Работа синхронного двигателя: Синхронные электродвигатели. Работа и применение. Особенности

Содержание

Синхронные электродвигатели. Работа и применение. Особенности

Особенностью работы двигателя является равенство скорости вращения ротора и скорости вращения магнитного потока. Поэтому скорость вала двигателя не зависит и не изменяется от величины подключаемой нагрузки. Это достигается за счет того, что индуктор синхронного электродвигателя является электромагнитом, в некоторых случаях постоянным магнитом.

Количество пар полюсов ротора одинаково с числом пар полюсов у движущегося магнитного поля. Взаимное воздействие этих полюсов дает возможность выравнивания скорости ротора. На валу в этот момент может быть любая по величине нагрузка. Она не влияет на скорость вращения индуктора.

Конструктивные особенности и принцип работы

Основными составными частями синхронного электродвигателя являются: статор, который неподвижен, и ротор, иными словами называемый индуктором. Статор имеет другое название – якорь, но от этого его суть не меняется. Эти части двигателя разделены прослойкой воздуха. Между пазами заложена трехфазная обмотка, которая чаще всего имеет соединение по схеме звезды.

Когда двигатель после запуска начал работать, токи якоря образуют движущееся магнитное поле, его вращение дает пересечение поля индуктора. В итоге такой работы двух полей возникает энергия. Магнитное поле статора по своей сути является полем его реакции. В работе генераторов такую энергию получают с помощью индукторов.

Полюсами являются электромагниты статора, работающие на постоянном токе. Статоры синхронных моторов могут выполняться по различным схемам: неявнополюсной, а также явнополюсной. Они отличаются положением полюсов.

Для снижения магнитного сопротивления и оптимизации условий прохода магнитного поля используют сердечники из ферромагнитного материала. Они находятся в роторе и якоре. Производятся они из электротехнической стали, которая содержит большое количество кремния. Это дает возможность снизить вихревые токи и увеличить электрическое сопротивление стали.

Синхронные электродвигатели имеют в своей основе принцип взаимодействия полюсов индуктора и статора. Во время пуска двигатель ускоряется до скорости вращения магнитного потока. Только при таком условии электродвигатель начинает действовать в синхронном режиме. При таком процессе магнитные поля образуют пересечение, возникает вход в синхронизацию.

Долгое время для разгона мотора применяли отдельный пусковой двигатель. Его соединяли механическим путем с синхронным мотором. При запуске ротор мотора ускорялся и достигал синхронной скорости. Далее мотор самостоятельно втягивался в синхронное движение. При выборе мощности пускового мотора руководствовались 15% мощности от номинала разгоняемого двигателя. Этого резерва мощности было достаточно для запуска синхронного двигателя, даже при наличии небольшой нагрузки.

Такой метод разгона более сложный, значительно повышает стоимость оборудования. В современных конструкциях синхронные электродвигатели не имеют такой схемы разгона. Применяют другую систему разгона. Реостатом замыкают обмотки индуктора по аналогии с асинхронным двигателем. Для запуска на ротор монтируют короткозамкнутую обмотку, являющуюся также и успокоительной обмоткой, которая предотвращает раскачивание ротора при синхронизации.

При достижении ротором номинальной скорости, к индуктору подключают постоянный ток. Однако, для пуска моторов с постоянными магнитами не обойтись без применения пусковых внешних двигателей.

В криогенных синхронных электродвигателях применяется обращенная конструкция. В ней якорь и индуктор размещены наоборот, индуктор находится на статоре, а якорь расположен на роторе. У таких машин возбуждающие обмотки состоят из сверхпроводимых материалов.

Достоинства и недостатки

Синхронные двигатели имеют основное преимущество по сравнению с асинхронными моторами тот факт, что возбуждение от постоянного тока внешнего источника дает возможность работы при значительной величине коэффициента мощности. Эта особенность дает возможность увеличить значение коэффициента мощности для общей сети благодаря включению синхронного мотора.

Синхронные электродвигатели имеют и другие достоинства:
  • Электродвигатели синхронного типа работают с повышенным коэффициентом мощности, что создает уменьшение расхода энергии и снижает потери. КПД синхронного мотора выше при той же мощности асинхронного двигателя.
  • Синхронные электродвигатели имеют момент вращения, который прямо зависит от напряжения сети. Поэтому он при уменьшении напряжения сохраняет свою мощность больше асинхронного. Это является фактором надежности подобных конструкций моторов.
Недостатками являются следующие отрицательные моменты:
  • При проведении сравнительного анализа конструкций двух моторов, можно отметить, что синхронные электродвигатели выполнены по более сложной схеме, поэтому их стоимость будет выше.
  • Следующим недостатком для синхронных моторов стала необходимость в источнике тока в виде выпрямителя, либо другого блока питания постоянного тока.
  • Запуск двигателя происходит по сложной схеме.
  • Регулировка скорости вала двигателя возможна только одним способом, с помощью применения частотного преобразователя.

В итоге можно сказать, что все-таки преимущества синхронных двигателей перекрывают недостатки. Поэтому двигатели такого вида широко применяются в технологических процессах, где идет постоянный непрерывный процесс, и не требуется частая остановка и запуск оборудования: на мельничном производстве, в компрессорах, дробилках, насосах и так далее.

Выбор двигателя
К вопросу приобретения синхронного электродвигателя нужно подходить, основываясь на следующие факторы:
  • Условия эксплуатации электродвигателя. По условиям выбирают тип двигателя, который может быть защищенным, открытым или закрытым. А также синхронные электродвигатели отличаются по защите токовых частей от влаги, температуры, агрессивных сред. Для взрывоопасного производства существуют специальные защиты, предотвращающие образование искр в двигателе.
  • Особенности выполнения подключения электродвигателя с потребителем.
Синхронные компенсаторы

Они служат для компенсирования коэффициента мощности в электрической сети и стабилизации номинального значения напряжения в местах подключения нагрузок к двигателю. Нормальным режимом синхронного компенсатора является режим перевозбуждения в момент отдачи в электрическую сеть реактивной мощности.

Такие компенсаторы еще называют генераторами реактивной мощности, так как они предназначены для выполнения такой же задачи, как батареи конденсаторов на подстанциях. Когда мощность нагрузок уменьшается, то часто необходимо действие синхронных компенсаторов в невозбужденном режиме при их потреблении реактивной мощности и индуктивного тока, потому что напряжение в сети старается увеличиться, а для его стабилизации на рабочем уровне нужно нагрузить сеть током индуктивности, который вызывает в сети снижение напряжения питания.

Для таких целей синхронные компенсаторы обеспечиваются регулятором автоматического возбуждения. Регулятор изменяет ток возбуждения таким образом, что напряжение на компенсаторе не изменяется.

Сфера применения

Широкое использование электродвигателей асинхронного типа со значительными недогрузками делает работу станций и энергосистем сложнее, так как уменьшается коэффициент мощности системы, это ведет к незапланированным потерям, к их неполному использованию по активной мощности. В связи с этим появилась необходимость в использовании двигателей синхронного типа, особенно для приводов механизмов значительной мощности.

Если сравнивать синхронные электродвигатели с асинхронными, то достоинством синхронных стала их работа коэффициентом мощности равном 1, благодаря действию возбуждения постоянным током. При этом они не расходуют реактивную мощность из питающей сети, а если работают с перевозбуждением, то даже отдают некоторую величину реактивной мощности для сети.

В итоге коэффициент мощности сети улучшается, и снижаются потери напряжения, увеличивается коэффициент мощности генераторов электростанций. Наибольший момент синхронного электродвигателя прямо зависит от напряжения, а у синхронного электромотора – от квадрата напряжения.

Поэтому, при уменьшении напряжения синхронный электромотор имеет по-прежнему значительную нагрузочную способность. Также, применение возможности повышения возбуждающего тока синхронных моторов дает возможность повышать их надежность эксплуатации при внезапных снижениях напряжения, и оптимизировать в таких случаях работу всей энергосистемы.

Из-за большой величины воздушного промежутка дополнительные потери в стальных сердечниках и в роторе синхронных моторов меньше, чем у двигателей асинхронного вида. Поэтому КПД синхронных моторов чаще бывает больше.

Однако устройство синхронных моторов намного сложнее, а также необходим возбудитель или другое устройство питания возбуждения. Поэтому синхронные моторы имеют более высокую стоимость по сравнению с асинхронными с короткозамкнутым ротором.

Запуск и регулировка скорости у синхронных электродвигателей имеет свои сложности. Но при больших мощностях их преимущества превосходят недостатки. Поэтому они применяются во многих местах, где не нужны частые пуски, остановки оборудования, а также нет необходимости в регулировки оборотов двигателя с приводом механизмов насосов, компрессоров, мельниц и т.д.

Похожие темы:

Синхронный двигатель | Электротехника

Принцип действия синхронного двигателя.

Так как синхронная машина обладает свойством обратимости, конструкция двигателя практически не отличается от конструкции синхронного генератора. Однако взаимодействие элементов теперь отвечает принципу действия двигателя.

Электрическая активная мощность Р потребляется из сети, в результате чего по обмоткам статора протекает ток. Ток, как и в генераторе, создаёт МДС Fст, а она – потоки Фd и Фр,я, наводящие в обмотке статора ЭДС и .

По обмотке ротора протекает ток возбуждения Iв, её МДС Fв создаёт магнитный поток ротора Ф0. Вращаясь вместе с ротором, поток Ф0 в соответствии с законом электромагнитной индукции (ЭМИ) индуцирует в обмотке статора ЭДС , которая направлена против напряжения сети . Сумма ЭДС с учётом падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора уравновешивает напряжение сети

. Магнитные потоки Ф0, Фd и Фр,я образуют результирующий магнитный поток двигателя Фрез.

Вал двигателя сцеплён с валом рабочей машины РМ (например, со шпинделем металлорежущего станка), потребляющей механическую энергию и создающей момент сопротивления Мс. В результате действия тормозящего момента Мс полюсы ротора отстают от полюсов результирующего поля статора (см. рис. 4.6).

В двигательном режиме результирующий магнитный поток двигателя Фрез является ведущим; вращаясь, он увлекает за собой ротор, создавая вращающий момент М двигателя, преодолевающий тормозной момент Мс механической нагрузки.

Уравнение второго закона Кирхгофа для обмотки статора.

В двигательном режиме синхронная машина потребляет из сети ток, который  направлен навстречу ЭДС (рис.4.14,а).

Уравнение, записанное по второму закону Кирхгофа для фазы обмотки статора

,   (4.4)

показывает,  что противо-ЭДС и индуктивное падение напряжения

jXсин уравновешивают напряжение сети (предполагается, что=0).

Векторная диаграмма  синхронного  двигателя.

Векторная диаграмма построена по уравнению (4.4) на рис. 4.14, б. В результате действия механической нагрузки Мс ось магнитного потока ротора Ф0 отстает на угол от оси результирующего магнитного потока Фрез. Поэтому в двигательном режиме вектор ЭДС отстает по фазе на угол от вектора напряжения сети . Сопоставление векторных диаграмм синхронного двигателя (рис. 4.14,б) и синхронного генератора (см. рис. 4.13) показывает, что угол меняет свой знак. При построении векторной диаграммы двигателя вектор принимается за исходный.

Вектор тока отстает по фазе на 90° от вектора  jXсин.

Мощность и вращающий момент синхронного двигателя.

Активная мощность, потребляемая трехфазным синхронным двигателем из сети, равна утроенной фазной мощности

.

Если пренебречь потерями, которые относительно малы, то активная потребляемая мощность равна электромагнитной мощности, т. е. мощности, передаваемой магнитным полем из статора в ротор, где — угол сдвига фаз между током и ЭДС.

Из треугольников Оса и асb векторной диаграммы на рис. 14.14, б следует, что отрезок  , где —масштабный коэффициент. Подставляя значение  IcosΨ в выражение для Рэм, получаем для механической мощности на валу двигателя
.

Механический момент на валу двигателя
,

(4.5)

где — угловая скорость ротора; Мтах = — максимальный момент, развиваемый двигателем. При постоянном напряжении сети Uc максимальный момент двигателя зависит только от ЭДС Е0, т.е. от тока возбуждения ротора Iв.

Угловая и механическая характеристики.

Зависимость момента синхронной машины от угла нагрузки при Uc = const называется угловой характеристикой машины. Угловая характеристика (рис. 4.15) в соответствии с (4.5) имеет вид синусоиды.

В двигательном режиме угол положительный, поэтому на графике двигательному режиму соответствует положительная полуволна синусоиды. В генераторном режиме угол отрицательный, ему соответствует отрицательная полуволна синусоиды. В диапазоне угла нагрузки -90°<<+90° (ветвь синусоиды показана сплошной линией) работа машины, как в двигательном, так и в генераторном режиме устойчива, а на участках кривой, изображённых штриховой линией, – неустойчива.

На устойчивом участке характеристики машина обладает свойством саморегулирования, т.е. при изменении момента нагрузки автоматически изменяется в том же направлении момент машины, причём так, что в новом установившемся режиме между ними достигается равновесное устойчивое состояние.

Так, в двигательном режиме при увеличении механической нагрузки Мс ротор притормаживается, угол нагрузки увеличивается и в соответствии с угловой характеристикой увеличивается вращающий момент двигателя М. При равенстве М= Мс наступит новый установившийся режим, причём частота вращения ротора останется неизменной и равной частоте вращения магнитного поля статора; только при этом равенстве существует электромагнитное взаимодействие полюсов ротора и статора, обусловливающее момент М машины.

Максимальный момент Мmax машины является и критическим. Если нагрузить двигатель так, что Мс> Мmax , то угол нагрузки станет больше 90°, рабочая точка перейдёт на неустойчивый участок  угловой характеристики. Вращающий момент двигателя М начнёт уменьшаться, ротор тормозиться, двигатель выйдет из синхронизма и может остановиться.

Аналогичные явления происходят и в генераторном режиме. Выход («выпадение») машины из синхронизма – явление недопустимое, оно может привести к тяжёлой тобы в номинальном режиме угол нагрузки и запас по моменту и активной маварии в электрической сети. Поэтому синхронные машины проектируются так, чощности составлял не менее 1,65.

Механической характеристикой синхронного двигателя называется зависимость частоты вращения от момента двигателя. В синхронном двигателе частота вращения ротора постоянна и от нагрузки не зависит. Поэтому механическая характеристика n(M) (рис. 4.18) – прямая, параллельная оси абсцисс.

Регулирование коэффициента мощности синхронного двигателя.

Синхронный двигатель в отличие от асинхронного обладает ценным для электроэнергетики свойством – он позволяет регулировать реактивную мощность, потребляемую из сети. Когда двигатель работает при неизменной механической нагрузке на валу, т.е. Мс= const при Uc = const, то активная мощность Р, потребляемая двигателем из сети, постоянна:

Если в этих условиях изменять ток возбуждения, ЭДС обмоток статораи изменяются так, что активная составляющая тока Icosφ и составляющая ЭДС остаются неизменными (рис. 14.17).

При изменении тока возбуждения векторскользит вдоль прямой ab, изменяются положение вектора jXсин и угол φ сдвига фаз между токоми напряжением сети , а, вследствие того, что, конец вектора токаскользит по прямой cd.

Когда ток возбуждения двигателя мал (недовозбуждение), =, ток отстаёт по фазе от и двигатель потребляет реактивную мощность. При некотором, относительно большом токе возбуждения =и ток является чисто активным.

Наоборот, при перевозбуждении и вектор тока опережает по фазе вектор напряжения ,, ток, потребляемый двигателем из сети, имеет ёмкостную составляющую. Последнее весьма ценно, поскольку ёмкостный ток компенсирует индуктивные токи, потребляемые из сети другими потребителями (асинхронными двигателями, различного рода катушками и т.п.), и тем самым улучшается  cosφ всей сети. Обычно синхронные двигатели работают с перевозбуждением при .

U – образные характеристики.

