Какие основные различия между синхронными и асинхронными электродвигателями. Какие преимущества и недостатки у каждого типа двигателей. В каких сферах применяются синхронные и асинхронные электродвигатели. Какой тип двигателя выбрать для конкретной задачи.
Принцип работы синхронных и асинхронных двигателей
Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую работу. Существует два основных типа электродвигателей переменного тока — синхронные и асинхронные. Рассмотрим принципы их работы:
Синхронный двигатель
В синхронном двигателе ротор вращается с той же скоростью (синхронно), что и магнитное поле статора. Как это происходит?
- На обмотки статора подается переменный ток, создающий вращающееся магнитное поле.
- Ротор содержит постоянные магниты или электромагниты, питаемые постоянным током.
- Магнитное поле ротора взаимодействует с полем статора, заставляя ротор вращаться синхронно с полем статора.
Асинхронный двигатель
В асинхронном двигателе ротор вращается с небольшим отставанием (асинхронно) от магнитного поля статора. Принцип работы следующий:
- Переменный ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле.
- В роторе индуцируются вихревые токи, создающие собственное магнитное поле.
- Взаимодействие полей приводит к вращению ротора, но с некоторым отставанием от поля статора.
Понимание этих базовых принципов поможет разобраться в ключевых отличиях двух типов двигателей.
Конструктивные особенности синхронных и асинхронных двигателей
Хотя внешне синхронные и асинхронные двигатели могут выглядеть похоже, их внутреннее устройство имеет существенные различия:
Конструкция статора
Статор и у синхронных, и у асинхронных двигателей выполнен схожим образом:
- Корпус из магнитомягкой стали
- Пазы на внутренней поверхности
- Обмотки в пазах, создающие вращающееся магнитное поле при подаче переменного тока
Конструкция ротора
Основные отличия кроются в конструкции ротора:
Синхронный двигатель:
- Ротор с явно выраженными полюсами
- Обмотка возбуждения, питаемая постоянным током
- Или постоянные магниты вместо обмотки (в современных двигателях)
Асинхронный двигатель:
- «Беличья клетка» — короткозамкнутые проводники в пазах ротора
- Или обмотка в пазах, выведенная на контактные кольца (в двигателях с фазным ротором)
Эти конструктивные различия во многом определяют характеристики и области применения двигателей.
Характеристики скорости и момента синхронных и асинхронных двигателей
Скоростные и моментные характеристики — одно из ключевых отличий синхронных и асинхронных двигателей:
Синхронный двигатель
- Скорость вращения всегда постоянна и равна синхронной скорости
- Не зависит от нагрузки на валу в пределах номинальной мощности
- Высокий пусковой момент (при наличии пусковой обмотки)
- Стабильный момент во всем диапазоне скоростей
Асинхронный двигатель
- Скорость вращения ниже синхронной на величину скольжения
- Скорость падает при увеличении нагрузки
- Относительно низкий пусковой момент
- Максимальный момент достигается при определенном скольжении
Как эти характеристики влияют на выбор двигателя? Если требуется строго постоянная скорость независимо от нагрузки, предпочтительнее синхронный двигатель. Для механизмов с переменной нагрузкой часто выбирают асинхронные двигатели из-за их простоты и надежности.
Эффективность и КПД синхронных и асинхронных двигателей
Эффективность электродвигателя — важный фактор, особенно для промышленных применений. Как соотносятся синхронные и асинхронные двигатели по этому параметру?
Синхронные двигатели
- Более высокий КПД, особенно при частичных нагрузках
- КПД может достигать 98-99% для крупных машин
- Стабильный КПД в широком диапазоне нагрузок
- Возможность работы с высоким коэффициентом мощности (вплоть до 1,0)
Асинхронные двигатели
- КПД несколько ниже из-за потерь на скольжение
- Максимальный КПД обычно 90-95% для крупных машин
- КПД заметно падает при снижении нагрузки
- Более низкий коэффициент мощности (обычно 0,8-0,9)
Почему это важно? Высокий КПД означает меньшие потери энергии и, следовательно, меньшие эксплуатационные расходы. Это особенно существенно для мощных промышленных двигателей, работающих постоянно.
