9108

= 91,08%

Принцип и работа трехфазного синхронного двигателя

Трехфазный синхронный двигатель рассматривается как двигатель с постоянной скоростью. с большим размером и высокими рейтингами.Как следует из названия, он начинается с без нагрузки до полной нагрузки при той же скорости. Как мы видели в индукции мотор, есть пробуксовка. Однако здесь двигатель работает с той же скоростью. как вращающееся магнитное поле.

Конструкция синхронного двигателя аналогична конструкции генератора переменного тока. Обмотка статора подключена к трехфазному питанию и ротору. имеет обмотку возбуждения постоянного тока. При подаче на статор трехфазного напряжения обмотка, это создает вращающееся магнитное поле.Крутящий момент. Произведенный на роторе находится в направлении, при котором поле ротора будет совмещено с что статора. В неподвижном роторе крутящий момент сначала в одном направлении, а затем направление меняется в зависимости от относительного положения статора вращающееся магнитное поле и магнитное поле ротора. По инерции ротора, он не будет двигаться ни в каком направлении. Вот почему синхронные двигатели не запускаются самостоятельно. Теперь, если заставить его работать с некоторой скоростью, то постепенно, полюса статора и ротора противоположной полярности будут заблокированы с каждым другие, вызывающие синхронную работу ротора с ротором статора. вращающееся магнитное поле.Таким образом, ротор будет работать с синхронной скоростью.

Чтобы это произошло, синхронный двигатель работает как обычный сначала асинхронный двигатель, а потом как синхронный двигатель.

Для этого ротор имеет две обмотки, одна из которых является обмоткой переменного тока, например обмотка с короткозамкнутым ротором или с фазным ротором, а вторая - Обмотка постоянного тока. Обмотка статора аналогична асинхронному двигателю.

Трехфазный синхронный двигатель отличается от асинхронного двигателя тем, что что ротор намотан и подключен к источнику постоянного тока через скольжение кольца.

Двигатель запускается как обычный асинхронный двигатель (с короткозамкнутым ротором / с обмоткой ротора), как только частота вращения ротора достигает 90-95% синхронной скорости; потом Источник постоянного тока подается на обмотку постоянного тока ротора. Это, в свою очередь, производит северный и южный полюса ротора.

Теперь магнит ротора зафиксирован на вращающемся магнитном поле статора и работает с синхронной скоростью, определяемой по формуле:

Где:

S = Синхронная скорость в об / мин

f = частота источника переменного тока в Гц

P = количество полюсов статора на фазу.

Однако необходим угол между средней линией полюс статора и осевая линия полюса или поля ротора. Если возбуждение остается постоянным во время работы синхронного двигателя, а нагрузка увеличивается, это дает изменение тока и мощности коэффициент мотора. Характеристики трехфазного синхронного двигателя приведены ниже:

  • • Двигатель с постоянной скоростью
  • • Может использоваться для корректировки коэффициента мощности трехфазной системы
  • • Не запускается автоматически

PPT - ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО РЕЛЕКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ PowerPoint Presentation

  • ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО РЕДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ .V Под редакцией Sarath S Nair www.technologyfuturae.com www.technologyfuturae.com

  • ОБЗОР • Введение • Принцип работы • Математическая модель синхронного реактивного двигателя • Преимущества и недостатки • Сравнение с другими двигателями • Резюме • Ссылки www .technologyfuturae.com

  • ВВЕДЕНИЕ • Синхронный реактивный двигатель - это настоящий двигатель переменного тока • Синхронные реактивные двигатели были разработаны для обеспечения эффективной машины с постоянной скоростью.• Отсутствуют щетки, контактные кольца и т. Д. • Принцип его работы почти аналогичен принципу работы синхронного двигателя с явнополюсным двигателем. www.technologyfuturae.com

  • ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ • В принципе, синхронный резистивный двигатель аналогичен традиционному явнополюсному синхронному двигателю, но не имеет обмотки возбуждения в роторе. • Ротор сконструирован с выступающими полюсами • SynRM включает в себя короткозамкнутую клетку на роторе для обеспечения пускового момента для линейного пуска.• Беличья клетка также была необходима в качестве демпферной обмотки, чтобы поддерживать синхронизм при резких моментах нагрузки. • Когда на статор подается трехфазное питание, создается вращающийся магнитный поток. Первоначально в демпферной обмотке индуцируется ЭДС, и двигатель запускается как асинхронная машина. Когда он приближается к синхронной скорости, начинает действовать реактивный момент, и двигатель блокируется на синхронной скорости. www.technologyfuturae.com

  • МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИНХРОННОГО РЕЛЕКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ • уравнение d-q синхронного реактивного электродвигателя www.technologyfuturae.com

  • ПРОДОЛЖЕНИЕ… • В синхронном реактивном двигателе обмотка возбуждения отсутствует. • Основу для уравнений d - q для синхронной машины сопротивления можно получить из уравнения Парка vd = rs ids + dλds / dt - wrλqs vq = rs iqs + dλqs / dt + wrλds (1) где λds = Lls ids + Lmd ids = Lds ids λqs = Lls iqs + Lmq iqs = Lqs iqs (2) www.technologyfuturae.com

  • где Lls - индуктивность рассеяния статора Lmd - индуктивность намагничивания по прямой оси Lmq - индуктивность намагничивания по квадратурной оси = (индуктивность намагничивания 3 / 2) * (P / 2) * (λds iqs - λqs ids) (3) www.technologyfuturae.com

  • 2) Уравнения установившегося состояния www.technologyfuturae.com

  • Переменная в уравнении (1) станет постоянной в установившемся состоянии . Т.е., члены d / dt могут быть исключены Ids = we Lqs Vqs + rs Vds rs² + we² Lds Lqs (5) Iqs = -we Lds Vds + rs Vqs rs² + we² Lds Lqs Пренебрегая сопротивлением статора, мы получаем Ids = Vqs, Iqs = - Vds (6) we Lds we Lqs www .technologyfuturae.com

  • 3) Уравнения фазора для синхронного реактивного двигателя Однофазное уравнение из стационарной версии уравнения (1) может быть получено путем умножения первой строки (1), т.е. vds на –j и добавив ко второй строке, т.е. vqs vqs - jvds = rs (Iqs - jIds) + we (λds + jλqs) (7) или используя (2) и (7) vqs - jvds = rs (Iqs - jIds) + we (Lds Ids + jLqs Iqs) ( 8) Его можно изменить на Vqs - jVds = rs (Iqs - jIds) + jweLds (-jIds) + jweLqs Iqs (9) В векторной записи (10) www.technologyfuturae.com

  • (4) Выражение крутящего момента для постоянного вольт / герц и постоянного тока (11) За исключением частот, близких к нулю, во всех частотах без учета сопротивления статора (12) Подставляя Vds и Vqs, полученные из векторной диаграммы, получаем www.technologyfuturae.com

  • Крутящий момент изменяется как квадрат вольт на герц и как синус двойного угла ∂. Когда вольт / герц фиксировано, максимальный крутящий момент явно достигается при ∂ = 45˚.Следовательно, Максимальный крутящий момент (13) (14) www.technologyfuturae.com

  • ` Если λds и λqs подставляются непосредственно в уравнение крутящего момента, Te можно также записать в терминах статора dq тока как: Подставьте значение Ids и Iqs (15) (16) www.technologyfuturae.com

  • Электромагнитный момент можно выразить через амплитуду тока статора и угол ε в ммс как (17) www.technologyfuturae.com

  • ПРЕИМУЩЕСТВА ДВИГАТЕЛЬ С СИНХРОННЫМ РЕДУКТОРОМ • Отсутствие постоянных магнитов • Широкий диапазон скоростей при постоянной мощности • Синхронный режим работы, обеспечивающий высокий КПД • Возможность поддерживать полный крутящий момент при нулевой скорости www.technologyfuturae.com

  • НЕДОСТАТКИ • В небольших двигателях крутящий момент / ампер и крутящий момент / объем ниже, чем в двигателях с постоянными магнитами • Воздушный зазор небольшой по сравнению с асинхронными двигателями www.technologyfuturae.com

  • СРАВНЕНИЕ С ДРУГИМИ МОТОРАМИ • Асинхронный двигатель • Потери в роторе ниже, чем у асинхронной машины • Высокий коэффициент мощности и более высокий постоянный крутящий момент • КПД при полной нагрузке при номинальной скорости и диапазоне скоростей при постоянной мощности также превышают значения, достигаемые с помощью индукции моторы.www.technologyfuturae.com

  • Продолжение… • Импульсные реактивные двигатели • не подвержены сильной пульсации крутящего момента. • Плотность мощности ниже, чем у реактивного реактивного двигателя www.technologyfuturae.com