Зависимости I(Iв) при Uc = const и Р= const называются U – образными характеристиками. На рис. 4.18 изображены три такие характеристики для случаев Р=0 (режим холостого хода), некоторой мощности P1>0 P2> P1. Минимум тока на характеристиках соответствует активному току, потребляемому двигателем , левые ветви – перевозбуждённому двигателю и ёмкостному току.

При уменьшении тока возбуждения Iв уменьшается ЭДС Е0 и угол увеличивается (рис.4.17).

Штриховая кривая АВ на рис. 4.18 представляет собой границу устойчивости, на которой =90°.

Наиболее экономичным для самого синхронного двигателя является режим работы с , так как двигатель развивает заданную механическую мощность при наименьшем, чисто активном токе статора.

Рис. 4.17 и 4.18

Обычно в эксплуатации синхронный двигатель перевозбуждают с целью улучшения cosφ сети. Режим перевозбуждения выгоден и тем, что уменьшается угол и возрастает перегрузочная способность двигателя. Вместе с этим следует учитывать, что обмотки статора двигателя рассчитаны на определённый ток с точки зрения нагрева. Поэтому, чем больше загрузка двигателя активным током Ia (определяющим механическую мощность и момент на валу), тем меньше возможности использования двигателя в качестве генератора реактивной (ёмкостной) мощности за счёт реактивной составляющей тока Ip.

Синхронные компенсаторы.

Синхронные компенсаторы – это синхронные машины, специально предназначенные для улучшения коэффициента мощности (cosφ) электрической сети. Они работают без механической нагрузки на валу (ток Ia мал) в перевозбуждённом режиме (правая ветвь U – образной характеристики Р=0 на рис. 4.20). Поскольку синхронные компенсаторы работают вхолостую и загружены только реактивным током Ip, они имеют облегчённую механическую конструкцию и, следовательно, меньшие размеры и массу.

Пуск синхронного двигателя.

Пуск синхронного двигателя сопряжён с трудностями. Если статорную обмотку включить в трёхфазную сеть, а обмотку возбуждения питать от источника постоянного напряжения Uв (рис. 4.19), то ротор не сдвинется с места – из-за инерционности ротора вращающееся поле статора не успевает сцепиться с неподвижным полем ротора.

Распространение получил так называемый асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления асинхронного пуска ротор синхронного двигателя снабжается специальной пусковой короткозамкнутой обмоткой из медных или алюминиевых стержней типа беличьей клетки асинхронного короткозамкнутого двигателя. Пуск двигателя осуществляют следующим образом (рис. 4.19).

Вначале обмотка возбуждения синхронного двигателя замыкается на пусковой реостат Rп, сопротивление которого в 8 – 10 раз больше, чем сопротивление обмотки возбуждения (если оставить обмотку возбуждения разомкнутой, то в ней при пуске вращающимся полем статора будет наводиться значительная ЭДС, опасная для изоляции).

При включении обмотки статора на трёхфазное напряжение двигатель за счёт короткозамкнутой обмотки начинает работать как асинхронный. Когда частота вращения ротора двигателя достигает примерно 95% синхронной частоты вращения поля статора n0, пусковой реостат Rп отключают, а обмотку возбуждения ротора включают на постоянное напряжение Uв.

Так как теперь частота вращения поля статора отличается незначительно от частоты поля вращающегося ротора, полюсы полей статора и ротора вступают во взаимодействие, двигатель втягивается в синхронизм и начинает работать как синхронный.

В рабочем, т.е. в синхронном, режиме токи в пусковой короткозамкнутой обмотке не возникают и она в работе машины не участвует. Однако при кратковременных толчках механической нагрузки на валу в пусковой обмотке токи наводятся и создают момент, демпфирующий колебания ротора.

Преимущества, недостатки и применение синхронных двигателей.

Преимущество синхронных двигателей перед асинхронными состоит в том, что благодаря возбуждению от независимого источника постоянного тока они работают при высоком коэффициенте мощности (до ) и даже с опережающим током. Это обстоятельство позволяет увеличивать cosφ всей сети. Кроме того, работа двигателя с высоким cosφ обеспечивает уменьшение потребляемого тока и потерь в синхронном двигателе по сравнению с асинхронным той же мощности и, следовательно, более высокий КПД.

Наконец, вращающий момент синхронного двигателя пропорционален напряжению сети Uc . Поэтому при понижении напряжения в сети синхронный двигатель сохраняет большую перегрузочную способность, чем асинхронный, и, следовательно, обладает большей надёжностью.

Вместе с тем синхронный двигатель сложнее по конструкции, чем асинхронный той же мощности, и поэтому дороже. Синхронные двигатели должны иметь источник постоянного тока (специальный возбудитель или выпрямитель), пуск у них протекает сложнее, чем у асинхронных. Частотное регулирование является единственным способом регулирования угловой частоты вращения ротора синхронного двигателя.

Тем не менее, преимущества синхронных двигателей настолько велики, что при мощностях свыше 100 кВт их целесообразно применять всюду, где не требуется часто останавливать и пускать механизмы или регулировать их скорость. В настоящее время они применяются для привода преобразовательных агрегатов, компрессоров, насосов, вентиляторов, мельниц, дробилок, нерегулируемых прокатных станов и т.п.

Отечественная промышленность выпускает трёхфазные синхронные двигатели мощностью от 20 кВт до нескольких десятков тысяч киловатт при частотах вращения от 100 до 1000 об/мин в явнополюсном исполнении и при 1500, 3000 об/мин – в неявнополюсном, с различным исполнением по способу защиты от внешних воздействий (открытое, защищённое, закрытое и т.д.), с различным рабочим положением вала (горизонтальные, вертикальные) и с различными системами возбуждения: от генератора постоянного тока, расположенного на одном валу с двигателем, от тиристорных выпрямителей и т.д.

Синхронный двигатель - Synchronous motor

Миниатюрный синхронный двигатель, используемый в аналоговых часах. Ротор выполнен из постоянного магнита. Малый синхронный двигатель со встроенным понижающим редуктором от микроволновой печи

Синхронный электродвигатель является двигателем переменного тока , в котором, в стационарном состоянии , вращение вала синхронизирован с частотой питающего тока ; период вращения в точности равен целому числу циклов переменного тока . Синхронные двигатели содержат многофазные электромагниты переменного тока на статоре двигателя, которые создают магнитное поле, которое вращается во времени с колебаниями сетевого тока. ротор с постоянными магнитами или электромагнитами поворачивается синхронно с полем статора с той же скоростью и, как результат, обеспечивает второе синхронизированное вращающееся магнитное поле любого двигателя переменного тока. Синхронный двигатель называется с двойным питанием, если он снабжен многофазными электромагнитами переменного тока с независимым возбуждением как на роторе, так и на статоре.

Синхронный двигатель и асинхронный двигатель - наиболее широко используемые типы двигателей переменного тока. Разница между этими двумя типами заключается в том, что синхронный двигатель вращается со скоростью, привязанной к частоте сети, поскольку он не полагается на индукцию тока для создания магнитного поля ротора. В отличие от этого, асинхронный двигатель требует скольжения : ротор должен вращаться немного медленнее, чем переменный ток, чтобы вызвать ток в обмотке ротора. Малые синхронные двигатели используются в устройствах синхронизации, таких как синхронные часы , таймеры в приборах, магнитофонах и точных сервомеханизмах, в которых двигатель должен работать с точной скоростью; Точность скорости - это точность частоты линии электропередачи , которая тщательно контролируется в крупных взаимосвязанных сетевых системах.

Синхронные двигатели доступны от субфракционных размеров с самовозбуждением до мощных промышленных размеров. В диапазоне дробных лошадиных сил используется большинство синхронных двигателей там, где требуется точная постоянная скорость. Эти машины обычно используются в аналоговых электрических часах, таймерах и других устройствах, где требуется точное время. В промышленных масштабах большой мощности синхронный двигатель выполняет две важные функции. Во-первых, это высокоэффективное средство преобразования энергии переменного тока в работу. Во-вторых, он может работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности и тем самым обеспечивать коррекцию коэффициента мощности.

Тип

Синхронные двигатели относятся к более общей категории синхронных машин, которая также включает синхронный генератор. Действие генератора будет наблюдаться, если полюса поля «опережают результирующий поток в воздушном зазоре за счет поступательного движения первичного двигателя ». Действие двигателя будет наблюдаться, если полюса поля «увлекаются за результирующим потоком в воздушном зазоре из-за замедляющего момента нагрузки вала ».

В зависимости от намагничивания ротора существует два основных типа синхронных двигателей: без возбуждения и с возбуждением от постоянного тока .

Двигатели без возбуждения

В двигателях без возбуждения ротор выполнен из стали. На синхронной скорости он вращается синхронно с вращающимся магнитным полем статора, поэтому через него проходит почти постоянное магнитное поле. Внешнее поле статора намагничивает ротор, создавая магнитные полюса, необходимые для его вращения. Ротор изготовлен из стали с высокой прочностью, например, из кобальтовой стали. Они изготавливаются с постоянным магнитом , реактивным сопротивлением и гистерезисом :

Электродвигатели сопротивления

Они имеют ротор, состоящий из цельной стальной отливки с выступающими (выступающими) зубчатыми полюсами. Обычно количество полюсов ротора меньше, чем количество полюсов статора, чтобы минимизировать пульсации крутящего момента и предотвратить одновременное выравнивание всех полюсов - положение, которое не может генерировать крутящий момент. Размер воздушного зазора в магнитной цепи и, следовательно, магнитное сопротивление минимальны, когда полюса выровнены с (вращающимся) магнитным полем статора, и увеличиваются с увеличением угла между ними. Это создает крутящий момент, вынуждающий ротор выравниваться с ближайшим полюсом поля статора. Таким образом, при синхронной скорости ротор «заблокирован» относительно вращающегося поля статора. Это не может запустить двигатель, поэтому полюса ротора обычно имеют встроенные в них обмотки с короткозамкнутым ротором , чтобы обеспечить крутящий момент ниже синхронной скорости. Машина запускается как асинхронный двигатель до тех пор, пока не достигнет синхронной скорости, когда ротор «втягивается» и блокируется на вращающемся поле статора.

Конструкции реактивных двигателей имеют номинальные значения от долей лошадиных сил (несколько ватт) до примерно 22 кВт . Электродвигатели с очень маленьким реактивным сопротивлением имеют низкий крутящий момент и обычно используются для измерительных приборов. В многоцелевых двигателях с умеренным крутящим моментом используется конструкция с короткозамкнутым ротором и зубчатыми роторами. При использовании источника питания с регулируемой частотой все двигатели в системе привода могут управляться с одинаковой скоростью. Частота источника питания определяет рабочую скорость двигателя.

Гистерезисные двигатели

Они имеют прочный гладкий цилиндрический ротор, отлитый из кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой . Этот материал имеет широкую петлю гистерезиса (высокая коэрцитивная сила ), что означает, что после намагничивания в заданном направлении ему требуется большое обратное магнитное поле для реверсирования намагниченности. Вращающееся поле статора заставляет каждый небольшой объем ротора испытывать обратное магнитное поле. Из-за гистерезиса фаза намагниченности отстает от фазы приложенного поля. Результатом этого является то, что ось магнитного поля, индуцированного в роторе, отстает от оси поля статора на постоянный угол δ, создавая крутящий момент, поскольку ротор пытается «догнать» поле статора. Пока скорость ротора ниже синхронной, каждая частица ротора испытывает обратное магнитное поле с частотой «скольжения», которое вращает ее вокруг своей петли гистерезиса, заставляя поле ротора отставать и создавать крутящий момент. В роторе имеется 2-полюсная конструкция стержня с низким сопротивлением. Когда ротор приближается к синхронной скорости и скольжение достигает нуля, это намагничивается и выравнивается с полем статора, заставляя ротор «блокироваться» с вращающимся полем статора.

Основное преимущество двигателя с гистерезисом состоит в том, что, поскольку угол запаздывания δ не зависит от скорости, он развивает постоянный крутящий момент от запуска до синхронной скорости. Следовательно, он самозапускается и не требует индукционной обмотки для запуска, хотя во многих конструкциях действительно имеется структура проводящей обмотки с короткозамкнутым ротором, встроенная в ротор для обеспечения дополнительного крутящего момента при запуске.

Двигатели с гистерезисом производятся с дробной мощностью в лошадиных силах, в основном как серводвигатели и синхронизирующие двигатели. Гистерезисные двигатели, более дорогие, чем реактивные, используются там, где требуется точная постоянная скорость.

Двигатели с постоянными магнитами

С постоянными магнитами синхронный двигатель (PMSM) использует постоянные магниты , встроенные в стали ротора для создания постоянного магнитного поля. Обмотки статора подключены к источнику переменного тока для создания вращающегося магнитного поля (как в асинхронном двигателе ). При синхронной скорости полюса ротора сцепляются с вращающимся магнитным полем. Синхронные двигатели с постоянными магнитами аналогичны бесщеточным двигателям постоянного тока . Неодимовые магниты - наиболее часто используемые магниты в этих двигателях.

Двигатели с постоянными магнитами используются в качестве безредукторных двигателей для лифтов с 2000 года.

Большинству PMSM для запуска требуется частотно-регулируемый привод . Тем не менее, некоторые включают в себя короткозамкнутую клетку в роторе для запуска - они известны как линейный пуск или самозапускающиеся PMSM. Они обычно используются в качестве более эффективных замен асинхронных двигателей (из-за отсутствия скольжения), но их необходимо тщательно определять для приложения, чтобы гарантировать достижение синхронной скорости и способность системы выдерживать пульсации крутящего момента во время запуска.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами в основном управляются с помощью прямого управления крутящим моментом и управления, ориентированного на поле . Однако эти методы страдают от относительно высокого крутящего момента и пульсаций магнитного потока статора. Для решения этих проблем недавно были разработаны интеллектуальные контроллеры и нейронные сети.

Двигатели с возбуждением постоянным током

Двигатель с возбуждением постоянным током, 1917 год. Возбудитель хорошо виден в задней части машины.

Обычно эти двигатели изготавливаются большего размера (более 1 лошадиных сил или 1 киловатта), для возбуждения которых требуется постоянный ток (DC), подаваемый на ротор. Это наиболее просто подается через контактные кольца , но также можно использовать бесщеточную индукцию переменного тока и схему выпрямителя. Постоянный ток может подаваться от отдельного источника постоянного тока или от генератора постоянного тока, непосредственно подключенного к валу двигателя.

Методы контроля

Для работы синхронного двигателя с постоянными магнитами и реактивного двигателя требуется система управления ( частотно- регулируемый привод или сервопривод ).

Существует большое количество способов управления СДПМ, которые выбираются в зависимости от конструкции электродвигателя и области применения.