Области применения синхронных и асинхронных двигателей
Выбор между синхронным и асинхронным двигателем зависит от конкретного применения. Рассмотрим типичные области использования каждого типа:
Синхронные двигатели
- Мощные промышленные приводы (компрессоры, насосы, вентиляторы)
- Генераторы электроэнергии
- Прецизионные приводы (станки с ЧПУ)
- Тяговые двигатели (электровозы, электромобили премиум-класса)
- Сервоприводы в робототехнике
Асинхронные двигатели
- Общепромышленные приводы малой и средней мощности
- Бытовая техника (холодильники, стиральные машины)
- Вентиляционные системы
- Подъемно-транспортное оборудование
- Тяговые двигатели массовых электромобилей
Почему такое разделение? Синхронные двигатели предпочтительны там, где важны высокая эффективность и точное управление скоростью. Асинхронные двигатели выбирают за простоту, надежность и низкую стоимость в массовых применениях.
Преимущества и недостатки синхронных двигателей
Синхронные двигатели имеют ряд существенных достоинств, но не лишены и недостатков. Рассмотрим их подробнее:
Преимущества синхронных двигателей
- Высокий КПД, особенно при частичных нагрузках
- Постоянная скорость вращения независимо от нагрузки
- Возможность работы с высоким коэффициентом мощности
- Высокая удельная мощность (отношение мощности к массе)
- Хорошие динамические характеристики
Недостатки синхронных двигателей
- Более сложная конструкция
- Высокая стоимость, особенно для двигателей с постоянными магнитами
- Необходимость в системе возбуждения (для двигателей с электромагнитным возбуждением)
- Сложности при пуске (требуется специальная пусковая система)
- Чувствительность к перегрузкам (возможность выпадения из синхронизма)
Как эти факторы влияют на выбор? Синхронные двигатели оптимальны для применений, где критичны высокая эффективность и точное поддержание скорости, а более высокая стоимость оправдана экономией на эксплуатационных расходах.
Преимущества и недостатки асинхронных двигателей
Асинхронные двигатели остаются наиболее распространенным типом электродвигателей благодаря ряду важных достоинств. Однако у них есть и свои ограничения:
Преимущества асинхронных двигателей
- Простая и надежная конструкция
- Низкая стоимость производства и обслуживания
- Высокая надежность и длительный срок службы
- Возможность прямого пуска от сети
- Устойчивость к перегрузкам
Недостатки асинхронных двигателей
- Более низкий КПД по сравнению с синхронными двигателями
- Изменение скорости вращения при изменении нагрузки
- Относительно низкий коэффициент мощности, особенно при малых нагрузках
- Сложности с точным регулированием скорости (без использования частотного привода)
- Большой пусковой ток (для двигателей с короткозамкнутым ротором)
Почему асинхронные двигатели так популярны? Их простота и надежность делают их идеальным выбором для многих стандартных применений, где не требуется высокоточное управление скоростью. Низкая стоимость позволяет широко использовать их в бытовой технике и промышленном оборудовании массового производства.
Разница асинхронного и синхронного двигателя
Электрикдома. Главная » Электродвигатели » В чем разница асинхронного и синхронного двигателей
Рубрика: ЭлектродвигателиАвтор: Andrey Ku
Содержание
- Различия в работе и стоимости
- Основные достоинства и недостатки
- Какой агрегат лучше
Электродвигатели можно разделить на две основные категории – синхронные и асинхронные (индукционные) двигатели. Эти два вида довольно сильно отличаются друг от друга. Разница уже видна в самих названиях. Отличить агрегаты можно по выбитому на шильдике количеству оборотов (если там не указан тип мотора), у ассинхронного мотора неокруглённое число (например, 950 об/мин), у синхронного округлённое (1000 об/мин).
Есть и другие важные различия, в этой статье мы рассмотрим наиболее показательные из них: конструктивные, рабочие и ценовые.
Различия в работе и стоимости
Любой двигатель состоит из двух элементов: неподвижного и вращающегося.
Статор имеет осевые прорези — пазы, на дно которых укладываются токонесущие медные или алюминиевые проводки. У электродвигателя на валу крепится ротор с обмоткой возбуждения.
Принципиальным отличием между синхронными и асинхронными двигателями являются роторы, точнее, их исполнение.
