Kas yra sinchroninis variklis ir kur jis naudojamas

Sinchroniniai elektros varikliai (SD) nėra tokie įprasti kaip asinchroniniai varikliai su voverės narvelio rotoriu. Bet jie naudojami ten, kur reikalingas didelis sukimo momentas, ir dažnai darbo metu perkrova. Taip pat šio tipo varikliai naudojami ten, kur mechanizmams valdyti reikalinga didelė galia, dėl didelio galios koeficiento ir galimybės pagerinti tinklo galios koeficientą, o tai žymiai sumažins elektros energijos sąnaudas ir linijos apkrovą. Kas yra sinchroninis variklis, kur jis naudojamas ir kokie yra jo privalumai ir trūkumai, mes apsvarstysime šiame straipsnyje.

Apibrėžimas ir veikimo principas

Paprasčiau tariant, sinchroniniu varikliu vadinamas elektrinis variklis, kurio rotoriaus (veleno) sukimosi greitis sutampa su statoriaus magnetinio lauko sukimosi greičiu.

Trumpai apsvarstykime tokio elektros variklio veikimo principą - jis pagrįstas besisukančio statoriaus magnetinio lauko, kurį paprastai sukuria trifazė kintamoji srovė ir nuolatinis rotoriaus magnetinis laukas, sąveika.

Nuolatinį rotoriaus magnetinį lauką sukuria sužadinimo apvija arba nuolatiniai magnetai. Srovė statoriaus apvijose sukuria besisukantį magnetinį lauką, o rotorius veikimo režime yra nuolatinis magnetas, jo poliai skrieja į priešingus statoriaus magnetinio lauko polius. Dėl to rotorius sukasi sinchroniškai su statoriaus lauku, kuris yra jo pagrindinė savybė.

Prisimink tai indukcinis variklis statoriaus MP sukimosi greitis ir rotoriaus sukimosi greitis skiriasi pagal slydimo dydį, o jo mechaninė charakteristika yra „pažeminta“, kai piko metu kritinis slydimas (mažesnis už vardinį sukimosi greitį).

Statoriaus magnetinio lauko sukimosi greitį galima apskaičiuoti pagal šią lygtį:

N = 60f / p

f - srovės dažnis apvijoje, Hz, p - polių porų skaičius.

Atitinkamai sinchroninio variklio veleno sukimosi greitis nustatomas pagal tą pačią formulę.

Daugelis kintamosios srovės elektros variklių, naudojamų gamyboje, yra gaminami be nuolatinių magnetų, tačiau su sužadinimo apvija, o mažos galios sinchroniniai kintamosios srovės varikliai gaminami su nuolatiniais magnetais ant rotoriaus.

Srovė į lauko apviją tiekiama žiedais ir šepečio mazgu. Skirtingai nuo kolektoriaus elektrinio variklio, kur kolektorius (išilgai išdėstytų plokščių rinkinys) naudojamas srovei perduoti į besisukančią ritę, sinchroninėje pusėje per vieną iš statoriaus galų montuojami žiedai.

Tiristoriniai sužadintuvai, dažnai vadinami „VTE“ (pavadinimu viena iš tokių namų gamybos prietaisų serijų), šiuo metu yra tiesioginės srovės sužadinimo šaltinis.Anksčiau generatoriaus variklio sužadinimo sistema buvo naudojama, kai generatorius buvo sumontuotas ant to paties veleno su varikliu (jis taip pat yra sužadinimo įtaisas), kuris rezistoriai lauko apvijai taikoma srovė.

Beveik visų sinchroninių nuolatinės srovės variklių rotorius atliekamas be sužadinimo apvijos ir su nuolatiniais magnetais, nors jie iš principo yra panašūs į kintamosios srovės šviesos diodus, tačiau labai skiriasi tuo, kaip jie yra sujungti ir valdomi nuo klasikinių trifazių mašinų.

Viena pagrindinių elektros variklio savybių yra mechaninė charakteristika. Ji sinchroniniai varikliai yra arti tiesios horizontalios linijos. Tai reiškia, kad veleno apkrova neturi įtakos jo greičiui (kol jis pasiekia tam tikrą kritinę vertę).

