Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Synchroniczne silniki elektryczne (DM) nie są tak powszechne jak asynchroniczne z wirnikiem klatkowym. Są one jednak używane tam, gdzie potrzebny jest duży moment obrotowy, aw trakcie pracy występują częste przeciążenia. Również ten typ silnika jest używany tam, gdzie potrzebna jest większa moc do napędzania mechanizmów, ze względu na wysoki współczynnik mocy i zdolność do poprawy współczynnika mocy sieci, co znacznie obniży koszt energii elektrycznej i obciążenia linii. Co to jest silnik synchroniczny, gdzie jest używany i jakie są jego zalety, minusy, rozważamy w tym artykule.

Definicja i zasada działania

Mówiąc prościej, synchroniczny jest silnikiem elektrycznym, którego prędkość obrotowa wirnika (wału) pokrywa się z prędkością obrotową pola magnetycznego stojana.

Rozważmy krótko zasadę działania takiego silnika elektrycznego - opiera się on na oddziaływaniu wirującego pola magnetycznego stojana, które zwykle powstaje w wyniku trójfazowego prądu przemiennego i stałego pola magnetycznego wirnika.

Stałe pole magnetyczne wirnika jest wytwarzane przez uzwojenie wzbudzenia lub magnesy trwałe. Prąd w uzwojeniach stojana wytwarza wirujące pole magnetyczne, podczas gdy wirnik w trybie pracy jest magnesem trwałym, jego bieguny pędzą do przeciwnych biegunów pola magnetycznego stojana. W rezultacie wirnik obraca się synchronicznie z polem stojana, które jest jego główną cechą.

Przypomnijmy, że w silniku asynchronicznym prędkość obrotowa stojana MP i prędkość obrotowa wirnika różnią się ilością poślizgu, a jego charakterystyka mechaniczna jest „garbiona” ze szczytem przy poślizgu krytycznym (poniżej nominalnej prędkości obrotowej).

Prędkość, z jaką obraca się pole magnetyczne stojana, można obliczyć za pomocą następującego równania:

N = 60f / p

f jest częstotliwością prądu w uzwojeniu, Hz, p jest liczbą par biegunów.

Zgodnie z tym, zgodnie z tym samym wzorem, określa się prędkość obrotową wału silnika synchronicznego.

Większość silników prądu przemiennego używanych w produkcji jest wykonana bez magnesów trwałych, ale z uzwojeniem wzbudzającym, podczas gdy synchroniczne silniki prądu przemiennego o małej mocy są wykonane z magnesów trwałych na wirniku.

Prąd do uzwojenia wzbudzenia jest dostarczany przez pierścienie i zespół szczotki. W przeciwieństwie do silnika elektrycznego kolektora, gdzie kolektor jest używany do przenoszenia prądu do wirującej cewki (zestaw wzdłużnie rozmieszczonych płyt), pierścienie synchroniczne są instalowane na jednym z końców stojana.

Źródłem bezpośredniego pobudzenia prądu są obecnie patogeny tyrystorowe, często nazywane „VTE” (po nazwie jednej z serii takich urządzeń produkcji krajowej). Wcześniej stosowano układ wzbudzenia generator-silnik, gdy generator (znany również jako patogen) został zainstalowany na tym samym wale co silnik, który doprowadził prąd przez rezystory do uzwojenia polowego.

Wirnik prawie wszystkich synchronicznych silników prądu stałego jest wykonywany bez uzwojenia wzbudzenia, ale w przypadku magnesów trwałych, chociaż są one zasadniczo podobne do diod LED prądu zmiennego, różnią się znacznie od klasycznych maszyn trójfazowych pod względem sposobu ich podłączenia i działania.

Jedną z głównych cech silnika elektrycznego jest charakterystyka mechaniczna. W synchronicznych silnikach elektrycznych jest on zbliżony do prostej linii poziomej. Oznacza to, że obciążenie wału nie wpływa na jego prędkość (dopóki nie osiągnie określonej wartości krytycznej).