У синхронных моделей при малых мощностях они представляют собой постоянные магниты.
Переменное напряжение подаётся на обмотку статора, ротор подключается к постоянному источнику питания. Проходящий по обмотке возбуждения постоянный ток наводит магнитное поле статора. Крутящий момент создаётся из-за угла запаздывания между полями. Ротор имеет такую же скорость, как и магнитное поле статора.
Агрегаты используются на практике и как генераторы и как двигатели.
Асинхронные модели – это достаточно недорогие двигатели, которые применяются часто и всюду.
Они проще в конструктивном плане, несмотря на то, что неподвижные части в принципе у всех моторов похожи.
По обмотке статора пропускается переменный электроток, который взаимодействует с роторной обмоткой. Два поля вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении, но не могут быть равными, иначе бы не создавалась индуцированная ЭДС и, тем более крутящийся момент. Это становится причиной возникновения индуцированного тока в обмотке роторе, направление которого согласно правилу Ленца таково, что он склонен противостоять причине своего производства, т. е. скорости скольжения.
Скорость вращения ротора не совпадает со скоростью магнитного поля, она всегда меньше. Таким образом, ротор пытается догнать скорость вращающегося магнитного поля и уменьшить относительную скорость.
- Асинхронные агрегаты не требуют какого-либо дополнительного источника питания.
Синхронным необходим дополнительный источник постоянного тока для подачи напряжения на обмотки. - Синхронники обладают относительно невысокой чувствительностью к перепадам сетевого напряжения и стабильностью вращения вне зависимости от нагрузки.
- Индукционные двигатели не требуют наличия контактных колец, за исключением двигателей с фазным ротором, которые их имеют для плавного пуска или регулирования скорости. В синхронных двигателях больше уязвимых мест, так как используются контактные кольца со щетками. Следовательно, детали быстрее изнашиваются и контакт между ними ослабевает.
- Синхронники нуждаются во вспомогательных пусковых механизмах, так как не обладают функцией самопуска. Для индукционных электродвигателей, имеющих собственные пусковые моменты, такой механизм не требуется.
Синхронным необходим дополнительный источник постоянного тока для подачи напряжения на обмотки.Какой агрегат лучше
В заключение нужно отметить, что говорить, якобы один мотор лучше другого, нельзя. Однако, асинхронные модели надежнее в эксплуатации, отличаются простотой конструкции.
Если агрегаты не перегружать, то их длительным сроком службы пользователь может остаться довольным.
Достоинством синхронной модели является то, что можно легко установить высокий коэффициент мощности. Поэтому модель является гораздо более эффективной, но по цене она будет соответственно дороже. Машины применяются в системах с требуемой мощностью 100 кВт и более.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
0 асинхронный двигатель принцип работы синхронный двигатель
Andrey Ku/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Чем отличается синхронный двигатель от асинхронного
Прежде чем разобраться, в чём их отличие, необходимо выяснить, что такое электродвигатель? Электродвигатель – это электрическая машина, которая приводится в действие от электроэнергии и служит приводом для других механизмов.
Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»
С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются.
Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.
В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.
При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.
В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!
Итак, примитивный синхронный электродвигатель работает, когда на рамку подаётся ток. У настоящего синхронного электродвигателя, роль рамки выполняет ротор с катушками проводов, называемых обмотками, на которые подаётся ток (они служат источниками электромагнитного поля). А роль подковообразного магнита выполняет статор, изготовленный либо из набора постоянных магнитов, либо тоже из катушек проводов (обмоток), которые, при подаче тока являются также источниками электромагнитного поля.
Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.
Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»
Вспоминаем описание рисунка в предыдущем примере. Та же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только её концы не имеют полуколец, они соединены между собой.
Теперь начинаем вращать вокруг рамки подковообразный магнит. Вращаем его медленно и наблюдаем за поведением рамки. До некоторых пор рамка остаётся неподвижной, а потом, при повороте магнита на определённый угол, рамка начинает вращение вслед за магнитом. Вращение рамки запаздывает по сравнению со скоростью вращения магнита, т.е. она вращается не синхронно с ним – асинхронно. Вот и получается, что это примитивный асинхронный электродвигатель.
Вообще-то роль магнитов в настоящем асинхронном двигателе служат обмотки, расположенные в пазах статора, на которые подаётся ток. А роль рамки, выполняет ротор, в пазы которого вставлены металлические пластины, соединённые между собой на коротко. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.
В чём же отличия синхронного и асинхронного электродвигателей?
Если поставить рядом два современных электродвигателя одного и другого типа, то по внешним признакам их отличить трудно даже специалисту.
По существу, их главное отличие рассмотрено в приведённых примерах принципов работы этих электродвигателей.
Они отличаются по конструкции роторов. Ротор синхронного электродвигателя состоит из обмоток, а ротор асинхронного представляет собой набор пластин.
Статоры одного и другого электродвигателей почти неотличимы и представляют собой набор обмоток, однако, статор синхронного электродвигателя может быть набран из постоянных магнитов.
Обороты синхронного двигателя соответствуют частоте подаваемого на него тока, а обороты асинхронного несколько отстают от частоты тока.
Отличаются они и по сферам применения. Например, синхронные электродвигатели ставят для привода оборудования, которое работает с постоянной скоростью вращения (насосы, компрессоры и т.д.) не снижая её с увеличением нагрузки. А вот асинхронные электродвигатели снижают частоту вращения при увеличении нагрузки.
Синхронные электродвигатели конструктивно сложней, а значит, и дороже асинхронных электродвигателей.
РазноеКомментировать
Разница между синхронными и асинхронными двигателями
Сравнение, база знаний
Синхронные и асинхронные двигатели являются типами электродвигателей, но они работают по-разному. Синхронный двигатель вращается со скоростью, определяемой частотой источника питания, , а асинхронный двигатель вращается со скоростью, определяемой нагрузкой двигателя.
Основное различие между синхронными и асинхронными двигателями заключается в том, что первый использует электромагнитную индукцию для создания крутящего момента, а второй использует постоянные магниты для создания силы вращения. Оба типа двигателей широко используются в промышленности, , но каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые делают их более или менее подходящими для различных применений.
Содержание
Что такое синхронный двигатель?
Синхронные двигатели – это электродвигатели, которые вращаются со скоростью, определяемой частотой источника питания .
Скорость вращения синхронного двигателя синхронизирована с частотой источника питания.
Что такое асинхронный двигатель?
Асинхронные двигатели — это электродвигатели, которые вращаются со скоростью, не синхронизированной с частотой источника питания. Скорость вращения асинхронного двигателя не синхронизирована с частотой источника питания.
Различия между синхронным двигателем и асинхронным двигателем
- Применение: Синхронные двигатели используются в устройствах с постоянной скоростью, таких как часы, проигрыватели и электробритвы. В то время как асинхронный двигатель используется в устройствах с переменной скоростью, таких как вентиляторы, насосы и конвейеры.
- Скорость: Скорость синхронного двигателя определяется частотой сети и количеством полюсов. Скорость асинхронного двигателя определяется скольжением между скоростью вращения ротора и скоростью статора.
- Эффективность: Синхронные двигатели более эффективны, чем асинхронные.
- Стоимость и эффективность: Синхронные двигатели обычно дороже и требуют больше обслуживания, чем асинхронные двигатели, но они более эффективны и имеют лучшее качество электроэнергии. С другой стороны, асинхронные двигатели дешевле и проще в эксплуатации, но менее эффективны и имеют худшее качество электроэнергии.
- Обмотка: Конструктивное различие между синхронными и асинхронными двигателями заключается в том, что первые имеют обмотку постоянного тока на роторе, а последние имеют обмотку переменного тока.
- Магниты: Магниты в синхронном двигателе установлены на статоре, тогда как в асинхронном двигателе они установлены на роторе.
Преимущества синхронных двигателей
- Высокий коэффициент мощности.
- Постоянная скорость в широком диапазоне нагрузки.
- Более эффективен, чем асинхронные двигатели.
Недостатки синхронных двигателей
- Для работы требуются более дорогие редкоземельные постоянные магниты.
- Требуют больше обслуживания, чем асинхронные двигатели.
Преимущества асинхронных двигателей
- Дешевизна в эксплуатации.
- Требуется меньше обслуживания.
Недостатки асинхронных двигателей
- Имеют коэффициент меньшей мощности .
