Co je to synchronní motor a kde se používá

Synchronní elektrické motory (SD) nejsou tak běžné jako asynchronní motory s veverkovou klecí. Používají se však tam, kde je zapotřebí velký točivý moment a během práce často přetížení. Tento typ motoru se také používá tam, kde je k řízení mechanismů potřebný velký výkon, a to z důvodu vysokého účiníku a schopnosti zlepšit účiník sítě, což významně sníží náklady na elektřinu a zatížení na lince. Co je to synchronní motor, kde se používá a jaké jsou jeho výhody a nevýhody, které budeme v tomto článku zvažovat.

Definice a princip činnosti

Zjednodušeně řečeno, synchronní motor se nazývá elektrický motor, jehož rotační rychlost rotoru (hřídele) se kryje s rotační rychlostí statorového magnetického pole.

Podívejme se stručně na princip činnosti takového elektromotoru - je založen na interakci rotujícího statorového magnetického pole, které je obvykle vytvářeno třífázovým střídavým proudem a konstantním magnetickým polem rotoru.

Konstantní magnetické pole rotoru je vytvářeno budicím vinutím nebo permanentními magnety. Proud ve vinutí statoru vytváří rotující magnetické pole, zatímco rotor v provozním režimu je permanentní magnet, jeho póly spěchají k opačným pólům magnetického pole statoru. V důsledku toho se rotor otáčí synchronně s polem statoru, což je jeho hlavní rys.

Připomeň si to indukční motor rotační rychlost statoru MP a rotační rychlost rotoru se liší velikostí skluzu a jeho mechanická charakteristika je „vyvýšená“ se špičkou během kritického skluzu (pod nominální rychlost otáčení).

Rychlost otáčení magnetického pole statoru lze vypočítat pomocí následující rovnice:

N = 60f / p

f je frekvence proudu vinutí, Hz, p je počet párů pólů.

V souladu s tím je rychlost otáčení synchronního hřídele motoru určena stejným vzorcem.

Většina střídavých elektrických motorů používaných ve výrobě je vyrobena bez permanentních magnetů, ale s budícím vinutím, zatímco synchronní střídavé motory s nízkým výkonem jsou vyrobeny s permanentními magnety na rotoru.

Proud do vinutí pole je napájen kroužky a kartáčovou sestavou. Na rozdíl od elektrického motoru kolektoru, kde se k přenosu proudu do rotující cívky používá kolektor (sada podélně uspořádaných desek), jsou kroužky namontovány na synchronní přes jeden konec statoru.

Budiče tyristorů, často nazývané „VTE“ (podle názvu jednoho ze série takových zařízení domácí produkce), jsou v současné době zdrojem buzení stejnosměrným proudem.Dříve byl použit budicí systém generátor-motor, když byl generátor nainstalován na stejném hřídeli s motorem (je to také budič), což odpory aplikovaný proud na vinutí pole.

Rotor téměř všech synchronních stejnosměrných motorů se provádí bez budicího vinutí as permanentními magnety, i když jsou v zásadě podobné střídavým LED diodám, jsou velmi odlišné, pokud jde o to, jak jsou připojeny a ovládány z klasických třífázových strojů.

Jednou z hlavních charakteristik elektromotoru je mechanická charakteristika. Synchronní motory synchronizovala v blízkosti přímé vodorovné linie. To znamená, že zatížení hřídele neovlivní jeho rychlost (dokud nedosáhne kritické hodnoty).

Toho je dosaženo právě díky buzením stejnosměrného proudu, a proto synchronní elektromotor dokonale udržuje konstantní otáčky při měnících se zátěžích, přetíženích a poklesech napětí (do určité meze).

Níže vidíte symbol na schématu synchronního stroje.

Konstrukce rotoru

Stejně jako všechny ostatní se synchronní elektromotor skládá ze dvou hlavních částí:

• Stator. Vinutí se v něm nachází. Nazývá se také kotva.
• Rotor. Jsou na něm nainstalovány permanentní magnety nebo budicí vinutí. Také se nazývá induktor, kvůli svému účelu - vytvořit magnetické pole).

K přivádění proudu do vinutí pole jsou na rotoru nainstalovány 2 kroužky (protože buzení je stejnosměrný proud, do jednoho z nich se přivádí „+“ a do druhého „-“). Kartáčky jsou připevněny k držáku kartáčů.

 

Rotory synchronních střídavých motorů jsou dva typy, v závislosti na účelu:

1. Výslovně polární. Poláci (cívky) jsou jasně viditelné. Používejte při nízkých rychlostech a velkém počtu pólů.
2. Implicitní - vypadá to jako kulatý blank ve slotu, na kterém jsou položeny dráty vinutí. Používejte při vysokých otáčkách (3000, 1500 ot / min) a na malém počtu pólů.

Synchronní start motoru

Charakteristickým rysem tohoto typu elektrických strojů je, že jej nelze jednoduše připojit k síti a čekat na jeho spuštění. Kromě toho je pro provoz LED nutné nejen zdroje budicího proudu, ale také poměrně komplikovaný spouštěcí obvod.

K rozběhu dochází jako u indukčního motoru a pro vytvoření rozběhového momentu se vedle vinutí pole umístí na rotor dodatečné zkratované vinutí „veverkové klece“. Nazývá se také „tlumící“ vinutí, protože zvyšuje stabilitu při náhlém přetížení.