Tai pasiekiama būtent dėl ​​nuolatinės srovės sužadinimo, todėl sinchroninis elektros variklis puikiai palaiko nuolatinius apsisukimus kintant apkrovoms, perkrovoms ir įtampos kritimams (iki tam tikros ribos).

Žemiau matote simbolį sinchroninės mašinos schemoje.

Rotoriaus dizainas

Kaip ir bet kurį kitą, sinchroninį elektros variklį sudaro dvi pagrindinės dalys:

• Statorius. Apvijos yra jame. Jis taip pat vadinamas inkaru.
• Rotorius. Ant jo yra sumontuoti nuolatiniai magnetai arba sužadinimo apvija. Jis taip pat vadinamas induktoriumi, nes jo paskirtis - sukurti magnetinį lauką).

Norėdami tiekti srovę į lauko apviją, ant rotoriaus yra sumontuoti 2 žiedai (kadangi sužadinimas vyksta nuolatiniu srautu, „+“ tiekiamas vienam iš jų, o „-“ kitam). Šepečiai pritvirtinami prie šepetėlio laikiklio.

 

Dviejų tipų sinchroninių kintamosios srovės variklių rotoriai:

1. Aiškiai poliarinis. Stulpai (ritės) yra aiškiai matomi. Naudokite mažu greičiu ir dideliu skaičiumi polių.
2. Netiesiogiai - atrodo kaip apvalus ruošinys, plyšyje, ant kurio klojami apvijų laidai. Naudokite dideliu sukimosi greičiu (3000, 1500 aps / min) ir nedideliu skaičiumi polių.

Sinchroninis variklio užvedimas

Šio tipo elektrinių mašinų bruožas yra tas, kad jų negalima tiesiog prijungti prie tinklo ir laukti, kol jie bus pradėti. Be to, šviesos diodo veikimui reikalingas ne tik sužadinimo srovės šaltinis, bet ir gana sudėtinga paleidimo grandinė.

Paleidimas vyksta kaip indukciniame variklyje, o norint sukurti pradžios momentą, be lauko apvijos, ant rotoriaus dedama papildoma trumpojo jungimo „voverės narvelio“ apvija. Jis taip pat vadinamas „slopinančiąja“ apvija, nes padidina stabilumą staigios perkrovos metu.

Paleidimo metu rotoriaus apvijos sužadinimo srovės nėra, o kai ji įgauna pagreitį iki sinchroninio greičio (3–5% mažesnė nei sinchroninė), įjungiama sužadinimo srovė, po kurios ji ir statoriaus srovė svyruoja, variklis pereina į sinchroniškumą ir pereina į darbo režimą.

Norėdami apriboti galingų mašinų paleidimo sroves, kartais jie sumažina įtampą statoriaus apvijų gnybtuose, sujungdami autotransformatorių arba rezistorius iš eilės.

Kol sinchroninė mašina įjungiama asinchroniniu režimu, prie lauko apvijos jungiami rezistoriai, kurių pasipriešinimas 5-10 kartų viršija pačios apvijos pasipriešinimą. Tai reikalinga tam, kad impulsinis magnetinis srautas, atsirandantis veikiant srovei, sukeltai apvijoje paleidimo metu, nesulėtintų pagreičio, taip pat, kad nepažeistumėte apvijų dėl joje sukeltos emf.

Peržiūrų

Tokių mašinų rūšių yra labai daug, aukščiau aprašytas sinchroninio kintamos srovės variklio su lauko apvijomis projektavimas, kaip dažniausiai pasitaikantis gamyboje. Yra ir kitų tipų, tokių kaip:

• Nuolatiniai magnetiniai sinchroniniai varikliai. Tai yra įvairūs elektros varikliai, tokie kaip PMSM - nuolatinio magneto sinchroninis variklis, BLDC - „Brushless Direct srovė“ ir kiti. Skirtumai tarp valdymo metodo ir srovės formos (sinusoidinės arba trapecijos). Jie taip pat vadinami varikliais be šepetėlių arba be šepetėlių.Naudojamas staklėse, radijo bangomis valdomuose modeliuose, elektriniuose įrankiuose ir kt. Jie veikia ne tiesiogiai iš nuolatinės srovės, o per specialų keitiklį.
• Žingsniniai varikliai - sinchroniniai varikliai be šepetėlių, kuriuose rotorius tiksliai išlaiko nurodytą padėtį, jie naudojami darbiniam įrankiui CNC staklėse išdėstyti ir įvairiems automatinių sistemų elementams valdyti (pvz., Droselio sklendės padėtis automobilyje). Jie susideda iš statoriaus, šiuo atveju ant jo yra sužadinimo apvijos, ir rotoriaus, kuris pagamintas iš magnetiškai minkštos arba magnetiškai kietos medžiagos. Iš esmės labai panašus į ankstesnius tipus.
• Reaktyvus.
• Histerezė.
• Reaktyvioji histerezė.