Методы контроля можно разделить на:

Синусоидальный

Трапециевидный

Синхронная скорость

Синхронная скорость синхронного двигателя Дана:
в RPM , путь:

N s знак равно 60 ж п знак равно 120 ж п {\ displaystyle N_ {s} = 60 {\ frac {f} {P}} = 120 {\ frac {f} {p}}}

а в рад · с −1 по:

ω s знак равно 2 π ж п знак равно 4 π ж п {\ displaystyle \ omega _ {s} = 2 \ pi {\ frac {f} {P}} = 4 \ pi {\ frac {f} {p}}}

где:

  • ж {\ displaystyle f} это частота питающего тока переменного тока в Гц ,
  • п {\ displaystyle p} - количество магнитных полюсов .
  • п {\ displaystyle P} это число пар полюсов (редко, плоскость коммутации ), . п знак равно п / 2 {\ Displaystyle P = p / 2}

Примеры

Однофазный , 4-полюсный (2-пар полюсов) синхронный двигатель работает на частоте питания переменного тока 50 Гц. Количество пар полюсов равно 2, поэтому синхронная скорость равна:

N s знак равно 60 × 50 2 знак равно 1500 об / мин {\ displaystyle N_ {s} = 60 \ times {\ frac {50} {2}} = 1500 \, \, {\ text {rpm}}}

Трехфазное , 12-полюсный (6-пар полюсов) синхронный двигатель работает на частоте питания переменного тока 60 Гц. Количество пар полюсов - 6, поэтому синхронная скорость равна:

N s знак равно 60 × 60 6 знак равно 600 об / мин {\ displaystyle N_ {s} = 60 \ times {\ frac {60} {6}} = 600 \, \, {\ text {rpm}}}

Количество магнитных полюсов, равно количеству групп катушек на фазу. Чтобы определить количество групп катушек на фазу в трехфазном двигателе, подсчитайте количество катушек, разделите на количество фаз, которое равно 3. Катушки могут занимать несколько пазов в сердечнике статора, что затрудняет их подсчет. . Для трехфазного двигателя, если вы насчитаете в общей сложности 12 групп катушек, у него 4 магнитных полюса. Для 12-полюсной 3-фазной машины будет 36 катушек. Количество магнитных полюсов в роторе равно количеству магнитных полюсов в статоре. п {\ displaystyle p}

строительство

Ротор большого водяного насоса. Контактные кольца можно увидеть под барабаном ротора. Обмотка статора большого водяного насоса

Основными компонентами синхронного двигателя являются статор и ротор. Статор синхронного двигателя и статор асинхронного двигателя аналогичны по конструкции. При синхронной ране ротор машина двойного питания как исключение, рама статора содержит обертку пластины . К защитной пластине прикреплены окружные ребра и клавишные планки. Чтобы выдержать вес машины, необходимы рамы и опоры . Когда обмотка возбуждения возбуждается постоянным током , требуются щетки и контактные кольца для подключения к источнику возбуждения. Обмотка возбуждения также может возбуждаться бесщеточным возбудителем. Цилиндрические круглые роторы (также известные как ротор с невыпадающими полюсами) используются до шести полюсов. В некоторых машинах или когда требуется большое количество полюсов, используется ротор с явнополюсными полюсами. Конструкция синхронного двигателя аналогична конструкции синхронного генератора переменного тока . В большинстве конструкций синхронных двигателей используются стационарный якорь и вращающаяся обмотка возбуждения. Этот тип конструкции является преимуществом по сравнению с двигателем постоянного тока, в котором используется якорь вращающегося типа.

Операция

Вращающееся магнитное поле образуется из суммы векторов магнитного поля трех фаз обмоток статора.

Работа синхронного двигателя происходит за счет взаимодействия магнитных полей статора и ротора. Обмотка статора, состоящая из трехфазной обмотки, имеет трехфазное питание, а ротор - источник постоянного тока. Трехфазная обмотка статора, по которой проходят трехфазные токи, создает трехфазный вращающийся магнитный поток (и, следовательно, вращающееся магнитное поле). Ротор блокируется вращающимся магнитным полем и вращается вместе с ним. Когда поле ротора синхронизируется с вращающимся магнитным полем, говорят, что двигатель синхронизирован. Однофазная (или двухфазная, полученная из однофазной) обмотка статора возможна, но в этом случае направление вращения не определено, и машина может запускаться в любом направлении, если это не запрещено пусковыми устройствами.

Когда двигатель работает, скорость двигателя зависит только от частоты питания. Когда нагрузка двигателя превышает предельную нагрузку, двигатель выходит из строя, и обмотка возбуждения больше не следует за вращающимся магнитным полем. Поскольку двигатель не может создавать (синхронный) крутящий момент, если он выпадает из синхронизации, на практике синхронные двигатели имеют частичную или полную обмотку с короткозамкнутым ротором (амортизатор) для стабилизации работы и облегчения запуска. Поскольку эта обмотка меньше, чем у эквивалентного асинхронного двигателя и может перегреваться при длительной работе, а также из-за того, что в обмотке возбуждения ротора индуцируются большие напряжения с частотой скольжения, устройства защиты синхронного двигателя обнаруживают это состояние и прерывают подачу питания (не в такт защита).

Способы запуска

Синхронные двигатели больше определенного размера не являются самозапускающимися двигателями. Это свойство связано с инерцией ротора; он не может мгновенно следить за вращением магнитного поля статора. Поскольку синхронный двигатель не выдает собственного среднего крутящего момента в состоянии покоя, он не может разогнаться до синхронной скорости без какого-либо дополнительного механизма.

Большие двигатели, работающие на промышленной промышленной частоте, включают в себя индукционную обмотку с короткозамкнутым ротором, которая обеспечивает достаточный крутящий момент для ускорения, а также служит для гашения колебаний скорости двигателя во время работы. Как только ротор приближается к синхронной скорости, возбуждается обмотка возбуждения, и двигатель синхронизируется. Очень большие двигательные системы могут включать в себя "пони" двигатель, который ускоряет ненагруженную синхронную машину до приложения нагрузки. Двигатели с электронным управлением могут быть ускорены с нулевой скорости путем изменения частоты тока статора.

Очень маленькие синхронные двигатели обычно используются в электромеханических часах или таймерах с питанием от сети, которые используют частоту сети для работы зубчатого механизма с правильной скоростью. Такие небольшие синхронные двигатели могут запускаться без посторонней помощи, если момент инерции ротора и его механическая нагрузка достаточно малы [потому что двигатель] будет ускоряться от скорости скольжения до синхронной скорости в течение полупериода ускорения реактивного момента. « Однофазные синхронные двигатели, такие как настенные электрические часы, могут свободно вращаться в любом направлении, в отличие от двигателей с расщепленными полюсами. См. Синхронный электродвигатель с расщепленными полюсами, чтобы узнать, как достигается согласованное направление пуска.

Экономичность эксплуатации является важным параметром при рассмотрении различных методов запуска двигателя. Соответственно, возбуждение ротора - это возможный способ решить проблему запуска двигателя. Кроме того, современные предлагаемые методы пуска для больших синхронных машин включают повторяющееся изменение полярности полюсов ротора во время пуска.

Области применения, особые свойства и преимущества

Использовать как синхронный конденсатор

V-образная кривая синхронной машины

Изменяя возбуждение синхронного двигателя, он может работать с запаздывающим, опережающим и единичным коэффициентами мощности. Возбуждение, при котором коэффициент мощности равен единице, называется нормальным напряжением возбуждения . Величина тока при таком возбуждении минимальна. Напряжение возбуждения, превышающее нормальное возбуждение, называется повышенным напряжением возбуждения, напряжение возбуждения, меньшее, чем нормальное возбуждение, называется повышенным напряжением возбуждения. Когда двигатель чрезмерно возбужден, противо-ЭДС будет больше, чем напряжение на клеммах двигателя. Это вызывает эффект размагничивания из-за реакции якоря.

Кривая V синхронной машины показывает ток якоря как функцию тока возбуждения. С увеличением тока возбуждения ток якоря сначала уменьшается, затем достигает минимума, затем увеличивается. Точкой минимума также является точка, при которой коэффициент мощности равен единице.

Эта способность выборочного управления коэффициентом мощности может быть использована для коррекции коэффициента мощности системы питания, к которой подключен двигатель. Поскольку большинство энергосистем любого значительного размера имеют чистый запаздывающий коэффициент мощности, наличие перевозбужденных синхронных двигателей приближает коэффициент полезной мощности системы к единице, повышая эффективность. Такая коррекция коэффициента мощности обычно является побочным эффектом двигателей, уже присутствующих в системе, для обеспечения механической работы, хотя двигатели могут работать без механической нагрузки просто для обеспечения коррекции коэффициента мощности. На крупных промышленных предприятиях, таких как заводы, взаимодействие между синхронными двигателями и другими отстающими нагрузками может быть явным образом учтено в электрическом проекте предприятия.

Предел устойчивости установившегося состояния

Т знак равно Т Максимум грех ⁡ ( δ ) {\ Displaystyle \ mathbf {T} = \ mathbf {T} _ {\ text {max}} \ sin (\ delta)}

где,

Т {\ displaystyle \ mathbf {T}} крутящий момент
δ {\ displaystyle \ delta} угол крутящего момента
Т Максимум {\ displaystyle \ mathbf {T} _ {\ text {max}}} это максимальный крутящий момент

Вот,

Т Максимум знак равно 3 V E Икс s ω s {\ displaystyle \ mathbf {T} _ {\ text {max}} = {\ frac {{\ mathbf {3}} {\ mathbf {V}} {\ mathbf {E}}} {{\ mathbf {X_ { s}}} {\ omega _ {s}}}}}

При приложении нагрузки угол крутящего момента увеличивается. При = 90 ° крутящий момент будет максимальным. При дальнейшем приложении нагрузки двигатель потеряет синхронизм, поскольку крутящий момент двигателя будет меньше момента нагрузки. Максимальный момент нагрузки, который может быть приложен к двигателю без потери его синхронизма, называется пределом устойчивости синхронного двигателя в установившемся режиме. δ {\ displaystyle \ delta} δ {\ displaystyle \ delta}

разное

Синхронные двигатели особенно полезны в приложениях, требующих точного управления скоростью и / или положением.

  • Скорость не зависит от нагрузки во всем рабочем диапазоне двигателя.
  • Скорость и положение можно точно контролировать с помощью элементов управления без обратной связи; например, шаговые двигатели .
  • Приложения с низким энергопотреблением включают позиционирующие машины, где требуется высокая точность, и приводы роботов .
  • Они будут удерживать свое положение, когда постоянный ток подается как на статор, так и на обмотки ротора.
  • Часы, приводимые в действие синхронным двигателем, в принципе так же точны, как частота сети его источника питания. (Хотя небольшие отклонения частоты будут происходить в течение любых заданных нескольких часов, операторы сети активно регулируют частоту сети в более поздние периоды для компенсации, тем самым поддерживая точность тактовых импульсов с приводом от двигателя; см. Частота электросети # Стабильность .)
  • Вертушки проигрывателя пластинок
  • Повышенная эффективность в низкоскоростных приложениях (например, в шаровых мельницах ).

Подтипы

Смотрите также

Рекомендации

внешние ссылки

принцип, теория работы и применение

Мы узнали о различных типах электродвигателей в нашей предыдущей статье. Теперь мы начнем узнавать об этих моторах индивидуально. В этой статье мы рассмотрим теорию работы синхронного двигателя и его строение, а так же подскажем где вы можете купить.

Принцип синхронного двигателя

Основной принцип такой же, как и для всех двигателей. Это взаимная индукция между обмоткой статора и ротора, которая делает любой двигатель работоспособным. Кроме того, когда 3-фазная обмотка питается от 3-фазного источника питания, то создается магнитный поток постоянной величины, но вращающийся с синхронной скоростью.

Чтобы легко понять работу синхронного двигателя, давайте рассмотрим только два полюса в статоре и роторе. Как показано на рисунке, статор имеет два полюса Ns и S. Эти полюса, находясь под напряжением, создают вращающееся магнитное поле. Они вращаются с синхронной скоростью и позволяют считать направление вращения по часовой стрелке. Если полюса ротора находятся в положении, показанном на рисунке, то полюса отталкиваются друг от друга. Итак, северный полюс в статоре отталкивает северный полюс ротора. Также южный полюс статора отталкивает юг ротора. Это заставляет ротор вращаться в направлении против часовой стрелки. Таким образом, через полпериода полюса статора меняются местами, что приводит их в положение противоположенных полюсов, которые притягивают друг друга . Т.е. южный полюс статора и северный полюс ротора притягиваются и магнитно сцепляются.

В этом положении полюсы Ns притягивают S, а полюсы Ss притягивают N. Эти противоположные полюса ротора и статора начинают вращаться в том же направлении, что и полюса статора. Это заставляет ротор вращаться в одном направлении и с синхронной скоростью, которая равна скорости вращения полюсов статора. Таким образом, поскольку положение полюсов статора продолжает изменяться с быстрой скоростью и реверсированием, полюса ротора также вращаются и поворачиваются так же, как и статор, таким образом вызывая вращение ротора с постоянной, синхронной скоростью и в том же направлении. Приобрести синхронный двигатель можно, перейдя по ссылке ниже:

Теория работы

Когда на двигатель подается питание переменного тока, полюса статора находятся под напряжением. Это, в свою очередь, притягивает полюса ротора, таким образом, полюса статора и ротора магнитно блокируются. Именно эта блокировка заставляет ротор вращаться с одинаковой синхронной скоростью с полюсами статора. Синхронная скорость вращения задается выражением Ns = 120f / P.

Когда нагрузка на двигатель постепенно увеличивается, ротор, несмотря на то, что он вращается с одинаковой скоростью, имеет тенденцию постепенно снижаться по фазе на некоторый угол, «β», называемый Угол нагрузки или Угол сцепления. Этот угол нагрузки зависит от величины нагрузки, на которую рассчитан двигатель. Другими словами, мы можем интерпретировать, как развиваемый двигателем крутящий момент зависит от угла нагрузки «β».

Электрическую работу синхронного двигателя можно сравнить с передачей мощности механическим валом. На рисунке показаны два шкива, «A» и «B». Предполагается, что шкив «A» и шкив «B» установлены на одном валу. «А» передает мощность от привода через вал, в свою очередь заставляя «В» вращаться, передавая мощность нагрузке.

Два шкива, которые прикреплены к одному валу, можно сравнить с блокировкой между полюсами статора и ротора.

Если нагрузка увеличивается, шкив «B» передает увеличение нагрузки на вал, что проявляется в скручивании вала.

Таким образом, поворот вала можно сравнить с ротором, падающим по фазе со статором.

Угол кручения можно сравнить с углом нагрузки «β». Также, когда нагрузка увеличивается, сила скручивания и угол закручивания увеличиваются. Таким образом, угол нагрузки «β» также увеличивается.

Если нагрузка на шкив «B» увеличивается до такой степени, что он заставляет вал крутиться и ломаться, то передача мощности через вал прекращается, когда вал ломается. Это можно сравнить с ротором, выходящим из синхронизма с полюсами статора.

Таким образом, синхронные двигатели могут работать либо с синхронной скоростью, либо они останавливаются.

Процедура запуска двигателя

Все синхронные двигатели оснащены «обмоткой короткозамкнутого ротора», состоящей из медных прутков, закороченных на обоих концах. Эти обмотки также служат для самостоятельного запуска синхронного двигателя. Во время запуска он легко запускается и действует как асинхронный двигатель. Для запуска синхронного двигателя сетевое напряжение подается на клеммы статора, а ротор остается не возбужденным. Он запускается как асинхронный двигатель, и когда он достигает скорости около 95% от своей синхронной скорости, на ротор подается слабое постоянное возбуждение. В результате чего ротор выравнивается синхронно со статором. В этот момент статор и полюса ротора сцепляются друг с другом и приводят двигатель в синхронность.

Фазовые колебания

Раскачка фазы синхронного двигателя вызваны:

  1. Различными нагрузками
  2. Пульсирующими частотами питания.

Когда синхронный двигатель нагружен (например, компрессоры, насосы и т.д.). Когда нагрузка увеличивается, его ротор возвращается назад на угол соединения «β». При дальнейшем увеличении нагрузки этот угол «β» дополнительно увеличивается, чтобы справиться с возросшей нагрузкой. В этой ситуации, если нагрузка внезапно уменьшается, ротор перегружается, а затем оттягивается, чтобы приспособить новую нагрузку к двигателю. Таким образом, ротор начинает колебаться, как маятник, в своем новом положении, соответствующем его новой нагрузке, пытаясь восстановить равновесие. Если период времени этих колебаний совпадает с собственной частотой станка, то устанавливается резонанс, что может вывести машину из синхронизма. Для демпфирования таких колебаний используются «демпфирующие решетки», известные как «обмотки короткозамкнутых клеток».

Применение синхронных двигателей:

  • Эти двигатели используются как первичные двигатели (приводы) для центробежных насосов, поршневых компрессоров с ременным приводом, воздуходувок, бумажных фабрик, резиновых фабрик и т.д. Из-за их высокой эффективности и высоких скоростей (об / мин выше 600).
  • Низкоскоростные синхронные двигатели (об / мин ниже 600) широко используются для привода многих поршневых насосов. Таких как винтовые и шестеренные насосы, вакуумные насосы, дробилки, машины для прокатки алюминиевой фольги.
  • Эти моторы также широко используются на борту судов. Навигационное оборудование корабля, такое как гирокомпас, использует специальный тип синхронного двигателя. Они также используются в качестве первичных двигателей для Viscometer. Это устройства для измерения / регулирования вязкости мазута главного двигателя.
  • Большинство фабрик и производств используют бесконечное количество индуктивных нагрузок. Они могут варьироваться от ламповых ламп до мощных асинхронных двигателей. Таким образом, эти индуктивные нагрузки имеют значительный коэффициент мощности отставания. Синхронный двигатель с избыточным возбуждением (синхронный конденсатор), имеющий ведущий коэффициент мощности, используется для улучшения коэффициента мощности этих систем питания.
  • Эти двигатели также используются для регулирования напряжения, когда происходит сильное падение / повышение напряжения. Так же когда тяжелая индуктивная нагрузка включается / выключается в конце длинных линий электропередачи.
  • Синхронные двигатели могут работать на сверхнизких скоростях с помощью мощных электронных преобразователей, которые генерируют очень низкие частоты. Примерами этих двигателей являются диапазоны мощностью 10 МВт, используемые для привода дробилок, вращающихся печей и шаровых мельниц с регулируемой скоростью.

Синхронный электродвигатель принцип работы - советы электрика

Принцип действия синхронного двигателя

Источник: https://electric-220.ru/news/princip_dejstvija_sinkhronnogo_dvigatelja/2013-12-05-465

Разбираемся в принципах работы электродвигателей: преимущества и недостатки разных видов

Электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции.

Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.

Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока

В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. Приоритет ее изобретения принадлежит русскому инженеру Б. С. Якоби. Первая промышленная модель двигателя постоянного тока была создана в 1838 году. С тех пор его конструкция не претерпела кардинальных изменений.

В двигателях постоянного тока небольшой мощности один из магнитов является физически существующим. Он закреплен непосредственно на корпусе машины. Второй создается в обмотке якоря после подключения к ней источника постоянного тока. Для этого используется специальное устройство – коллекторно-щеточный узел. Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, закрепленное на валу двигателя.

К нему подключены концы обмотки якоря.

Чтобы возник вращающий момент, необходимо непрерывно менять местами полюса постоянного магнита якоря. Происходить это должно в момент пересечения полюсом так называемой магнитной нейтрали. Конструктивно такая задача решается разделением кольца коллектора на секторы, разделенные диэлектрическими пластинами.

Концы обмоток якоря присоединяются к ним поочередно.

Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни, имеющие высокую электрическую проводимость и малый коэффициент трения скольжения.

В двигателях большой мощности физически существующих магнитов не используют из-за их большого веса. Для создания постоянного магнитного поля статора используется несколько металлических стержней, каждый из которых имеет собственную обмотку из проводника, подключенного к плюсовой или минусовой питающей шине. Одноименные полюса включаются последовательно друг другу.

Количество пар полюсов на корпусе двигателя может быть равно одной или четырем. Число токосъемных щеток на коллекторе якоря должно ему соответствовать.

Электродвигатели большой мощности имеют ряд конструктивных хитростей. Например, после запуска двигателя и с изменением нагрузки на него, узел токосъемных щеток сдвигается на определенный угол против вращения вала. Так компенсируется эффект «реакции якоря», ведущий к торможению вала и снижению эффективности электрической машины.

Также существует три схемы подключения двигателя постоянного тока:

  • с параллельным возбуждением;
  • последовательным;
  • смешанным.

Параллельное возбуждение – это когда параллельно обмотке якоря включается еще одна независимая, обычно регулируемая (реостат).

Такой способ подключения позволяет очень плавно регулировать скорость вращения и достигать ее максимальной стабильности. Его используют для питания электродвигателей станков и кранового оборудования.

Обратите внимание

Последовательная – в цепь питания якоря дополнительная обмотка включена последовательно. Такой тип подключения используется для того, чтобы в нужный момент резко нарастить вращающее усилие двигателя. Например, при трогании с места железнодорожных составов.

Двигатели постоянного тока имеют возможность плавной регулировки частоты вращения, поэтому их применяют в качестве тяговых на электротранспорте и грузоподъемном оборудовании.

Двигатели переменного тока — в чем отличие?

Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока для создания крутящего момента предусматривают использование вращающегося магнитного поля. Их изобретателем считается русский инженер М. О. Доливо-Добровольский, создавший в 1890 году первый промышленный образец двигателя и являющийся основоположником теории и техники трехфазного переменного тока.

Вращающееся магнитное поле возникает в трех обмотках статора двигателя сразу, как только они подключаются к цепи питающего напряжения. Ротор такого электромотора в традиционном исполнении не имеет никаких обмоток и представляет собой, грубо говоря, кусок железа, чем-то напоминающий беличье колесо.

Магнитное поле статора провоцирует возникновение в роторе тока, причем очень большого, ведь это короткозамкнутая конструкция. Этот ток вызывает возникновение собственного поля якоря, которое «сцепляется» с вихревым магнитным потом статора и заставляет вращаться вал двигателя в том же направлении.

Магнитное поле якоря имеет ту же скорость, что и статора, но отстает от него по фазе примерно на 8–100. Именно поэтому двигатели переменного тока называются асинхронными.

Принцип действия электродвигателя переменного тока с традиционным, короткозамкнутым ротором, имеет очень большие пусковые токи. Вероятно, многие из вас это замечали – при пуске двигателей лампы накаливания меняют яркость свечения. Поэтому в электрических машинах большой мощности применяется фазный ротор – на нем уложены три обмотки, соединенные «звездой».

Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.

Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи

Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле статора проще всего получить от трехфазного напряжения, принцип действия асинхронного электродвигателя позволяет ему работать и от однофазной, бытовой сети, если в их конструкцию будут внесены некоторые изменения.

Для этого на статоре должно быть две обмотки, одна из которой является «пусковой». Ток в ней сдвигается по фазе на 90° за счет включения в цепь реактивной нагрузки. Чаще всего для этого используется конденсатор.

Важно

Запитать от бытовой розетки можно и промышленный трехфазный двигатель. Для этого в его клеммной коробке две обмотки соединяются в одну, и в эту цепь включается конденсатор. Исходя из принципа работы асинхронных электродвигателей, запитанных от однофазной цепи, следует указать, что они имеют меньший КПД и очень чувствительны к перегрузкам.

Электродвигатели этого типа легко запускаются, но частоту их вращения практически невозможно регулировать.

Они чувствительны к перепадам напряжения, а при «недогрузе» снижают коэффициент полезного действия, становясь источником непропорционально больших затрат электроэнергии. При этом существуют методы использования асинхронного двигателя как генератор.

Универсальные коллекторные двигатели — принцип работы и характеристики

В бытовых электроинструментах малой мощности, от которых требуются малые пусковые токи, большой вращающий момент, высокая частота вращения и возможность ее плавной регулировки, используются так называемые универсальные коллекторные двигатели. По своей конструкции они аналогичны двигателям постоянного тока с последовательным возбуждением.

В таких двигателях магнитное поле статора создается за счет питающего напряжения. Только немного изменена конструкция магнитопроводов – она не литая, а наборная, что позволяет уменьшать перемагничивание и нагрев токами Фуко. Последовательно включенная в цепь якоря индуктивность дает возможность менять направление магнитного поля статора и якоря в одном направлении и в той же фазе.

Практически полная синхронность магнитных полей позволяет двигателю набирать обороты даже при значительных нагрузках на валу, что и требуется для работы дрелей, перфораторов, пылесосов, «болгарок» или полотерных машин.

Если в питающую цепь такого двигателя включен регулируемый трансформатор, то частоту его вращения можно плавно менять. А вот направление, при питании от цепи переменного тока, изменить не удастся никогда.

Такие электромоторы способны развивать очень высокие обороты, компактны и имеют больший вращающий момент. Однако наличие коллекторно-щеточного узла снижает их моторесурс – графитовые щетки достаточно быстро истираются на высоких оборотах, особенно если коллектор имеет механические повреждения.

Электродвигатели имеют самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.

Синхронный принцип работы электродвигателя на видео

Источник: http://elektrik24.net/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/princip-raboty-3.html

Принципиальное устройство электродвигателя

Электродвигатель — это прибор для преобразования электроэнергии в механическую.

Устройство электродвигателя несложное, а принцип его работы основывается на обнаруженном Фарадеем в 1921 году эффекте электромагнетизма, успешно применяемом и в настоящее время.

Его принцип гласит: взаимодействие электротока в проводнике с постоянным магнитным полем приводит к непрерывному вращению проводника.

Основные разновидности электродвигателей

Основными компонентами электродвигателя, обеспечивающими его вращение, являются магниты и электромагниты. В роли последних выступают катушки из намотанного проводника.

Все виды электродвигателей можно разделить на 3 основных группы:

  • двигатели класса AC. Они работают за счёт напряжения переменного тока, и для подключения могут требовать как одну, так и три фазы;
  • электродвигатели DC. Их работа осуществляется за счёт напряжения постоянного тока;
  • универсальные электродвигатели. Они работают вне зависимости от типа подаваемого на них напряжения. Единственное условие — обеспечение номинальной мощности и вольтажа подаваемой электроэнергии.

Несмотря на одинаковое использование моторами принципов преобразования энергии, они могут существенно различаться между собой. Причём как конструктивно, так и по способу контроля скорости, регулированию момента вращения.

Использование электродвигателей чрезвычайно широко как в быту, так и на производстве. Дома можно обнаружить немалое число бытовой техники, в которой они служат основными узлами: вентиляторы, кондиционеры, стиральные машины, соковыжималки. Не являются исключением и компьютеры.

Электродвигатели также применяются для работы секционных ворот и шлагбаумов, в качестве основного силового агрегата в тепловозах и электровозах. В последнее время стало широко популярно их применение в автомобилестроении — в качестве оснащения гибридных авто и электромобилей.

По принципу работы электромоторы разделяются на 2 группы:

  1. Синхронные. Их конструкция предусматривает наличие обмотки на роторе. Для подачи на неё напряжения используются щётки из токопроводящего материала. Скорость вращения моторов равна скорости движения магнитного поля.
  2. Асинхронные. Они характеризуются отсутствием обмоток ротора и щёток, что существенно упрощает их конструкцию и делает её надёжнее. В асинхронных электромоторах обороты ротора меньше скорости вращения магнитного поля.

Постараемся разобрать подробнее устройство электродвигателей обоих типов.

Как устроен синхронный электромотор

Двигатели этого типа получили широкое распространение в быту. Во многом благодаря возможности регулировки и поддержания заданной скорости вращения. Кроме этого, в отличие от асинхронных электромоторов, синхронные двигатели могут раскручиваться свыше 3000 оборотов в минуту. Они применяются в электроинструменте, бытовой технике, климатических системах и пр.

Их конструкция следующая: в корпусе установлены обмотки, и они же присутствуют на роторе или якоре. Выводы обмоток ведут к коллектору или площадкам токопроводящего кольца. Подачи напряжения на них осуществляется щетками (обычно на основе графита). Схема установки щёток такова, что они воздействуют только на пару обмоток, и воздействие при вращении мотора чередуются.

Распространёнными неисправностями синхронных двигателей являются:

  1. Износ, разрушение щёток или снижение качества контакта.
  2. Попадание грязи на коллектор.
  3. Выход из строя подшипников.
  4. Обрыв или перегорание обмотки.

Для создания вращающего момента используется взаимодействие токов якоря и создаваемого обмоткой магнитного поля. Для регулировки оборотов нужно изменять величину подаваемого на обмотки электромотора напряжения, что осуществляется при помощи реостатов.

Устройство асинхронного двигателя

Преимуществом моторов асинхронного типа является возрастание мощности пропорционально нагрузке. К примеру, при холостом ходе мотора он работает на максимальных оборотах, но при этом потребляет минимум энергии. При увеличении нагрузки, приводящей к снижению оборотов, крутящий момент увеличивается, и тем самым электромотор выходит на номинальную мощность.

Однако устройство электродвигателя этого типа имеет и определённые недостатки:

  1. При работе в трехфазных сетях переменного тока скорость вращения не может превышать 3000 оборотов.
  2. При подаче нагрузки, превышающей мощность мотора, произойдёт его стопорение, в результате чего обмотки или сам ротор выйдут из строя.
  3. При выборе электродвигателя необходимо учитывать его производительность. Установка мотора меньшей мощности приведёт к выходу его из строя, большей — к неоправданно высоким энергозатратам.

Асинхронный двигатель представляет собой корпус, в котором уложены обмотки статора. При использовании трехфазной сети количество обмоток будет равно 3. При подаче на них напряжения возникает магнитное поле, приводящее вал электромотора в движение. Охлаждение осуществляется за счёт установленного на конце вала вентилятора.

Скорость вращения ротора асинхронного мотора зависима от числа полюсов в статоре. При их кратном увеличении происходит снижение оборотов двигателя, но при этом возрастает его мощность.

Ещё одним существенным недостатком является невозможность осуществлять регулировку оборотов. Проблема в том, что она зависит непосредственно от частоты тока, а использование высокоточных модификаторов синуса нецелесообразно.

Совет

Основное их применение — механизмы и оборудование, работа которых не требует регулировки и большой скорости вращения, при этом на максимальную мощность они должны выходить только при нагрузке.

К примеру — циркулярные пилы и прочее столярное оборудование.

Источник: https://uelektrika.ru/sovety-elektrika/ustroystvo-yelektrodvigatelya/

Устройство синхронного двигателя

Все электродвигатели построены на одном и том же принципе взаимодействия магнитных полей. Катушка с сердечником из ферромагнитного материала оказывает заметное механическое воздействие на другую аналогичную катушку. Разноименные полюсы соленоидов притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Поэтому в двигателе должно быть пространственное перемещение полюсов магнитного поля, создаваемое одной его частью.

А другая часть движка создает свои полюсы и откликается вращением на пространственное перемещение полюсов. Она может содержать как постоянные магниты, так и катушки с сердечником.

Далее расскажем о том, как магнитные поля функционируют в синхронных двигателях, а также предоставим другую информацию об этих машинах.

Конструктивные особенности

Синхронный двигатель содержит

  • часть конструкции, в которой создается перемещающееся магнитное поле, называемую статором;
  • часть двигателя, которая вращается от воздействия магнитного поля, называемую ротором;
  • провод, соединяющий движок с источником питания, который сравнивают с якорной цепью корабля. Чтобы указать на ту часть двигателя, которая присоединена к проводу, ее называют якорем. В рассматриваемой машине питающий провод присоединен к статору. Следовательно, это якорь.

Составные частит синхронных двигателей

Чем больше витков содержат взаимодействующие катушки, тем меньший ток потребуется для эффективной работы движка. Но сила тока — это не самая сложная проблема. Главное — создать пространственное перемещение магнитного поля, что весьма непросто.

По этой причине синхронный двигатель появился только после того, как заработал первый генератор. Его создал в 1891 г. М.О. Доливо-Добровольский. Обратимость электрических машин позволяет использовать их и генераторами, и двигателями. Обратима и синхронная машина. Но для движков существуют определенные конструктивные ограничения, которых нет у генераторов.

Принцип работы

Для получения направления вращения статор двигателя должен содержать как минимум две катушки. Только в такой конструкции можно создать направленное перемещение магнитного поля.

Это определяет устройство и принцип работы многих электродвигателей, питаемых от сети. Для нормальной работы синхронной машины, если это генератор, статор может содержать только одну катушку и быть источником ЭДС. Его ротор вращается принудительно.

При этом, независимо от направления вращения, на клеммах статора появится переменное напряжение.

Но если такой генератор используется как двигатель, направление вращения его ротора может быть в обе стороны.

Оно будет определяться

  • либо положением ротора в момент подачи напряжения на клеммы статора;
  • либо принудительно направлением стартового вращения.

Конструкцию большинства электрических машин в основном определяет система электроснабжения, с которой они связаны. В наши дни первичными источниками ЭДС являются трехфазные генераторы.

Эти машины создают трехфазное напряжение. Оно позволяет непосредственно получать перемещающееся магнитное поле.

Без него синхронные двигатели переменного тока не могут работать, так же, как и асинхронные движки.

Для этого используются три или две фазы, питающие обмотки статора движка. Устройство синхронного двигателя должно соответствовать схеме электропитания.

Наилучший результат получается при трехфазной конструкции статора. В этом случае магнитное поле получается вращающимся.

По этой причине трехфазный синхронный двигатель является наиболее эффективным, если его сравнивать с аналогами, но при меньшем числе фаз.

Электромагнитные процессы и вращение

Намагниченный ротор тянется за полем статора и поэтому вращается синхронно с ним. В этом и состоит принцип действия синхронного двигателя. Магнитный поток в теле ротора в основном определяет крутящий момент на вале движка.

Чем больше магнитный поток, тем больше крутящий момент. При этом независимо от нагрузки на вал (в определенных пределах) его скорость вращения не изменяется.

Меняется только взаимное положение полей статора и ротора, но не скорости вращения.

Обратите внимание

По мере увеличения нагрузки на вал полюсы ротора оказываются все больше позади поля статора. Число n оборотов в минуту ротора рассматриваемого двигателя зависит от того, сколько пар полюсов p у статора. Если он запитан переменным напряжением с частотой  f , используется формула

Формула

В результате изменения положения ротора под нагрузкой уменьшается магнитный поток в сердечнике статора.

Вследствие этого ток статора увеличивается и компенсирует уменьшение магнитного потока, противодействуя нагрузке на вале движка. Аналогичные процессы происходят в нагружаемом трансформаторе.

Полюсы статора и ротора все больше удаляются друг от друга по мере увеличения нагрузки. Но частота оборотов остается неизменной до определенного момента.

Как только электромагнитные параметры конструкции статора оказываются меньше некоторого предельного значения, ротор останавливается. Время до полной остановки определяет привод, использующий синхронный электродвигатель.

Конструкция ротора без специальных технических решений не позволяет получить крутящий момент за счет скольжения, как в асинхронном двигателе.

То же самое получится, когда синхронные двигатели запускаются — скольжение отсутствует.

Но конструкция, в которой много пар полюсов и медленное вращение ротора, может быть исключением. На самостоятельный пуск движка влияет масса ротора и скорость перемещения поля статора мимо ротора.

Важно

Обычно сила их взаимодействия может преодолеть инерцию ротора. Но после принудительной раскрутки тем или иным способом. Только при этих стартовых условиях возможна работа синхронного двигателя.

Начальная скорость для входа в синхронизм обычно близка к параметрам вращающегося магнитного поля статора.

Разновидности движков

Конструкция ротора и принцип действия синхронной машины-двигателя напрямую связана

  • с мощностью, которую надо создать на его вале,
  • необходимой для этого величиной магнитного потока,
  • параметрами напряжения питания статора.

Устройство синхронных машин небольшой мощности получается более простым при изготовлении магнитного ротора из специальных материалов. Так же применяется явно полюсный ротор с малой начальной намагниченностью.

В результате получаются конструкции с постоянными магнитами, а также гистерезисные и синхронные реактивные двигатели. На статор этих движков подается переменное напряжение. Число фаз и частота соответствуют конструкции двигателя.

В однофазных движках может быть использован конденсатор, через который подключается одна из двух обмоток статора. Но может быть применена схема из показанных далее вариантов.

Варианты устройства синхронных двигателейРазновидности роторовПринцип работы ротораОдин из вариантов конструкции двигателяРотор с постоянными магнитамиГистерезисный движокТри разновидности конструкции ротора реактивного двигателя

Гистерезисный движок похож на синхронный реактивный двигатель.

Эти синхронные машины переменного тока характеризует одинаковый принцип действия. Его определяет магнитное поле статора, намагничивающее ротор. Гистерезисный движок и синхронный реактивный электродвигатель своей надежностью не уступают асинхронным двигателям.

Однако роторы этих синхронных машин всегда бывают существенно дороже роторов асинхронных движков.

С целью получения максимального силового взаимодействия и больших по величине крутящих моментов в роторе используется принцип электромагнита. При этом его называют индуктором с обмоткой возбуждения.

Совет

Для ее питания применяется постоянное напряжение, которое подается на щетки. Они расположены на статоре и скользят по кольцам, установленным на роторе.

Через эту пару скользящих контактов течет постоянный ток возбуждения.

Классический движок с индуктором

Такое классическое устройство синхронной машины существует и в наши дни, но преимущественно в наиболее мощных моделях.

Для запуска движков обычно используются конструктивные решения со скольжением магнитных полей, характерные для асинхронных двигателей. При наличии индуктора для этого достаточно накоротко замкнуть щетки.

В синхронных электрических машинах движки без щеток в роторе делаются с пусковыми обмотками типа беличьей клетки. Могут быть иные конструктивные решения для асинхронного старта.

Важной особенностью рассматриваемых двигателей, питаемых переменным напряжением, является их польза при работе без механической нагрузки или при ее небольшой величине.

В таком режиме работы при небольшом возбуждении реактивная мощность из сети потребляется, а при значительном — отдается в сеть. Тем самым увеличивается эффективность электроснабжения.

Для этой цели делаются специальные движки, называемые синхронными компенсаторами.

Движки-компенсаторы на подстанции

Развитие полупроводниковых приборов позволило создавать вращающееся магнитное поле путем преобразования постоянного напряжения.

Очевидно то, что такое техническое решение расширило возможности управления электрическими двигателями. Регулирование частоты питающего напряжения и бесконтактный индуктор — это главные достижения полупроводниковых моделей.

Но при этом существуют ограничения, определяемые возможностями электронных ключей.

По этой причине наиболее мощные из всех существующих движков по-прежнему являются трехфазными индукторными конструкциями со щетками и кольцами.

Источник: https://domelectrik.ru/oborudovanie/dvigatel/sinhronnye-mashiny

Принцип работы электродвигателя

Главная > Теория > Принцип работы электродвигателя

Принцип работы электродвигателя основан на использовании эффекта электромагнитной индукции. Само устройство предназначено для создания механической энергии за счёт использования электрических полей.

Тип и мощность получаемой энергии зависят от способа взаимодействия магнитных полей и собственно устройства электродвигателя.

В зависимости от типа используемого напряжения двигатели классифицируют на постоянного и переменного тока.

Электродвигатели

Электродвигатель постоянного тока

Принцип действия этих двигателей основан на использования постоянных магнитных полей, создаваемых в корпусе устройства. Для их создания служит либо постоянный магнит, закреплённый на корпусе, либо электромагниты, расположенные по периметру ротора.

Основным отличием двигателей постоянного тока является наличие в их корпусе постоянно действующего магнита, закреплённого на корпусе машины. Мощность электродвигателя зависит от этого магнита, точнее от его поля. Магнитное поле в якоре создаётся при подключении к нему постоянного тока.

Но для этого необходимо, чтобы полюса постоянного магнитного поля якоря менялись местами. Для этого используются специальные коллекторно-щёточные устройства. Они устроены в виде кольца-коллектора, зафиксированного на валу движка и подключённого к обмотке якоря.

Обратите внимание

Кольцо разделено на сектора, разделённые диэлектрическими вставками. Соединение сектора коллектора с цепью якоря создаётся через скользящие по нему графитные щетки. Для более плотного контакта щётки прижимаются к кольцу коллектора пружинами.

Графит применяется ввиду своей скользящей способности, высокой теплопроводности и мягкости. Его применение практически не вредит проводникам коллектора.

При большой мощности электромоторов постоянного тока использование постоянного магнита неэффективно из-за большого веса такого устройства и низкой мощности создаваемого постоянным магнитом поля.

Для создания магнитного поля статора в этом случае используется конструкция из ряда катушечных электромагнитов, подключённых к отрицательной или положительной линии питания.

Одноименные полюсы подключаются последовательно, их количество составляет от одного до четырёх, количество щёток соответствует количеству полюсов, но, в общем, конструкция якоря практически идентична вышеописанной.

Для упрощения запуска электрического двигателя используют два варианта возбуждения:

  • параллельное, при этом рядом с обмоткой якоря включается независимая регулируемая линия, используется для плавного регулирования оборотов вала;
  • последовательное возбуждение, что говорит о способе подключения дополнительной линии, в этом случае существует возможность резкого наращивания количества оборотов или его снижения.

Нужно отметить, что этот тип моторов имеет регулируемую частоту оборотов, что достаточно часто используется в промышленности и транспорте.

Интересно. В станках используются двигатели с параллельным возбуждением, что позволяет использовать регулировку количества оборотов, в то же время для грузоподъёмного оборудования подходит последовательное возбуждение. Даже эта особенность двигателей поставлена на службу человечеству.

Двигатель постоянного тока

Электродвигатель переменного тока

Принцип работы асинхронного двигателя

Устройство и принцип действия электродвигателя переменного тока впервые описал и запатентовал физик Никола Тесла, патент Великобритании за номером 6481.

Но этот мотор не получил широкого распространения из-за низких пусковых характеристик, не смог найти решение пуска.

Нужно отметить, что Тесла являлся основным апологетом развития этого типа двигателей, в отличие от Эдисона, который как раз ратовал за использование сетей постоянного тока.

Именно Тесла открыл явление, которое получило название сдвиг фаз, и предложил использовать его в электродвигателе, кроме того он опытным путём определил его наиболее эффективное значение в 90°. Кроме того, знаменитый физик обосновал использование вращающего магнитного поля в многофазных системах.

Но в 1890 году инженер М.О. Доливо-Добровольский создаёт первый рабочий образец асинхронного электродвигателя с якорем «беличье колесо» и с обмоткой статора по периметру окружности.

В конструкции этого изделия нашли применение, как работа Никола Теслы, так и труды других инженеров и изобретателей. Справедливости ради нужно отметить, что элементы по отдельности были изобретены раньше, М.

Доливо-Добровольский только совместил их в работоспособное устройство.

Вращающее магнитное поле, энергию которого использует этот тип электромотора, возникает в тройной обмотке статора, при подключении его к источнику тока. Ротор такого двигателя представляет собой металлический цилиндр, не имеющий обмотки.

Важно

Магнитное поле статора за счёт объединения в короткозамкнутую систему с ротором возбуждает в нем токи.

Они вызывают создание собственного магнитного поля якоря, которое, соединившись с вихревым полем статора, вызывает вращение ротора и объединённого с ним вала двигателя вокруг своей оси.

Название асинхронный двигатель получил из-за того, что поля не синхронизированы, магнитное поле статора имеет одинаковую скорость с полем якоря, но по фазе отстаёт от него.

Для запуска асинхронного электромотора требуются довольно значительные значения пусковых токов, это заметно и в реальности – при запуске в сеть станка или другого потребителя с таким мотором свет ламп накаливания зачастую мигает из-за падения напряжения в сети.

Для упрощения пуска используют фазный ротор, это устройство якоря обычно используется в высокопроизводительных электродвигателях. Фазный ротор, в отличие от обычного, имеет на корпусе три обмотки, объединённые в «звезду».

В отличие от статора, они не подключены к энергоисточнику, а соединены со стартовым устройством. Подключение устройства в сеть характеризуется падением сопротивления до нулевых значений. В результате двигатель запускается ровно и работает без перегрузки.

Работа такого мотора довольно сложно регулируется, в отличие от моторов постоянного тока.

Двигатель переменного тока

Линейные электродвигатели

Для ряда устройств требуется не вращательное движение вала движка, а его возвратно-поступательное движение.

Для того чтобы удовлетворить требования промышленников, конструкторами были разработаны и линейные электродвигатели.

Понятно, что можно использовать для перехода вращательного движения в поступательное различные редукторы и коробки передач, но это усложняет конструкцию, делает её более дорогой, а также снижает её эффективность.

Совет

Статор и ротор такого устройства представляют собой полосы металла, а не кольцо и цилиндр как в традиционных моторах.

Принцип действия электродвигателя заключается в возвратно-поступательном движении ротора, которое возможно из-за электромагнитного поля, создаваемого статором с незамкнутой системой магнитопроводов.

В самой конструкции при работе генерируется движущееся магнитное поле, которое воздействует на обмотку якоря с коллекторно-щеточным устройством. Возникающее поле смещает ротор только в линейном направлении, без придания ему вращения. Мощность электродвигателя линейного типа ограничена его устройством.

Недостатком этих двигателей являются: сложность их изготовления, достаточно высокая стоимость такого оборудования и низкая эффективность, хотя и выше чем использование вращения через редуктор.

Использование электромоторов переменного тока в однофазной сети

Принцип работы синхронного генератора

Получить вращающееся магнитное поле статора проще всего в трёхфазной сети, но, несмотря на то, можно использовать асинхронные движки и в однофазной, бытовой сети. Требуется лишь проведение некоторых расчетов и изменение конструкции двигателя.

Формула изменений такова:

  1. Размещение на статоре движка двух обмоток: стартовой и рабочей;
  2. Включение в цепь конденсатора позволит сдвинуть по фазе ток в стартовой обмотке 90°. Практически можно сделать так: объединить обмотки трехфазного асинхронного двигателя, две обмотки в одну и установить конденсатор на это соединение.

Этот двигатель будет работать в бытовой сети, но, в отличие от двигателей постоянного тока, этот движок не регулируется по количеству оборотов, кроме того слабо переносит критические нагрузки и имеет меньший КПД. Мощность электродвигателя тоже сравнительно низка и во многом зависит от сети. Трехфазная сеть больше подходит для эксплуатации таких моторов.

В настоящее время электродвигатели широко распространены по всему миру. В числе их достоинств:

  • высокое КПД, до 80%;
  • высокая мощность двигателя при компактных размерах;
  • неприхотливость в обслуживании;
  • надежность;
  • низкие требования к энергопитанию.

Но в тоже время существует ряд проблем, которые ограничивают их более широкое распространение. Так, например, их мобильность ограничивает источники питания – в настоящее время нет достаточно мощных источников питания, которые смогли бы обеспечить длительную функциональность такого устройства.

Единственным исключением из правил является атомный реактор. Гребные электродвигатели подводных лодок и кораблей имеют отличную автономность, но в то же время использование энергоносителей таких размеров невозможно в быту.

Ситуацию могли бы исправить графеновые аккумуляторы, но их перспективы пока туманны.

Электромобиль

Видео

Принцип работы генераторов тока в автомобилях

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/princip-raboty-ehlektrodvigatelya.html

Синхронные электродвигатели. Работа и применение. Особенности

Особенностью работы двигателя является равенство скорости вращения ротора и скорости вращения магнитного потока. Поэтому скорость вала двигателя не зависит и не изменяется от величины подключаемой нагрузки. Это достигается за счет того, что индуктор синхронного электродвигателя является электромагнитом, в некоторых случаях постоянным магнитом.

Количество пар полюсов ротора одинаково с числом пар полюсов у движущегося магнитного поля. Взаимное воздействие этих полюсов дает возможность выравнивания скорости ротора. На валу в этот момент может быть любая по величине нагрузка. Она не влияет на скорость вращения индуктора.

Конструктивные особенности и принцип работы

Основными составными частями синхронного электродвигателя являются: статор, который неподвижен, и ротор, иными словами называемый индуктором. Статор имеет другое название – якорь, но от этого его суть не меняется. Эти части двигателя разделены прослойкой воздуха. Между пазами заложена трехфазная обмотка, которая чаще всего имеет соединение по схеме звезды.

Когда двигатель после запуска начал работать, токи якоря образуют движущееся магнитное поле, его вращение дает пересечение поля индуктора. В итоге такой работы двух полей возникает энергия. Магнитное поле статора по своей сути является полем его реакции. В работе генераторов такую энергию получают с помощью индукторов.

Полюсами являются электромагниты статора, работающие на постоянном токе. Статоры синхронных моторов могут выполняться по различным схемам: неявнополюсной, а также явнополюсной. Они отличаются положением полюсов.

Для снижения магнитного сопротивления и оптимизации условий прохода магнитного поля используют сердечники из ферромагнитного материала. Они находятся в роторе и якоре. Производятся они из электротехнической стали, которая содержит большое количество кремния. Это дает возможность снизить вихревые токи и увеличить электрическое сопротивление стали.

Синхронные электродвигатели имеют в своей основе принцип взаимодействия полюсов индуктора и статора. Во время пуска двигатель ускоряется до скорости вращения магнитного потока. Только при таком условии электродвигатель начинает действовать в синхронном режиме. При таком процессе магнитные поля образуют пересечение, возникает вход в синхронизацию

Долгое время для разгона мотора применяли отдельный пусковой двигатель. Его соединяли механическим путем с синхронным мотором. При запуске ротор мотора ускорялся и достигал синхронной скорости.

Далее мотор самостоятельно втягивался в синхронное движение. При выборе мощности пускового мотора руководствовались 15% мощности от номинала разгоняемого двигателя.

Этого резерва мощности было достаточно для запуска синхронного двигателя, даже при наличии небольшой нагрузки.

Обратите внимание

Такой метод разгона более сложный, значительно повышает стоимость оборудования. В современных конструкциях синхронные электродвигатели не имеют такой схемы разгона. Применяют другую систему разгона.

Реостатом замыкают обмотки индуктора по аналогии с асинхронным двигателем.

Для запуска на ротор монтируют короткозамкнутую обмотку, являющуюся также и успокоительной обмоткой, которая предотвращает раскачивание ротора при синхронизации.

При достижении ротором номинальной скорости, к индуктору подключают постоянный ток. Однако, для пуска моторов с постоянными магнитами не обойтись без применения пусковых внешних двигателей.

В криогенных синхронных электродвигателях применяется обращенная конструкция. В ней якорь и индуктор размещены наоборот, индуктор находится на статоре, а якорь расположен на роторе. У таких машин возбуждающие обмотки состоят из сверхпроводимых материалов.

Достоинства и недостатки

Синхронные двигатели имеют основное преимущество по сравнению с асинхронными моторами тот факт, что возбуждение от постоянного тока внешнего источника дает возможность работы при значительной величине коэффициента мощности. Эта особенность дает возможность увеличить значение коэффициента мощности для общей сети благодаря включению синхронного мотора.

Синхронные электродвигатели имеют и другие достоинства:

Недостатками являются следующие отрицательные моменты:

  • При проведении сравнительного анализа конструкций двух моторов, можно отметить, что синхронные электродвигатели выполнены по более сложной схеме, поэтому их стоимость будет выше.
  • Следующим недостатком для синхронных моторов стала необходимость в источнике тока в виде выпрямителя, либо другого блока питания постоянного тока.
  • Запуск двигателя происходит по сложной схеме.
  • Регулировка скорости вала двигателя возможна только одним способом, с помощью применения частотного преобразователя.

В итоге можно сказать, что все-таки преимущества синхронных двигателей перекрывают недостатки.

Поэтому двигатели такого вида широко применяются в технологических процессах, где идет постоянный непрерывный процесс, и не требуется частая остановка и запуск оборудования: на мельничном производстве, в компрессорах, дробилках, насосах и так далее.

Выбор двигателя

К вопросу приобретения синхронного электродвигателя нужно подходить, основываясь на следующие факторы:

  • Условия эксплуатации электродвигателя. По условиям выбирают тип двигателя, который может быть защищенным, открытым или закрытым.

    А также синхронные электродвигатели отличаются по защите токовых частей от влаги, температуры, агрессивных сред. Для взрывоопасного производства существуют специальные защиты, предотвращающие образование искр в двигателе.

  • Особенности выполнения подключения электродвигателя с потребителем.

Синхронные компенсаторы

Они служат для компенсирования коэффициента мощности в электрической сети и стабилизации номинального значения напряжения в местах подключения нагрузок к двигателю. Нормальным режимом синхронного компенсатора является режим перевозбуждения в момент отдачи в электрическую сеть реактивной мощности.

Такие компенсаторы еще называют генераторами реактивной мощности, так как они предназначены для выполнения такой же задачи, как батареи конденсаторов на подстанциях.

Когда мощность нагрузок уменьшается, то часто необходимо действие синхронных компенсаторов в невозбужденном режиме при их потреблении реактивной мощности и индуктивного тока, потому что напряжение в сети старается увеличиться, а для его стабилизации на рабочем уровне нужно нагрузить сеть током индуктивности, который вызывает в сети снижение напряжения питания.

Для таких целей синхронные компенсаторы обеспечиваются регулятором автоматического возбуждения. Регулятор изменяет ток возбуждения таким образом, что напряжение на компенсаторе не изменяется.

Сфера применения

Широкое использование электродвигателей асинхронного типа со значительными недогрузками делает работу станций и энергосистем сложнее, так как уменьшается коэффициент мощности системы, это ведет к незапланированным потерям, к их неполному использованию по активной мощности. В связи с этим появилась необходимость в использовании двигателей синхронного типа, особенно для приводов механизмов значительной мощности.

Если сравнивать синхронные электродвигатели с асинхронными, то достоинством синхронных стала их работа коэффициентом мощности равном 1, благодаря действию возбуждения постоянным током. При этом они не расходуют реактивную мощность из питающей сети, а если работают с перевозбуждением, то даже отдают некоторую величину реактивной мощности для сети.

В итоге коэффициент мощности сети улучшается, и снижаются потери напряжения, увеличивается коэффициент мощности генераторов электростанций. Наибольший момент синхронного электродвигателя прямо зависит от напряжения, а у синхронного электромотора – от квадрата напряжения.

Поэтому, при уменьшении напряжения синхронный электромотор имеет по-прежнему значительную нагрузочную способность. Также, применение возможности повышения возбуждающего тока синхронных моторов дает возможность повышать их надежность эксплуатации при внезапных снижениях напряжения, и оптимизировать в таких случаях работу всей энергосистемы.

Из-за большой величины воздушного промежутка дополнительные потери в стальных сердечниках и в роторе синхронных моторов меньше, чем у двигателей асинхронного вида. Поэтому КПД синхронных моторов чаще бывает больше.

Однако устройство синхронных моторов намного сложнее, а также необходим возбудитель или другое устройство питания возбуждения. Поэтому синхронные моторы имеют более высокую стоимость по сравнению с асинхронными с короткозамкнутым ротором.

Запуск и регулировка скорости у синхронных электродвигателей имеет свои сло

Содержание:

Прежде чем рассматривать принцип действия синхронного двигателя, необходимо помнить, что это электрическая машина, работающая на переменном токе, у которой ротор вращается с частотой, которая равна частоте вращения магнитного поля в воздушной прослойке.

Синхронный двигатель состоит из основных частей – якоря и индуктора. Обычно, его исполнение сделано таким образом, что якорь расположен на статоре, а индуктор – на роторе, отделенном воздушной прослойкой. Данные агрегаты обладают высоким коэффициентом мощности. Существенным плюсом является возможность их использования в сетях с любым напряжением.

Устройство синхронного двигателя

Конструкция синхронного двигателя состоит из двух основных частей – статора и ротора. Статор является неподвижной частью агрегата, а ротор – подвижной. В состав якоря входят одна или несколько обмоток переменного тока.

При работе двигателя токи, поступающие в якорь, приводят к вращению магнитного поля, пересекающегося с полем индуктора и преобразующего энергию. Поле якоря носит другое название – поле реакции якоря.

В генераторе такое поле создается с помощью индуктора.

В состав индуктора входят электромагниты постоянного тока, называемые полюсами. Во всех синхронных электродвигателях индукторы бывают двух конструкций – явнополюсная и не явнополюсная, отличающиеся расположением полюсов. Конструкция статора включает в себя корпус и сердечник, в состав которого входят двух- и трехфазные обмотки. Сами обмотки могут быть распределенными и сосредоточенными.

Обратите внимание

Чтобы уменьшить магнитное сопротивление и улучшить прохождение магнитного потока, используются ферромагнитные сердечники, расположенные в роторе и статоре, для изготовления которых используется электротехническая сталь. Она обладает интересными свойствами, например, повышенным содержанием кремния, с целью повышения ее электрического сопротивления и уменьшения вихревых токов.

Каждый синхронный электродвигатель обладает важным параметром – электромагнитным моментом. Он возникает в том случае, когда магнитный поток ротора начинает взаимодействовать с вращающимся магнитным полем. Данное поле образуется под влиянием трехфазного тока, протекающего по обмотке якоря.

В режиме холостого хода происходит совпадение осей магнитных полей ротора и статора.

Поэтому электромагнитные силы, возникающие между их полюсами, принимают радиальное направление и значение электромагнитного момента агрегата становится равным нулю.

При переходе устройства в двигательный режим, на ротор начинает воздействовать внешние нагрузочный момент, приложенный к валу. В результате, происходит смещение ротора на величину определенного угла против направления вращения.

Подобное электромагнитное взаимодействие между ротором и статором приводит к созданию электромагнитных сил, направленных в сторону вращения. Таким образом, действие вращающегося электромагнитного момента стремится к преодолению действия внешнего момента. Максимальное значение электромагнитного момента образует угол 90 градусов, при расположении полюсов ротора между осями полюсов статора.

Если значение нагрузочного момента, приложенного к валу двигателя, превысит максимальный электромагнитный момент, в этом случае двигатель остановится под влиянием внешнего момента. Из-за этого в неподвижном двигателе по обмотке якоря будет проходить очень высокий ток. Данный режим является аварийным, он представляет собой выпадение из синхронизма и на практике не должен допускаться.

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора.

При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре.

Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

Важно

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда происходит замыкание обмоток индуктора с помощью реостата или короткозамкнутым путем, подобно асинхронным машинам.

Для того, чтобы осуществлять запуск в таком режиме, ротор оснащается короткозамкнутой обмоткой, которая одновременно является успокоительной обмоткой, способной устранить раскачивание ротора во время синхронизации.

После того, как скорость становится близко к номинальной, в индуктор подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель это не только двигатель, но и своеобразный генератор, поскольку у них одинаковое конструктивное исполнение. Схема работы двигателя будет следующей.

Обмотка якоря подключается к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения от постороннего источника подается постоянный ток. Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой и поле, созданное обмоткой возбуждения, взаимодействуют между собой.

Это вызывает появление электромагнитного момента, приводящего ротор во вращающееся состояние.

Для двигателей, где установлены постоянные магниты, применяются специальные внешние разгонные двигатели. В отличие от асинхронных устройств, разгон ротора в синхронном двигателе должен достигнуть частоты вращения магнитного поля.

Это связано с подачей в обмотку ротора тока из постороннего источника, а не индуцируется в нем под действием магнитного поля статора, следовательно, на него не влияет частота вращения вала. В результате, синхронный двигатель переменного тока приобретает постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки.

Специфический принцип работы этих устройств оказал влияние на их пуск и регулировку частоты вращения.

Схема запуска двигателя и его регулировка

У синхронных двигателей отсутствует начальный пусковой момент. При подключении якорной обмотки к источнику переменного тока, электромагнитный момент дважды изменить свое направление за один период изменения тока. Это происходит, когда ротор находится в неподвижном состоянии, а в обмотке возбуждения протекает постоянный ток.

Таким образом, величина среднего момента в течение одного периода будет иметь нулевое значение. Чтобы увидеть, как работает синхронный двигатель при пуске, нужно выполнить разгон его ротора под действием внешнего момента до вращения с частотой, приближенной к синхронной.

Сам запуск агрегата может производиться разными способами:

  • В первом случае используется схема асинхронного включения, основой которой служит глухо подключенный возбудитель. Данный способ применяется при статическом моменте нагрузки ниже 0,4, когда отсутствует падение напряжения. Сопротивление разряда замыкается в обмотке возбуждения, за счет чего исключаются перебои с возбуждением обмотки во время впуска, поскольку незначительная скорость вращения ротора приводит к перенапряжению. Когда скорость становится близкой к синхронной, контактор реагирует на это изменение, в результате происходит переключение обмотки возбуждения из разрядного сопротивления непосредственно на якорь возбудителя.
  • Во втором варианте пуска используется тиристорный возбудитель. Этот способ считается более надежным из-за высокого КПД. Управление возбуждением значительно облегчается. Подача возбуждение осуществляется автоматически с помощью электромагнитного реле.

Различия синхронных и асинхронных двигателей

Все электродвигатели переменного тока по принципу действия могут быть асинхронными и синхронными. В первом случае вращение ротора будет медленнее, по сравнению с магнитным полем, а во втором – вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью.

В асинхронном двигателе вращающееся переменное магнитное поле создается обмотками, закрепленными на статоре. Концы этих обмоток выведены в общую клеммную коробку. Во избежание перегрева на валу двигателя устанавливается вентилятор. Ротор выполнен из металлических стержней, замкнутых с двух сторон между собой. Он представляет единое целое с валом и получил название короткозамкнутого ротора.

Вращение магнитного поля происходит под действием постоянной смены полюсов. Соответственно, в обмотках изменяется направление тока. На скорость вращения вала оказывает влияние количество полюсов магнитного поля.

Совет

Синхронный электродвигатель конструктивно отличается от асинхронных агрегатов. Здесь вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью.

Напряжение на ротор для зарядки обмоток подается с помощью щеток, а не индуцируется действием переменного магнитного поля.

Направление тока в обмотках изменяется одновременно с направлением магнитного поля, поэтому вал синхронного двигателя всегда вращается в одну сторону.

Область применения синхронных электродвигателей

В статье  рассмотрены некоторые области применения синхронных электродвигателей, которые обладают отличными характеристиками при вращении мощных приводов. Сами синхронные электрические машины могут развивать мощность до 20 тысяч кВт.

Синхронные электродвигатели отличаются от асинхронных гораздо большей мощностью и полезной нагрузкой. Изменения тока возбуждения позволяет регулировать в них нагрузку. В отличие от асинхронных двигателей в синхронных при ударных нагрузках сохраняется постоянство частоты вращения, что позволяет их использовать в различных механизмах в металлургической и металлообрабатывающей промышленности.

Двигатели с синхронным типом действия способны развивать мощность до 20 тысяч кВт, что очень важно для приведения в действие исполнительных механизмов мощных обрабатывающих станков в машиностроении и других отраслях производства. Например, в высокопроизводительных гильотинных ножницах, где имеются большие ударные нагрузки на ротор электродвигателя.

Синхронные электрические двигатели с успехом используются в качестве источников реактивной мощности в узлах нагрузки для поддержания стабильного уровня напряжения. Довольно часто двигатели с синхронным принципом действия используются в качестве силовых машин в компрессорных установках большой производительности.

Мощные двигатели выполняются с использованием системы встречной вентиляции, при которой лопасти вентилятора расположены на роторе. Экономичный и надежный синхронный двигатель обеспечивает производительную и экономичную работу насосного оборудования.

Важной характеристикой синхронных электрических машин является сохранение постоянной скорости вращения, что важно для вращения приводов в виде насосов, компрессоров, вентиляторов, и различных генераторов переменного тока. Ценным также является возможность регулирования реактивного тока за счет вариаций тока возбуждения обмоток якоря. Благодаря этому увеличивается показатель косинуса φ при всех диапазонах работы, что увеличивает кпд двигателей и снижает потери в электрических сетях.

Сами двигатели с синхронным принципом действия устойчивы к колебаниям напряжения в сети, и обеспечивают постоянство скорости вращения при их возникновении. Синхронные электродвигатели при понижении питающего напряжения сохраняют большую перегрузочную способность, по сравнению с асинхронными. Способность к форсированию тока возбуждения при понижениях напряжения повышает надежность их работы при аварийных снижениях питающего напряжения в электрической сети.

Синхронные электрические машины рентабельны при мощностях свыше 100 кВт и основное применение находят для вращения мощных вентиляторов, компрессоров и других силовых установок. В качестве недостатков синхронных машин можно отметить их конструктивную сложность, наличие внешнего возбуждения обмоток ротора, сложность запуска и довольно высокие стоимостные характеристики.