Ve vinutí rotoru při spuštění není žádný budicí proud, a když se zrychlí na subsynchronní rychlost (o 3-5% méně než synchronní), použije se budicí proud, po kterém osciluje a statorový proud motor vstoupí do synchronizace a přejde do provozního režimu.

Aby omezili počáteční proudy výkonných strojů, někdy snižují napětí na svorkách vinutí statoru připojením autotransformátoru nebo rezistorů v sérii.

Zatímco synchronní stroj začíná v asynchronním režimu, odpory jsou připojeny k vinutí pole, jehož odpor převyšuje odpor samotného vinutí 5-10krát. To je nezbytné, aby pulzující magnetický tok vznikající působením proudů indukovaných ve vinutí během spouštění nezpomalil zrychlení a také tak, aby nedošlo k poškození vinutí v důsledku indukovaného emf v něm.

Druhy

Existuje mnoho typů takových strojů, výše byl popsán návrh synchronního motoru se střídavým proudem s vinutím pole, jako nejběžnější ve výrobě. Existují i ​​jiné typy, například:

• Synchronní motory s permanentními magnety. Jedná se o různé elektrické motory, jako je PMSM - synchronní motor s permanentním magnetem, BLDC - stejnosměrný proud bez proudu a další. Rozdíly mezi kterými spočívají v metodě řízení a tvaru proudu (sinusové nebo lichoběžníkové). Nazývají se také bezkomutátorové nebo bezkomutátorové motory.Používá se ve obráběcích strojích, rádiem řízených modelech, elektrickém nářadí atd. Nepracují přímo ze stejnosměrného proudu, ale přes speciální převodník.
• Krokové motory - synchronní bezkartáčové motory, ve kterých rotor přesně drží stanovenou polohu, slouží k polohování pracovního nástroje v CNC strojích ak ovládání různých prvků automatických systémů (například poloha škrticí klapky v automobilu). Skládají se ze statoru, v tomto případě jsou na něm umístěny budicí vinutí a rotoru, který je vyroben z magneticky měkkého nebo magneticky tvrdého materiálu. Strukturálně velmi podobné předchozím typům.
• Reaktivní.
• Hystereze.
• Reaktivní hystereze.

Poslední tři typy LED také nemají štětce, fungují díky speciální konstrukci rotoru. Reaktivní LED rozlišují tři své konstrukce: příčně vrstevnatý rotor, rotor s odlišnými póly a axiálně vrstevnatý rotor. Vysvětlení principu jejich práce je poměrně komplikované a bude vyžadovat velké množství, takže to vynecháme. Takové motory se v praxi pravděpodobně setkáte jen zřídka. Jedná se zejména o stroje s nízkým výkonem používané v automatizaci.

Oblast působnosti

Synchronní motory jsou dražší než asynchronní, navíc vyžadují dodatečný zdroj buzení stejnosměrným proudem - to částečně snižuje šířku rozsahu tohoto typu elektrických strojů. Synchronní elektromotory se však používají k pohonu mechanismů, kde je možné přetížení a je nutná přesná údržba stabilních otáček.

Kromě toho se nejčastěji používají v oblasti velkých kapacit - stovky kilowattů a jednotek megawattů a současně jsou spouštění a zastavování poměrně vzácné, to znamená, že stroje pracují nepřetržitě po dlouhou dobu. Tato aplikace je způsobena skutečností, že synchronní stroje pracují s cos Ф phi téměř 1 a mohou dodávat jalový výkon do sítě, což zlepšuje účiník sítě a snižuje jeho spotřebu, což je důležité pro podniky.

Výhody a nevýhody

Zjednodušeně řečeno, každé elektrické auto má své klady a zápory. Výhody synchronního motoru jsou:

1. Práce s cos Фи = 1, kvůli buzení stejnosměrným proudem, nespotřebují jalovou energii ze sítě.
2. Během provozu s nadměrným buzením dodávají do sítě jalový výkon, zlepšují účiník sítě, úbytek a ztráty napětí v ní a zvyšuje se CM generátorů elektráren.
3. Maximální moment vyvinutý na hřídeli LED je úměrný U a pro AD - U² (kvadratická závislost na napětí). To znamená, že LED má dobrou kapacitu a stabilitu zátěže, které jsou zachovány při poklesu napětí v síti.
4. V důsledku toho je rychlost rotace stabilní během přetížení a poklesu, v rámci kapacity přetížení, zejména se zvyšujícím se budícím proudem.

Významnou nevýhodou synchronního motoru je však to, že jeho konstrukce je složitější než konstrukce asynchronního s krátce obíhajícím rotorem, je potřeba budič, bez kterého nemůže fungovat. To vše vede k vyšším nákladům ve srovnání s asynchronními stroji a obtížím při údržbě a provozu.

Možná zde končí výhody a nevýhody synchronních motorů. V tomto článku jsme se pokusili shrnout obecné informace o synchronních motorech. Pokud máte něco k doplnění materiálu - napište do komentářů.

Související materiály:

• Co je rotor a stator
• Jak se elektřina přenáší na vzdálenosti bez vodičů
• Co je to měnič kmitočtu