- Переменная скорость в широком диапазоне нагрузки.
- менее эффективны, чем , чем синхронный двигатель.
Часто задаваемые вопросы
Какие бывают типы асинхронных двигателей?
Существует два основных типа асинхронных двигателей. Однофазные и трехфазные асинхронные двигатели .
Заключение
Существует несколько важных различий между синхронными и асинхронными двигателями. В частности, синхронные двигатели полагаются на магнитных полей для создания крутящего момента, в то время как асинхронные двигатели полагаются на индукционный ток.
В результате синхронные двигатели более эффективны и требуют меньше обслуживания, чем асинхронные двигатели. Синхронные двигатели могут работать на более высоких скоростях, чем асинхронные.
Двигатель электромобиля: лучше синхронный или асинхронный? Особенности и отличия
от Beatriz Deitz
Электромобили могут иметь два разных типа трансмиссии, вот плюсы и минусы синхронного двигателя и асинхронного двигателя
Porsche Taycan Turbo S является одним из самых мощных серийных электромобилей на рынке благодаря двум двигателям, которые развивают всего 761 лошадиная сила и 1050 Нм крутящего момента в режиме Overboost. Он оснащен синхронными электродвигателями с постоянными магнитами марки Magneti Marelli на обеих осях. Volkswagen ID.4 Gtx — это электрический внедорожник, предназначенный для больших продаж, он имеет два двигателя мощностью 29 л.
с.9 лошадиных сил и 460 Нм крутящего момента. Задний электродвигатель — синхронного типа с постоянными магнитами, передний — асинхронный электродвигатель. Mercedes оснастил свой новый электрический седан Eqe синхронными двигателями, а электрический внедорожник Mercedes Eqc имеет два асинхронных двигателя. Та же конфигурация для другого электрического внедорожника, Audi e-tron Sportback 55 Quattro, в то время как на BMW i3 мы возвращаемся к одному синхронному двигателю.
синхронный или асинхронный
–
Различные технические решения для разных продуктов и даже для разных осей одного и того же продукта. Но какой электропривод лучше, между синхронным и асинхронным двигателем? И самое главное, действительно ли существует универсально лучший двигатель из всех? Теоретически ответ положительный: синхронный электродвигатель с постоянными магнитами лучше асинхронного. На практике ответ не так прост, ведь даже у синхронного двигателя есть плюсы и минусы, как и у асинхронного.
Сказать, что синхронный электродвигатель всегда лучше, чем асинхронный электродвигатель, это все равно, что сказать, что турбогибридный двигатель V6 Ferrari F1-75 подойдет ко всем автомобилям, даже к Panda.
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ: КАК ОНИ РАБОТАЮТ
–
Чтобы понять различия между синхронным электродвигателем и асинхронным электродвигателем (которые мы постараемся объяснить максимально просто, да простят нас электрики, электротехники и инженеры всех порядков и степень), надо начинать с основы: как работает современный электродвигатель. Начнем с уточнения: и синхронный, и асинхронный двигатель теперь работают в переменном токе, а энергия от аккумулятора «выходит» в постоянный ток. Таким образом, в каждом электромобиле, прежде чем попасть в двигатель, электричество проходит через инвертор, который делает его пригодным для использования силовым агрегатом. Таким образом, все электродвигатели состоят из двух основных компонентов: статора и ротора.
Статор, как понятно из названия, статический, то есть стационарный. Ротор, как всегда говорит нам название, вращается. Статор – это «корпус», внутри которого вращается ротор, который, в свою очередь, передает движение колесам через редукторы.
статор и ротор
–
Движение ротора внутри статора вызвано магнитными полями, генерируемыми электрической энергией, протекающей внутри обмоток (насколько возможно упрощенно: катушек), расположенных в статоре. Подобно магнитам, которые притягиваются и отталкиваются в зависимости от полярности, так и в электродвигателе магнитное поле, создаваемое обмотками, «толкает» или «притягивает» ротор и заставляет его вращаться. В асинхронном электродвигателе, также называемом асинхронным двигателем, угловая скорость магнитного поля статора выше, чем у ротора. В синхронном двигателе скорость вращения эквивалентна электрической частоте и почти всегда в роторе есть постоянные магниты, создающие магнитное поле.