Принцип действия синхронного электродвигателя основывается на взаимодействии вращения магнитного поля якоря с магнитными полями по

Принцип работы, типы и применение

В электрических системах, которые мы используем в промышленности, на электростанциях или в быту, двигатели и генераторы стали обычным явлением. В связи со спросом на высокоэффективные и менее энергопотребляющие системы наблюдается изобретение новых моделей этих электрических устройств. Основным расчетным фактором надежной работы двигателей и генераторов является коэффициент мощности . Это отношение приложенной мощности к требуемой мощности.Обычно общее количество электроэнергии, потребляемой предприятиями и предприятиями, рассчитывается на основе коэффициента мощности. Таким образом, коэффициент мощности всегда следует поддерживать равным единице. Но из-за роста реактивной мощности в этих устройствах коэффициент мощности уменьшается. Чтобы поддерживать коэффициент мощности равным единице, вводятся многие методы. Концепция синхронного двигателя - одна из них.

Что такое синхронный двигатель?

Определение синхронного двигателя гласит: «Двигатель переменного тока, в котором в установившемся режиме вращение вала синхронизируется с частотой приложенного тока».Синхронный двигатель работает как двигатель переменного тока, но здесь общее количество оборотов, совершаемых валом, равно целому числу, кратному частоте приложенного тока.


Синхронный двигатель

Синхронный двигатель не использует индукционный ток для работы. В этих двигателях, в отличие от асинхронных двигателей, на stato r присутствуют многофазные электромагниты переменного тока, которые создают вращающееся магнитное поле. Здесь ротор представляет собой постоянный магнит, который синхронизируется с вращающимся магнитным полем и вращается синхронно с частотой приложенного к нему тока.

Конструкция синхронного двигателя

Статор и ротор являются основными компонентами синхронного двигателя. Здесь на корпусе статора имеется оберточная пластина, к которой крепятся шпонки и периферийные ребра. Опоры, рамы используются для поддержки машины. Для возбуждения обмоток возбуждения постоянным током используются контактные кольца и щетки.

Цилиндрические и круглые роторы используются для 6 полюсов. Роторы с явными полюсами используются, когда требуется большее количество полюсов. Конструкция синхронного двигателя и синхронного генератора аналогична.

Принцип работы синхронного двигателя

Работа синхронных двигателей зависит от взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем ротора. Статор содержит 3 фазные обмотки и питается от 3 фаз. Таким образом, обмотка статора создает трехфазное вращающееся магнитное поле. На ротор подается постоянный ток.

Ротор входит во вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, и вращается синхронно. Теперь скорость двигателя зависит от частоты подаваемого тока.

Скорость синхронного двигателя регулируется частотой приложенного тока. Скорость синхронного двигателя может быть рассчитана как

Ns = 60f / P = 120f / p

где f = частота переменного тока (Гц)
p = общее количество полюсов на фазу
P = общее количество пар полюсов на фазу.

Если применяется нагрузка, превышающая пробивную, двигатель десинхронизируется. Трехфазная обмотка статора дает преимущество определения направления вращения.В случае однофазной обмотки невозможно определить направление вращения, и двигатель может запускаться в любом из направлений. Чтобы контролировать направление вращения в этих синхронных двигателях, необходимы пусковые устройства.

Способы пуска синхронного двигателя

Момент инерции ротора останавливает крупногабаритные синхронные двигатели от самозапуска. Из-за этой инерции ротора ротор не может синхронизироваться с магнитным полем статора в момент подачи питания.Таким образом, требуется некоторый дополнительный механизм, чтобы помочь ротору синхронизироваться.

В большие двигатели входят индукционные обмотки, которые создают достаточный крутящий момент, необходимый для ускорения. Для очень больших моторов для разгона ненагруженной машины используется пони-мотор. Изменяя частоту тока статора, двигатели с электронным управлением могут разгоняться даже с нулевой скорости.

Для очень маленьких двигателей, когда момент инерции ротора и механическая нагрузка желательно малы, они могут запускаться без каких-либо методов запуска.

Типы синхронных двигателей

В зависимости от метода намагничивания ротора, существует два типа синхронных двигателей -

  • без возбуждения.
  • Постоянный ток Возбужден.

Двигатель без возбуждения

В этих двигателях ротор намагничивается внешним полем статора. Ротор содержит постоянное магнитное поле. Для изготовления ротора используется сталь с высокими удерживающими свойствами, такая как кобальтовая сталь. Они классифицируются как двигатели с постоянным магнитом, реактивные и гистерезисные.

  • В синхронных двигателях с постоянными магнитами постоянный магнит используется вместе со сталью для конструкции ротора. У них постоянное магнитное поле в роторе, поэтому индукционную обмотку нельзя использовать для запуска. Применяются в качестве безредукторных двигателей лифтов.
Синхронный двигатель с постоянным магнитом
  • В реактивном двигателе ротор выполнен из стального литья с выступающими полюсами. Чтобы минимизировать пульсации крутящего момента, полюса ротора меньше полюсов статора. Содержит обмотку с короткозамкнутым ротором для обеспечения пускового момента ротора.Используется в измерительных приборах.
  • Двигатели с гистерезисом - это самозапускающиеся двигатели. Здесь ротор представляет собой гладкий цилиндр, изготовленный из магнитотвердой кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой. Эти двигатели дороги и используются там, где требуется точная постоянная скорость. Обычно используются как серводвигатели.

Двигатель с возбуждением постоянным током

Здесь ротор возбуждается постоянным током, подаваемым непосредственно через контактные кольца. Также используются индукция переменного тока и выпрямители. Обычно они имеют большие размеры, например, более 1 лошадиных сил и т. Д.

Двигатель с возбуждением постоянным током

Применения синхронных двигателей

Обычно синхронные двигатели используются там, где требуется точная и постоянная скорость. Эти двигатели с низким энергопотреблением включают в себя позиционирующие машины. Они также применяются в приводах роботов. В шаровых мельницах, часах, проигрывателях пластинок также используются синхронные двигатели. Кроме того, эти двигатели также используются в качестве серводвигателей и синхронизаторов.

Эти двигатели доступны в диапазоне от дробных подковообразных до мощных промышленных размеров.Хотя эти двигатели используются в промышленных масштабах большой мощности, они выполняют две важные функции. Один - это эффективное средство преобразования энергии переменного тока в механическую энергию, а другой - коррекция коэффициента мощности. С каким применением серводвигателя вы сталкивались?

Саморегулирующийся синхронный моторный привод агрегата

Саморегулирующийся синхронный моторный привод агрегата

Библиотека

Simscape / Электрические / специализированные системы питания / электрические приводы / приводы переменного тока

Описание

Самоуправляемый синхронный моторный привод (AC5) представляет собой классический привод с векторным управлением для синхронных двигателей с возбужденным полем.Этот привод отличает единство работа с коэффициентом мощности и регулирование скорости с обратной связью на основе метода векторного управления. В Работа с единичным коэффициентом мощности достигается за счет управляемого напряжением трехфазного активного выпрямитель. Контур управления скоростью выдает эталонный электромагнитный момент и поток статора. машины. Эталонная прямая и квадратурная (dq) составляющие тока статора соответствующие заданным потоку статора и крутящему моменту выводятся на основе векторного управления стратегия.Эти опорные компоненты dq тока статора затем используются для получения необходимые стробирующие сигналы для инвертора через гистерезисный регулятор тока. Поле напряжение, необходимое для машины, получается из контура управления магнитным потоком статора.

Основным преимуществом этого привода по сравнению с приводами со скалярным управлением является его быстрая динамика. ответ. Собственный эффект связи (между крутящим моментом и магнитным потоком) в машине регулируется через развязку (ориентацию магнитного потока статора), что позволяет моменту и магнитному потоку быть управляются независимо.Однако из-за сложности вычислений реализация этого Привод требует быстрых вычислительных процессоров или DSP.

Примечание

В Simscape ™ Программное обеспечение Electrical ™ Specialized Power Systems, Саморегулирующийся синхронный двигатель Блок привода обычно называют моторным приводом AC5 .

Блок Self-Controlled Synchronous Motor Drive использует эти блоки из Электроприводы / Библиотека основных приводных блоков:

  • Регулятор скорости (переменного тока)

  • Векторный контроллер (WFSM)

  • Активный выпрямитель

  • Инвертор (трехфазный)

Примечания

модель дискретная.Хорошие результаты моделирования были получены с 2 µ с временным шагом. Для моделирования устройства цифрового контроллера система управления имеет два разных времени выборки:

Время выборки контроллера скорости должно быть кратно выборке векторного контроллера время. Последнее время выборки должно быть кратным временному шагу моделирования. В инвертор и выпрямитель среднего значения позволяют использовать большие временные шаги моделирования, поскольку они не генерируют малые постоянные времени (из-за демпферов RC), присущие детализированным преобразователям.Для векторного контроллера и активного контроллера выпрямителя время выборки 50 мкс, хорошее моделирование Результаты были получены для временного шага моделирования 50 мкс. Этот временной шаг, конечно, может не должно быть выше наименьшего времени выборки контроллера.

Знак крутящего момента синхронной машины отличается от асинхронные и синхронные машины с ПМ. То есть синхронная машина находится в двигателе режим работы при отрицательном электрическом моменте и в режиме работы генератора при отрицательном электрический крутящий момент положительный.

Параметры

Общие

Режим выходной шины

Выберите способ организации выходных переменных. Если вы выберете Multiple выходные шины (по умолчанию), блок имеет три отдельные выходные шины для двигателя, преобразователь и переменные контроллера. Если вы выберете Single output шина , все переменные выводятся на одну шину.

Уровень детализации модели

Выберите между инвертором подробного и среднего значения.По умолчанию Подробный .

Механический вход

Выберите между крутящим моментом нагрузки, скоростью двигателя и механическим портом вращения, как механический ввод. По умолчанию Torque Tm .

Если вы выбираете и применяете крутящий момент нагрузки, выходом будет скорость двигателя в соответствии с следующее дифференциальное уравнение, описывающее динамику механической системы:

Эта механическая система включена в модель двигателя.

Если вы выберете скорость двигателя в качестве механического входа, вы получите электромагнитный крутящий момент как выходной, что позволяет вам представить динамику механической системы извне. В внутренняя механическая система не используется с этим выбором механического входа и инерцией и параметры вязкого трения не отображаются.

Для механического вращающегося порта порт подключения S считается механическим. ввод и вывод. Это позволяет напрямую подключаться к среде Simscape.Механическая система двигателя также включена в привод. и основан на том же дифференциальном уравнении.

См. Раздел «Механическое соединение двух моторных приводов».

Использовать имена сигналов в качестве меток

Когда вы установите этот флажок, Motor , Conv , и Ctrl измерительные выходы используют имена сигналов для идентификации шины этикетки. Выберите этот вариант для приложений, в которых на этикетках сигналов шины должны быть только буквенно-цифровые символы.

Когда этот флажок снят (по умолчанию), выход измерения использует сигнал определение для идентификации меток шины. Этикетки содержат не буквенно-цифровые символы, которые несовместимы с некоторыми приложениями Simulink ® .

Вкладка «Синхронная машина»

На вкладке «Синхронная машина » отображаются параметры Блок Synchronous Machine библиотеки Fundamental Blocks (powerlib).

Преобразователи и вкладка шины постоянного тока

Секция выпрямителя

Секция выпрямителя преобразователей и постоянного тока На вкладке Bus отображаются параметры блока Universal Bridge библиотека Fundamental Blocks (powerlib).Для получения дополнительной информации об универсальном мосту параметры, см. справку по универсальному мосту страница.

Выпрямитель среднего значения использует три следующих параметра.

Частота источника

Частота трехфазного источника напряжения (Гц). По умолчанию 60 .

Напряжение источника

Среднеквадратичное линейное напряжение трехфазного источника напряжения (В). По умолчанию 460 .

Сопротивление в открытом состоянии

Сопротивление выпрямителя в открытом состоянии (Ом). По умолчанию 1д-3 .

Секция шины постоянного тока
Емкость

Значение емкости шины постоянного тока (F). По умолчанию 7500e-6 .

Секция входных дросселей

Входные дроссели уменьшают гармоники сетевого тока.

Сопротивление

Значение сопротивления входного дросселя (Ом).По умолчанию 0,05 .

Индуктивность

Значение индуктивности входного дросселя (H). По умолчанию 1e-3 .

Секция инвертора

Секция инвертора преобразователей и постоянного тока На вкладке Bus отображаются параметры блока Universal Bridge библиотека Fundamental Blocks (powerlib). Для получения дополнительной информации об универсальном мосту параметры, см. справку по универсальному мосту страница.

Инвертор среднего значения использует два следующих параметра:

Сопротивление в открытом состоянии

Сопротивление устройств инвертора в открытом состоянии (Ом). По умолчанию 1д-3 .

Прямые напряжения [Device Vf, Diode Vdf]

Прямые напряжения в вольтах (В) устройств с принудительной коммутацией и антипараллельные диоды. Эти значения необходимы для запуска и для режима прямоугольной волны.

Вкладка «Контроллер»

Тип регулирования

В этом раскрывающемся меню можно выбрать регулировку скорости и крутящего момента. По умолчанию is Регулировка скорости .

Схема

При нажатии этой кнопки появляется диаграмма, показывающая скорость, выпрямитель и вектор появится схема контроллеров.

Вложенная вкладка «Контроллер скорости»
Изменения скорости - ускорение

Максимальное изменение скорости, допустимое во время разгона двигателя.Чрезмерно большой положительное значение может вызвать пониженное напряжение на шине постоянного тока (об / мин / с). По умолчанию 100 .

Изменения скорости - замедление

Максимальное изменение скорости, допустимое во время замедления двигателя. Чрезмерно большой отрицательное значение может вызвать перенапряжение шины постоянного тока (об / мин / с). По умолчанию -100 .

Частота отсечки скорости

Частота отсечки фильтра нижних частот первого порядка измерения скорости (Гц).По умолчанию 5 .

Время выборки регулятора скорости

Время выборки регулятора скорости (с). Время выборки должно быть кратным шаг по времени моделирования. По умолчанию 7 * 20e-6 .

ПИ-регулятор - Пропорциональное усиление

Пропорциональное усиление регулятора скорости. По умолчанию 75 .

ПИ-регулятор - интегральное усиление

Интегральное усиление регулятора скорости.По умолчанию 100 .

Пределы выходного крутящего момента - отрицательные

Максимальный отрицательный требуемый крутящий момент, прикладываемый к двигателю векторным контроллером (Нм). По умолчанию -1200 .

Пределы выходного крутящего момента - Положительный

Максимальный положительный требуемый крутящий момент, прикладываемый к двигателю векторным контроллером (Нм). По умолчанию 1200 .

Вложенная вкладка «Контроллер шины постоянного тока»
ПИ-регулятор - пропорциональное усиление

Пропорциональное усиление контроллера напряжения шины постоянного тока.По умолчанию 10 .

ПИ-регулятор - интегральное усиление

Интегральное усиление регулятора напряжения шины постоянного тока. По умолчанию 100 .

Пределы компонента d линейного тока - Минимум (отрицательный)

Максимальный ток, протекающий от конденсатора шины постоянного тока к линии переменного тока (A). По умолчанию это -800 .

Пределы компонента d линейного тока - Максимальный (положительный)

Максимальный ток, протекающий от линии переменного тока к конденсатору шины постоянного тока (A).По умолчанию 800 .

Частота отсечки измерения напряжения

Частота отсечки фильтра низких частот измерения напряжения шины (Гц). По умолчанию 100 .

Время выборки активного выпрямителя

Время выборки контроллера напряжения шины постоянного тока (с). Время выборки должно быть кратным шага по времени моделирования. По умолчанию 20e-6 .

Текущая полоса пропускания гистерезиса

Текущая полоса пропускания гистерезиса.По умолчанию 10 . Это значение является общая полоса пропускания распределена симметрично относительно текущей уставки (A). Следующее На рисунке показан случай, когда текущая уставка Is * и текущая полоса гистерезиса установлена ​​на dx.