Paskutinių trijų tipų šviesos diodai taip pat neturi šepečių, jie veikia dėl specialios rotoriaus konstrukcijos. Reaktyvieji šviesos diodai išskiria tris savo konstrukcijas: skersai stratifikuotą rotorių, rotorių su skirtingais poliais ir ašinį stratifikuotą rotorių. Jų darbo principo paaiškinimas yra gana sudėtingas ir užtruks daug, taigi mes to nepaisysime. Tokie varikliai praktikoje, jūs, greičiausiai, sutinkate nedažnai. Tai daugiausia mažos galios mašinos, naudojamos automatikoje.

Taikymo sritis

Sinchroniniai varikliai yra brangesni nei asinchroniniai, be to, jiems reikalingas papildomas nuolatinės srovės sužadinimo šaltinis - tai iš dalies sumažina šio tipo elektrinių mašinų apimtį. Tačiau sinchroniniai elektriniai varikliai naudojami mechanizmams valdyti ten, kur galimas perkrovimas ir reikalingas tikslus stabilių apsisukimų palaikymas.

Be to, jie dažniausiai naudojami didelių pajėgumų srityje - šimtai kilovatų ir megavatų vienetų, o tuo pačiu metu paleidimas ir sustojimas yra gana reti, tai yra, mašinos ilgą laiką dirba visą parą. Ši programa yra dėl to, kad sinchroninės mašinos veikia su cos Ф phi arti 1 ir gali tiekti į tinklą reaktyviąją galią, o tai pagerina tinklo galios koeficientą ir sumažina jo suvartojimą, o tai svarbu įmonėms.

Privalumai ir trūkumai

Paprastais žodžiais tariant, bet kuris elektrinis automobilis turi savo privalumų ir trūkumų. Sinchroninio variklio pranašumai yra šie:

1. Dirbkite su cos Фи = 1, atitinkamai dėl nuolatinės srovės sužadinimo jie nenaudoja reaktyviosios galios iš tinklo.
2. Eksploatacijos metu, esant per dideliam sužadinimui, jie suteikia tinklui reaktyviąją galią, pagerėja tinklo galios koeficientas, įtampos kritimas ir nuostoliai jame, o elektrinių generatorių CM padidėja.
3. Didžiausias šviesos diodo veleno sukuriamas momentas yra proporcingas U, o AD - U² (priklausomybė nuo kvadratinės įtampos). Tai reiškia, kad šviesos diodas turi gerą apkrovos gebą ir stabilumą, kuris išsaugomas mažėjant įtampai tinkle.
4. Dėl viso to sukimosi greitis yra stabilus perkrovų ir nusileidimo metu, neperžengiant apkrovos galios, ypač didėjant sužadinimo srovei.

Tačiau reikšmingas sinchroninio variklio trūkumas yra tas, kad jo dizainas yra sudėtingesnis nei asinchroninio su trumpojo jungimo rotoriu, reikalingas sužadintuvas, be kurio jis negali veikti. Visa tai lemia didesnes sąnaudas, palyginti su asinchroninėmis mašinomis, ir techninės priežiūros bei eksploatavimo sunkumus.

Galbūt tuo baigiasi sinchroninių variklių pranašumai ir trūkumai. Šiame straipsnyje mes bandėme apibendrinti bendrą informaciją apie sinchroninius variklius. Jei turite ką papildyti medžiagą - rašykite komentaruose.

Susijusios medžiagos:

• Kas yra rotorius ir statorius
• Kaip elektra perduodama per atstumą be laidų
• Kas yra dažnio keitiklis