  • РЕЗЮМЕ • Обсуждается принцип работы синхронного реактивного двигателя. • Также обсуждалась математическая модель синхронного реактивного двигателя. • Проведено сравнение с различными двигателями. Www.technologyfuturae.com

  • ССЫЛКИ [1] Сержант Эдвард Лышевски, Александр Назаров, Ахмед Эль-Антабли, Чарльз Йокомото, А.С.К. Синха, Махер Ризкалла и Мохамед Эль-Шаркави, «Проектирование и оптимизация, установившийся и динамический анализ синхронных электродвигателей, управляемых преобразователями напряжения с нелинейными регуляторами», IEEE Trans. Промышленные приложения, сентябрь 1999 г. [2] Пейман Ниязи, «Конструкция и повышение производительности синхронного электродвигателя с постоянным магнитом», Техасский университет A&M. [3] Р. Э. Бец, Р. Лагерквист, М. Йованович, Т. Дж. Миллер и Р. Х. Миддлтон, «Управление синхронными машинами сопротивления», IEEE Пер.Промышленные приложения, т. 29, нет. 6, pp. 11 10-1 122, 1993. www.technologyfuturae.com

  • Технические презентации, исследования, новые разработки и разработки Войдите на сайт www.technologyfuturae.com TechnologyFuturae

  • СПАСИБО… www.technologyfuturae.com

  • Louis JP. Управление нетрадиционными синхронными двигателями [PDF]

    Великобритания и США - ISTE Ltd и John Wiley & Sons, Inc., 2012. 428 с. - ISBN 978-1-84821-331-9. Классические синхронные двигатели являются наиболее эффективным устройством для точного и быстрого привода промышленных производственных систем и роботов. Однако во многих приложениях в нестандартных ситуациях требуется эффективное управление.
    Во-первых, это касается синхронных двигателей, питаемых от тиристорных инверторов с линейной коммутацией, или синхронных двигателей с повреждениями на одной или нескольких фазах.
    Во-вторых, многие приводные системы используют нетрадиционные двигатели, такие как многофазные (более трех фаз) синхронные двигатели, синхронные двигатели с двойным возбуждением, линейные синхронные двигатели с постоянными магнитами, синхронные и переключаемые реактивные двигатели, шаговые двигатели и пьезоэлектрические двигатели.
    В этой книге представлены эффективные средства управления для улучшения использования этих нестандартных двигателей. Введение
    Жан-Поль Луи
    Самоуправляемый синхронный двигатель: принципы работы и упрощенное управление Модель
    Фрэнсис Лабрик и Франсуа БАУДАРТ
    Введение
    Аспекты конструкции, характерные для самоуправляемой синхронной машины
    Упрощенная модель для исследования установившегося состояния работа
    Исследование установившегося режима работы
    Работа при номинальной скорости, напряжении и токе
    Работа с крутящим моментом меньше номинального крутящего момента
    Работа со скоростью ниже номинальной скорости
    Работа в качестве генератора
    Эквивалентность машины с коммутатором и щетки
    Уравнения, выведенные из теории цепей со скользящими контактами
    Оценка переменного тока, циркулирующего в установившемся режиме в обмотках демпфера
    Перенос исследования на случай отрицательной скорости вращения
    Вариант базовой сборки
    Заключение
    Список основные используемые символы
    Библиография Self-co Управляемый синхронный двигатель: динамическая модель, включающая поведение демпферных обмоток и перекрытие коммутации
    Эрнест Матань
    Введение
    Выбор выражения Nk
    Выражение потоков
    Общие свойства коэффициентов X, Y и Z
    Уравнения электрической динамики
    Выражение электромеханических переменных
    Выражение крутящего момента
    Написание уравнений в терминах коэнергии
    Применение к управлению
    Заключение
    Приложение 1: значение коэффициентов X, Y и Z
    Приложение 2: производные коэффициентов X, Y и Z
    Приложение 3: упрощения для малых μ
    Приложение 4: Список основных символов, используемых в главах 1 и
    Библиография Синхронные машины в деградированном режиме
    Дэмиен Флиеллер, Нгац Ки Нгуен, Эрве Шваб и Гай Стуртцер
    Общее введение
    Анализ отказов установленной преобразовательной машины: преобразователи с MOSFET транзисторами
    Анализ основных причин выхода из строя ure
    Отказ инвертора
    Прочие отказы
    Надежность привода синхронных двигателей с постоянными магнитами
    Условия окружающей среды в автомобильной промышленности
    Тыс.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *