Čo je to synchrónny motor a kde sa používa

Synchrónne elektrické motory (SD) nie sú také časté ako asynchrónne motory s veveričkovými klietkami. Používajú sa však tam, kde je potrebný vysoký krútiaci moment a počas práce často preťaženie, Tento typ motora sa používa aj tam, kde je potrebný vysoký výkon na pohon mechanizmov, a to z dôvodu vysokého účinníka a schopnosti vylepšiť účinník siete, čo výrazne zníži náklady na elektrinu a zaťaženie na trati. Čo je to synchrónny motor, kde sa používa a aké sú jeho výhody a nevýhody, ktoré budeme brať do úvahy v tomto článku.

Definícia a princíp činnosti

Jednoducho povedané, synchrónny motor sa nazýva elektrický motor, ktorého rýchlosť otáčania rotora (hriadeľa) sa zhoduje s rýchlosťou otáčania statorového magnetického poľa.

Uvažujme v krátkosti princíp činnosti takého elektromotora - je založený na interakcii rotujúceho statorového magnetického poľa, ktoré je zvyčajne tvorené trojfázovým striedavým prúdom a konštantným magnetickým poľom rotora.

Konštantné magnetické pole rotora je tvorené budiacim vinutím alebo permanentnými magnetmi. Prúd vinutia statora vytvára rotujúce magnetické pole, zatiaľ čo rotor v prevádzkovom režime je permanentný magnet, jeho póly sa vrhajú na opačné póly magnetického poľa statora. V dôsledku toho sa rotor synchrónne otáča s poľom statora, čo je jeho hlavným znakom.

Pripomeňme si to indukčný motor rotačná rýchlosť statora MP a rotačná rýchlosť rotora sa líšia počtom sklzu a jeho mechanická charakteristika je „vyvýšená“ so špičkou počas kritického sklzu (pod nominálnu rýchlosť rotácie).

Rýchlosť rotácie statorového magnetického poľa sa dá vypočítať pomocou nasledujúcej rovnice:

N = 60f / p

f je aktuálna frekvencia vo vinutí, Hz, p je počet párov pólov.

V súlade s tým sa rýchlosť otáčania synchrónneho hriadeľa motora určuje podľa rovnakého vzorca.

Väčšina striedavých elektrických motorov používaných vo výrobe sa vyrába bez permanentných magnetov, ale s budiacim vinutím, zatiaľ čo synchrónne striedavé motory s nízkym výkonom sa vyrábajú s permanentnými magnetmi na rotore.

Prúd do vinutia poľa je privádzaný krúžkami a zostavou kefy. Na rozdiel od elektromotora kolektora, kde sa na prenos prúdu do rotujúcej cievky používa kolektor (skupina pozdĺžne usporiadaných dosiek), sú krúžky namontované na synchrónny naprieč jedným koncom statora.

Budiče tyristora, často nazývané „VTE“ (podľa názvu jedného zo série takýchto zariadení domácej výroby), sú v súčasnosti zdrojom excitácie jednosmerným prúdom.Predtým sa používal budiaci systém generátor - motor, keď bol generátor nainštalovaný na rovnakom hriadeli s motorom (je to tiež budič), ktorý rezistory aplikovaný prúd na vinutie poľa.

Rotor takmer všetkých synchrónnych jednosmerných motorov sa vykonáva bez budiaceho vinutia as permanentnými magnetmi, hoci sa v zásade podobajú striedavým LED diódam, veľmi sa líšia spôsobom, akým sú pripojené a ovládané od klasických trojfázových strojov.

Jednou z hlavných charakteristík elektromotora je mechanická charakteristika. Synchrónne motory priblížila k priamej vodorovnej čiare. To znamená, že zaťaženie hriadeľa neovplyvní jeho rýchlosť (pokiaľ nedosiahne kritickú hodnotu).

To sa dosahuje práve vďaka budeniu jednosmerným prúdom, a preto synchrónny elektromotor dokonale udržuje konštantné otáčky pri meniacom sa zaťažení, preťažení a poklesoch napätia (do určitej hranice).

Nižšie vidíte symbol na diagrame synchrónneho stroja.

Konštrukcia rotora

Synchrónny elektromotor sa rovnako ako všetky ostatné skladá z dvoch hlavných častí:

• Stator. Vinutia sú v ňom umiestnené. Nazýva sa tiež kotva.
• Rotor. Na ňom sú namontované permanentné magnety alebo budiace vinutie. Nazýva sa aj induktor, kvôli svojmu účelu - vytvoriť magnetické pole).

Na privádzanie prúdu do vinutia poľa sú na rotor namontované 2 krúžky (pretože budenie je jednosmerný prúd, jeden z nich sa dodáva „+“ a druhému „-“). Kefy sú pripevnené k držiaku kefiek.

 

Rotory synchrónnych striedavých motorov sú dva typy, v závislosti od účelu:

1. Výslovne polárne. Polia (cievky) sú zreteľne viditeľné. Používajte pri nízkych rýchlostiach a veľkom počte pólov.
2. Implicitné - vyzerá ako okrúhly blank v slote, na ktorom sú položené drôty vinutia. Používajte pri vysokých rýchlostiach otáčania (3 000, 1 500 ot / min) a pri malom počte pólov.

Synchrónny štart motora

Charakteristikou tohto typu elektrických strojov je to, že sa nemôžu jednoducho pripojiť k sieti a čakať na jej spustenie. Okrem toho na prevádzku LED nie je potrebný len zdroj budiaceho prúdu, ale má tiež pomerne komplikovaný štartovací obvod.

Spúšťanie nastáva rovnako ako v indukčnom motore a na vytvorenie štartovacieho momentu sa okrem vinutia poľa umiestni na rotor ďalšie skratované vinutie „veveričkovej klietky“. Nazýva sa tiež „tlmiace“ vinutie, pretože zvyšuje stabilitu pri náhlom preťažení.

Vo vinutí rotora nie je pri spustení žiadny budiaci prúd, a keď sa zrýchli na subsychrónne otáčky (o 3 až 5% menej ako synchrónne), použije sa budiaci prúd, po ktorom osciluje a statorový prúd motor vstúpi do synchronizácie a prejde do prevádzkového režimu.

Aby obmedzili počiatočné prúdy výkonných strojov, niekedy znižujú napätie na svorkách vinutí statora pripojením sériového autotransformátora alebo odporov.

Zatiaľ čo synchrónny stroj začína v asynchrónnom režime, k vinutiu poľa sa pripoja odpory, ktorých odpor 5- až 10-násobne prevyšuje odpor samotného vinutia. To je nevyhnutné, aby pulzujúci magnetický tok vznikajúci pôsobením prúdov indukovaných vo vinutí počas rozbehu nespomalil zrýchlenie a tiež tak, aby nedošlo k poškodeniu vinutí v dôsledku indukovaného emf v ňom.

typy

Existuje mnoho typov takýchto strojov, vyššie bol opísaný návrh synchrónneho motora so striedavým prúdom s poľnými vinutiami, ako je najbežnejší vo výrobe. Existujú aj iné typy, ako napríklad:

• Synchrónne motory s permanentným magnetom. Jedná sa o rôzne elektrické motory, ako je PMSM - synchrónny motor s permanentným magnetom, BLDC - jednosmerný jednosmerný prúd a ďalšie. Rozdiely medzi ktorými spočíva v metóde kontroly a tvare prúdu (sínusoidálny alebo lichobežníkový). Nazývajú sa tiež bezkomutátorové alebo bezkomutátorové motory.Používa sa v obrábacích strojoch, rádiom riadených modeloch, elektrickom náradí atď. Nepracujú priamo zo jednosmerného prúdu, ale prostredníctvom špeciálneho prevodníka.
• Krokové motory - synchrónne kefové motory, v ktorých rotor presne drží stanovenú polohu, používajú sa na polohovanie pracovného nástroja v CNC strojoch a na riadenie rôznych prvkov automatických systémov (napríklad poloha škrtiacej klapky v aute). Pozostávajú zo statora, v tomto prípade sú na ňom umiestnené budiace vinutia a rotora, ktorý je vyrobený z magneticky mäkkého alebo magneticky tvrdého materiálu. Štrukturálne veľmi podobné predchádzajúcim typom.
• Reaktívne.
• Hysterézie.
• Reaktívna hysteréza.

Posledné tri typy LED tiež nemajú kefy, fungujú vďaka špeciálnej konštrukcii rotora. Reaktívne LED diódy rozlišujú tri ich konštrukcie: priečne stratifikovaný rotor, rotor so zreteľnými pólmi a axiálne vrstvený rotor. Vysvetlenie zásady ich práce je dosť komplikované a bude si vyžadovať veľa, takže ho vynecháme. Takéto motory sa v praxi pravdepodobne stretnete zriedka. Ide predovšetkým o nízkoenergetické stroje používané v automatizácii.

Rozsah pôsobnosti

Synchrónne motory sú drahšie ako asynchrónne, navyše vyžadujú dodatočný zdroj budenia jednosmerným prúdom - to čiastočne znižuje šírku rozsahu tohto typu elektrických strojov. Synchrónne elektromotory sa však používajú na pohon mechanizmov, kde je možné preťaženie a je potrebná presná údržba stabilných otáčok.

Okrem toho sa najčastejšie používajú v oblasti veľkých kapacít - stovky kilowattov a jednotiek megawattov a súčasne je spúšťanie a zastavovanie pomerne zriedkavé, to znamená, že stroje pracujú 24 hodín denne. Táto aplikácia je spôsobená skutočnosťou, že synchrónne stroje pracujú s cos close phi blízko 1 a môžu dodávať do siete jalový výkon, čo zlepšuje účinník siete a znižuje jeho spotrebu, čo je pre podniky dôležité.

Výhody a nevýhody

Jednoducho povedané, potom má každé elektrické auto svoje klady a zápory. Výhody synchrónneho motora sú:

1. Pracujte s cos Фи = 1 z dôvodu budenia jednosmerným prúdom, resp. Nespotrebúvajú jalový prúd zo siete.
2. Počas prevádzky s nadmerným budením dodávajú sieti jalový výkon, zlepšujú účinník siete, pokles napätia a straty v nej a zvyšujú sa CM generátorov elektrární.
3. Maximálny moment vyvíjaný na hriadeli LED je úmerný U a pre AD - U² (kvadratická závislosť od napätia). To znamená, že LED má dobrú kapacitu a stabilitu záťaže, ktoré sa zachovávajú pri poklese napätia v sieti.
4. V dôsledku toho je rýchlosť rotácie stabilná počas preťaženia a poklesu, v rámci kapacity preťaženia, najmä so zvyšujúcim sa budiacim prúdom.

Významnou nevýhodou synchrónneho motora je však to, že jeho konštrukcia je zložitejšia ako konštrukcia asynchrónneho s krátkym rotorom, je potrebný budič, bez ktorého nemôže pracovať. To všetko vedie k vyšším nákladom v porovnaní s asynchrónnymi strojmi a ťažkostiam pri údržbe a prevádzke.

Možno tu skončia výhody a nevýhody synchrónnych motorov. V tomto článku sme sa pokúsili zhrnúť všeobecné informácie o synchrónnych motoroch. Ak máte niečo na doplnenie materiálu - napíšte do komentárov.

Súvisiace materiály:

• Čo je rotor a stator
• Ako sa elektrina prenáša na diaľku bez drôtov
• Čo je to frekvenčný menič