Osiąga się to dzięki wzbudzeniu prądem stałym, dlatego synchroniczny silnik elektryczny utrzymuje stałą prędkość idealnie przy zmiennych obciążeniach, przeciążeniach i spadkach napięcia (do pewnej granicy).

Poniżej widzisz symbol na schemacie maszyny synchronicznej.

Konstrukcja wirnika

Jak każdy inny silnik synchroniczny składa się z dwóch głównych części:

  • Stator Są w nim uzwojenia. Jest także nazywany kotwicą.
  • Rotor. Zainstalowane są na nim magnesy stałe lub uzwojenia polowe. Jest także nazywany induktorem, ze względu na swoje przeznaczenie - do tworzenia pola magnetycznego).

Aby dostarczyć prąd do uzwojenia wzbudzenia, na wirniku zainstalowane są 2 pierścienie (ponieważ wzbudzenie jest prądem stałym, jeden z nich jest zasilany „+”, a drugi „-”). Szczotki przymocowane do uchwytu szczotki.

Wirniki synchronicznych silników elektrycznych AC są dwóch typów, w zależności od celu:

  1. Prawy biegun. Bieguny (cewki) są wyraźnie widoczne. Używane przy niskich prędkościach i dużej liczbie biegunów.
  2. Off-pole - wygląda jak okrągły blok w szczelinie, na której układane są przewody uzwojeń. Używany przy wysokich prędkościach obrotowych (3000, 1500 obr / min) i małej liczbie biegunów.

Synchroniczny start silnika

Cechą tego typu samochodów elektrycznych jest to, że nie można go po prostu podłączyć do sieci i czekać, aż się uruchomi. Oprócz pracy z diodami LED potrzebne jest nie tylko źródło prądu wzbudzenia, ale także dość skomplikowany schemat rozruchu.

Rozruch następuje jak w silniku asynchronicznym, a aby wytworzyć moment rozruchowy, oprócz uzwojenia wzbudzenia, dodatkowe wirnikowe uzwojenie „klatka wiewiórki” jest umieszczone na wirniku. Nazywane jest również uzwojeniem „tłumiącym”, ponieważ zwiększa stabilność podczas nagłych przeciążeń.

Prąd wzbudzenia w uzwojeniu wirnika podczas rozruchu jest nieobecny, a gdy przyspiesza on do prędkości podsynchronicznej (3-5% mniej synchroniczny), przyłożony jest prąd wzbudzenia, po czym i prąd stojana oscyluje, silnik przechodzi w synchronizację i przechodzi do pracy.

Aby ograniczyć prądy rozruchowe maszyn o dużej mocy, czasami zmniejszają one napięcie na zaciskach uzwojeń stojana, łącząc szeregowo autotransformator lub rezystory.

Podczas gdy maszyna synchroniczna jest uruchamiana w trybie asynchronicznym, rezystory są połączone z uzwojeniem pola, którego rezystancja przewyższa rezystancję samego uzwojenia o 5 do 10 razy. Jest to konieczne, aby pulsujący strumień magnetyczny powstający pod wpływem prądów indukowanych w uzwojeniu podczas rozruchu nie spowalnia przyspieszenia, a także aby nie uszkodzić uzwojeń z powodu wywołanego w nim emf.

Gatunki

Istnieje wiele typów takich maszyn, konstrukcja synchronicznego silnika elektrycznego prądu przemiennego z uzwojeniami wzbudzającymi, jak to najczęściej występuje w produkcji, została opisana powyżej. Istnieją inne typy, takie jak:

  • Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi. Są to różne silniki elektryczne, takie jak PMSM - silnik synchroniczny z magnesami trwałymi, BLDC - Bezszczotkowy prąd stały i inne. Różnice między nimi są w metodzie sterowania i formie prądu (sinusoidalny lub trapezowy). Nazywane są także silnikami bezszczotkowymi lub bezszczotkowymi. Używany w obrabiarkach, modelach sterowanych radiowo, elektronarzędziach itp. Działają nie bezpośrednio z DC, ale za pomocą specjalnego konwertera.
  • Silniki krokowe - synchroniczne silniki bezszczotkowe, w których wirnik dokładnie utrzymuje ustaloną pozycję, są używane do pozycjonowania narzędzia roboczego w obrabiarkach CNC i do sterowania różnymi elementami systemów automatycznych (na przykład pozycją przepustnicy w samochodzie). Składają się ze stojana, w tym przypadku znajdują się na nim uzwojenia wzbudzenia i wirnika, który jest wykonany z miękkiego magnetycznego lub twardego materiału magnetycznego. Strukturalnie bardzo podobny do poprzednich typów.
  • Reaktywny.
  • Histereza
  • Histereza bierna.

Trzy ostatnie typy DM również nie mają szczotek, działają dzięki specjalnej konstrukcji wirnika. W reaktywnej cukrzycy rozróżnia się trzy ich projekty: wirnik warstwowy, wirnik o wyraźnych biegunach i rotor uwarstwiony osiowo. Wyjaśnienie zasady ich pracy jest dość trudne i zajmie dużo, więc pomijamy je. Takie silniki elektryczne w praktyce prawdopodobnie spotykają się rzadko. Są to głównie maszyny o niskiej mocy stosowane w automatyce.

Zakres zastosowania

Silniki synchroniczne są droższe niż asynchroniczne, poza tym wymagają dodatkowego źródła wzbudzenia prądu stałego - to częściowo zmniejsza szerokość zakresu tego typu maszyn elektrycznych. Jednak synchroniczne silniki elektryczne są używane do napędzania mechanizmów, w których możliwe są przeciążenia i wymagana jest dokładna konserwacja stabilnych obrotów.

Jest on najczęściej używany w dziedzinie dużej mocy - setki kilowatów i jednostek megawatów, a jednocześnie uruchamianie i zatrzymywanie występuje dość rzadko, tzn. Maszyny pracują przez całą dobę przez długi czas. Takie zastosowanie wynika z faktu, że maszyny synchroniczne pracują z cosFi zbliżonym do 1 i mogą wytwarzać moc bierną w sieci, w wyniku czego współczynnik mocy sieci ulega poprawie, a jego zużycie jest zmniejszone, co jest ważne dla przedsiębiorstw.

Zalety i wady

Mówiąc najprościej, każdy samochód elektryczny ma swoje wady i zalety. Pozytywną stroną silnika synchronicznego jest:

  1. Pracuj z cosFi = 1, odpowiednio z powodu wzbudzenia prądem stałym, nie zużywają mocy biernej z sieci.
  2. Podczas pracy, z nadmiernym pobudzeniem, moc bierna jest dostarczana do sieci, poprawiając współczynnik mocy sieci, spadek napięcia i straty w niej oraz zwiększa KM generatorów mocy.
  3. Maksymalny moment rozwinięty na wale SD jest proporcjonalny do U, a dla AD to U² (kwadratowa zależność od napięcia). Oznacza to, że płyta CD ma dobrą pojemność i stabilność pracy, które są zachowane, gdy napięcie spada w sieci.
  4. W konsekwencji tego wszystkiego prędkość obrotowa jest stabilna podczas przeciążeń i osiadania, w granicach przeciążalności, zwłaszcza przy rosnącym prądzie wzbudzenia.

Jednak istotną wadą silnika synchronicznego jest to, że jego konstrukcja jest bardziej skomplikowana niż konstrukcja asynchroniczna z wirnikiem zwarciowym, potrzebny jest patogen, bez którego nie będzie mógł pracować. Wszystko to prowadzi do wyższych kosztów w porównaniu do maszyn asynchronicznych i trudności w konserwacji i eksploatacji.

Być może na tym kończą się zalety i wady synchronicznych silników elektrycznych. W tym artykule próbowaliśmy podsumować ogólne informacje o silnikach synchronicznych. Jeśli masz coś do dodania materiału - napisz w komentarzach.

Materiały na ten temat:

  • Czym jest wirnik i stojan
  • Jak przesyłana jest energia elektryczna na odległość bez przewodów
  • Co to jest przetwornica częstotliwości

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Baza wiedzy