Этот параметр не используется при использовании инвертора среднего значения.

Примечание

Эта полоса пропускания может быть превышена, поскольку используется имитация с фиксированным шагом.Ставка переходной блок необходим для передачи данных между разными частотами дискретизации. Этот блок вызывает задержку сигналов затвора, поэтому ток может превышать полосу гистерезиса.

Вложенная вкладка векторного контроллера
Время выборки контроллера

Время выборки векторного контроллера (с). Время выборки должно быть кратным шаг по времени моделирования. По умолчанию 20e-6 .

Номинальный поток машины

Номинальный поток статора двигателя (Wb).По умолчанию 0,98 .

Текущая полоса пропускания гистерезиса

Текущая полоса пропускания гистерезиса (подробности см. В шине постоянного тока Вкладка Контроллер ). По умолчанию 10 .

Вложенная вкладка «Векторный контроллер» - раздел «Контроллер потока»
ПИ-регулятор - Пропорциональное усиление

Пропорциональное усиление регулятора потока. По умолчанию 1000 .

ПИ-регулятор - интегральное усиление

Интегральное усиление регулятора потока.По умолчанию 1000 .

Пределы напряжения - минимум

Минимальное напряжение, приложенное к полю возбуждения двигателя (В). По умолчанию -300 .

Пределы напряжения - максимум

Максимальное напряжение, приложенное к полю возбуждения двигателя (В). По умолчанию 300 .

Частота среза фильтра нижних частот оценки потока

Частота среза фильтра первого порядка оценки потока (Гц).По умолчанию 2 .

Вложенная вкладка «Векторный контроллер» - раздел «Контроллер намагничивания»

Когда вы запускаете саморегулирующийся синхронный двигатель, магнитный поток двигателя должен должны быть установлены до того, как двигатель сможет создавать электрический крутящий момент. Поскольку постоянная времени поля двигателя высокая, напряжение возбуждения намного выше номинального. для ускорения создания магнитного потока в синхронном двигателе.После период, в течение которого подается высокое напряжение, напряжение возбуждения понижается до номинальная стоимость в течение второго короткого периода, которая прибавляется к последнему периоду, давая общую период намагничивания. Эта процедура обеспечивает плавный запуск саморегулируемого синхронного мотор.

Напряжение намагничивания поля

Напряжение намагничивания поля, приложенное для установления магнитного потока статора (В). По умолчанию 600 .

Время намагничивания поля высокого напряжения

Время приложения высокого напряжения намагничивания поля (с). По умолчанию 0,2 .

Номинальное напряжение поля

Номинальное напряжение поля (В). По умолчанию 30 .

Общее время намагничивания поля

Общее время до того, как привод будет готов создать крутящий момент (с). По умолчанию 1 .

Блок входов и выходов

SP

Уставка скорости или крутящего момента. Заданное значение скорости может быть ступенчатой ​​функцией, но скорость скорость изменения будет соответствовать рампе ускорения / замедления. Если момент нагрузки и скорости имеют противоположные знаки, ускоряющий момент будет суммой электромагнитного и моменты нагрузки.

Tm или Wm

Механический вход: момент нагрузки (Tm) или скорость двигателя (Wm).Для механического ротационный порт (S), этот ввод удаляется.

A, B, C

Трехфазные клеммы моторного привода.

Wm , Te или S

Механическая мощность: скорость двигателя (Wm), электромагнитный момент (Te) или механический ротационный порт (S).

Когда для параметра Output bus mode установлено значение Multiple выходные шины , блок имеет следующие три выходные шины:

Motor

Вектор измерения двигателя.Этот вектор позволяет вам наблюдать переменные двигателя. с помощью блока Bus Selector.

Conv

Вектор измерения трехфазных преобразователей. Этот вектор содержит:

Обратите внимание, что все значения тока и напряжения мостов можно визуализировать с помощью блока мультиметра.

Ctrl

Вектор измерения контроллера. Этот вектор содержит значения для активных выпрямитель и для инвертора.

Для активного выпрямителя:

  • Активный компонент текущей ссылки.

  • Ошибка напряжения (разница между опорным напряжением шины постоянного тока и фактическим напряжением шины постоянного тока). напряжение)

  • постоянного тока опорного напряжения шины

Для инвертора:

Когда для параметра Режим выходной шины установлено значение Одинарный выходная шина , блок группирует выходы Motor, Conv и Ctrl в одну шину вывод.

Технические характеристики модели

Библиотека содержит набор параметров привода мощностью 200 л.с. Технические характеристики 200 л.с. привод показаны в следующей таблице.

Технические характеристики привода 14 л.с. и 200 л.с.

5 Значения

Привод 14 л.с. Привод 200 л.с.

Вход привода Напряжение

Амплитуда

460 В

460 В

Частота

9087

60 Гц

Мощность

14 л.с.

200 л.с.

Частота вращения

1800 об / мин

460 В

460 В

Примеры

Пример ac5_example иллюстрирует имитацию привода двигателя AC5 со стандартным условием нагрузки для детальных и средних моделей.

Ссылки

[1] Bose, B. K. Modern Power Electronics and AC Диски . Верхняя Сэдл Ривер, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2002.

[2] Краузе, П. С. Анализ электрических Машины . Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1986.

Представлен в R2006a

Трехфазный синхронный двигатель

Трехфазный синхронный двигатель - это уникальный и специализированный двигатель. Как следует из названия, этот двигатель работает с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки синхронно с частотой сети.Как и в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, скорость синхронного двигателя определяется количеством пар полюсов и частотой сети.

Функционирование типичного трехфазного синхронного двигателя можно резюмировать следующим образом:

  • На обмотки статора подается трехфазное переменное напряжение и создается вращающееся магнитное поле.
  • На обмотку ротора подается постоянное напряжение, и создается второе магнитное поле.
  • Затем ротор действует как магнит и притягивается вращающимся полем статора.
  • Это притяжение создает крутящий момент на роторе и заставляет его вращаться с синхронной скоростью вращающегося поля статора.
  • Ротор не требует магнитной индукции от поля статора для своего возбуждения. В результате двигатель имеет нулевое скольжение по сравнению с асинхронным двигателем, которому требуется скольжение для создания крутящего момента.
Синхронные двигатели не запускаются автоматически и поэтому требуют способа доведения ротора до почти синхронной скорости перед подачей питания постоянного тока на ротор.Синхронные двигатели обычно запускаются как обычные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором за счет использования специальных амортизирующих обмоток ротора. Также существует два основных метода подачи тока возбуждения на ротор. Один из способов - использовать внешний источник постоянного тока с током, подаваемым на обмотки через контактные кольца. Другой способ - установить возбудитель на общий вал двигателя. Такое расположение не требует использования контактных колец и щеток.

Отстающий коэффициент мощности электрической системы можно скорректировать путем перевозбуждения ротора синхронного двигателя, работающего в той же системе.Это создаст опережающий коэффициент мощности, нейтрализуя отстающий коэффициент мощности индуктивных нагрузок. Недовозбужденное поле постоянного тока создает запаздывающий коэффициент мощности и по этой причине редко используется. Когда поле нормально возбуждено, синхронный двигатель будет работать с единичным коэффициентом мощности. Трехфазные синхронные двигатели могут использоваться для коррекции коэффициента мощности, в то же время выполняя важную функцию, такую ​​как работа компрессора. Однако, если выходная механическая мощность не требуется или может быть обеспечена другими экономически эффективными способами, синхронная машина остается полезной в качестве «немоторного» средства управления коэффициентом мощности.Он выполняет ту же работу, что и батарея статических конденсаторов. Такая машина называется синхронным конденсатором или конденсатором.

Луи Дж. П.. Управление нетрадиционными синхронными двигателями [PDF]

Великобритания и США, ISTE Ltd и John Wiley & Sons, Inc., 2012. 428 с. - ISBN 978-1-84821-331-9. Классические синхронные двигатели являются наиболее эффективным устройством для точного и быстрого привода промышленных производственных систем и роботов. Однако во многих приложениях в нестандартных ситуациях требуется эффективное управление.
Во-первых, это касается синхронных двигателей, питаемых от тиристорных инверторов с линейной коммутацией, или синхронных двигателей с повреждениями на одной или нескольких фазах.
Во-вторых, многие приводные системы используют нетрадиционные двигатели, такие как многофазные (более трех фаз) синхронные двигатели, синхронные двигатели с двойным возбуждением, линейные синхронные двигатели с постоянными магнитами, синхронные и переключаемые реактивные двигатели, шаговые двигатели и пьезоэлектрические двигатели.
В этой книге представлены эффективные средства управления для улучшения использования этих нестандартных двигателей. Введение
Жан-Поль Луи
Самоуправляемый синхронный двигатель: принципы работы и упрощенное управление Модель
Фрэнсис Лабрик и Франсуа БАУДАРТ
Введение
Аспекты конструкции, характерные для самоуправляемой синхронной машины
Упрощенная модель для исследования установившегося состояния работа
Исследование установившегося режима работы
Работа при номинальной скорости, напряжении и токе
Работа с крутящим моментом меньше номинального крутящего момента
Работа со скоростью ниже номинальной скорости
Работа в качестве генератора
Эквивалентность машины с коммутатором и щетки
Уравнения, выведенные из теории цепей со скользящими контактами
Оценка переменного тока, циркулирующего в установившемся режиме в обмотках демпфера
Перенос исследования на случай отрицательной скорости вращения
Вариант базовой сборки
Заключение
Список основные используемые символы
Библиография Self-co Управляемый синхронный двигатель: динамическая модель, включающая поведение демпферных обмоток и перекрытие коммутации
Эрнест Матань
Введение
Выбор выражения Nk
Выражение потоков
Общие свойства коэффициентов X, Y и Z
Уравнения электрической динамики
Выражение электромеханических переменных
Выражение крутящего момента
Написание уравнений в терминах коэнергии
Применение к управлению
Заключение
Приложение 1: значение коэффициентов X, Y и Z
Приложение 2: производные коэффициентов X, Y и Z
Приложение 3: упрощения для малых μ
Приложение 4: Список основных символов, используемых в главах 1 и
Библиография Синхронные машины в деградированном режиме
Дэмиен Флиеллер, Нгац Ки Нгуен, Эрве Шваб и Гай Стуртцер
Общее введение
Анализ отказов установленной преобразовательной машины: преобразователи с MOSFET транзисторами
Анализ основных причин выхода из строя ure
Отказ инвертора
Другие отказы
Надежность привода синхронных двигателей с постоянными магнитами
Условия окружающей среды в автомобильной промышленности
Два отчета о надежности: MIL-HdbK-217 и RDF
Частота отказов приводов синхронных двигателей с постоянными магнитами
Заключение
Оптимальные поставки синхронных машин с постоянными магнитами при наличии неисправностей
Введение: проблема управления abc
Поставки неисправных синхронных машин с несинусоидальной обратной электромагнитной силой
Обобщение моделирования
Эвристический подход к решению
Первая оптимизация омической потери без ограничения на униполярный ток
Вторая оптимизация омических потерь при нулевой сумме токов исправных фаз
Третья оптимизация омических потерь при нулевом униполярном токе (во всех фазах)
Глобальные формулировки
Экспериментальная стратегия обучения в замкнутый цикл для получения оптимального тока арендная плата во всех случаях
Результаты моделирования
Общий вывод
Глоссарий
Библиография Управление двухзвездочной синхронной машиной, поставляемой с помощью инверторов с ШИМ
Мохамед Фуад Бенкхорис
Введение
Описание электрического привода
Основные уравнения
Уравнения напряжения
Уравнение электромагнитный момент
Динамические модели синхронной машины с двойной звездой
Динамическая модель по ссылке d1q1d2q
Динамическая модель по ссылке dqz1z2 z3z
Управление синхронной машиной с двойной звездой
Управление по ссылке d1q1d2q
Управление по ссылке dqz1z2z3z
Библиография Управление многофазными машинами с невыпадающими полюсами, питаемыми инвертором
Ксавье Кестелин и Эрик Семаил
Введение и презентация электрических машин
Модель управления синхронными машинами с инверторным питанием с постоянными магнитами
Характерные площади и общие характеристики концепция эквивалентной двухфазной машины
Инвертор, видимый из машины
Управление крутящим моментом многофазных машин
Управление токами в естественной основе
Управление токами на основе развязки
Моделирование и управление крутящим моментом многофазных машин в ухудшенной режим питания
Моделирование машины с неисправностью питания
Управление крутящим моментом неисправной машины
Библиография Синхронные машины с гибридным возбуждением
Николас Патин и Лайонел Видо
Описание
Определение
Классификация
Моделирование с целью управления
Создание уравнений
Составление компонентов
Полная модель
Управление инверсией модели
Цели управления крутящим моментом
Текущее управление машиной
Оптимизация и токовые входы
Превышение скорости и ослабление потока синхронных машин
Общие положения
Ослабление потока синхронных машин с классическими магнитами
Унифицированное подходить ch для ослабления потока с использованием оптимальных входов
Заключение
Библиография Расширенное управление линейным синхронным двигателем
Гислен Реми и Пьер-Жан Барр
Введение
Исторический обзор и применение в области линейных двигателей
Презентация линейных синхронных двигателей
Технология линейные синхронные двигатели
Модели линейных двигателей, использующие синусоидальную магнитодвижущую силу
Графическое представление причинно-следственной связи
Расширенное моделирование линейных синхронных двигателей
Классическое управление линейными двигателями
Современные средства управления линейными двигателями
Проектирование структуры управления с использованием Принципы инверсии COG
Управление с обратной связью
Расширенное управление линейными двигателями
Несколько резонансных контроллеров в двухфазной системе отсчета
Управление с прямой связью для компенсации усилий фиксации
Команды от n-го производного для бессенсорного управления
Заключение
Номенклатура
Подтверждено gment
Библиография
Приложение: LMD10-050 Техническое описание Etel Машины с переменным сопротивлением: моделирование и управление
Микаэль Хилайрет, Тьерри Любин и Абдельмунаим Тунци
Введение
Синхронная машина сопротивления
Описание и принцип работы модели
Гипотеза и принцип работы
Управление машиной Synchrel
Приложения
Импульсные реактивные машины
Описание и принцип работы
Гипотезы и прямая модель SRM
Control
Приложения
Заключение
Библиография Управление шаговым двигателем
Бруно Роберт и Моэз Феки
Введение
Моделирование
Основные технологии
Гипотезы моделирования
Модель
Управление в разомкнутом контуре
Типы питания
Режимы подачи
Случай медленного движения
Случай быстрого движения
Управление в замкнутом контуре
Линейные модели
Сервоуправление скоростью
Расширенное контроль: управление хаосом
Хаотическое поведение
Модель
Стабилизация орбиты
Абсолютная стабильность
Синтез контроллера
Примеры
Библиография Управление пьезоэлектрическими приводами
Фредерик Жирауд и Бетти Лемэр-Семейл
Введение
Движущаяся волна, ультразвуковые двигатели 10, движущиеся двигатели

Hypothesesandnotations Kinematicsoftheidealrotor

Generationofthemotortorque Stator'sresonance

Calculationofmodalreactionforces Completemodel

Causalmodelinthereferentialofthetravelingwave Parktransformappliedtothetravelingwavemotor

Transformedmodel Studyofthemotorstall

alidationofthemodel Torqueestimator

Controlbasedonabehavioralmodel Controlsbasedonaknowledgemodel
Inversionprinciple
структура управления выведенные из причинной модели: акцент на самоконтроля
Практическое проведение самоконтроля
Заключение
Библиография
Список авторов
Указатель Синхронные и асинхронные двигатели

: открывая разницу

Упрощенное разделение двигателей с дробной мощностью будет на AC, DC, безщеточные и универсальные.Однако так же, как обувь можно разделить на рабочие ботинки, модельные туфли, кроссовки и т. Д., Каждая моторная категория имеет различные подгруппы. Например, двигатели переменного тока можно разделить на синхронные и асинхронные (также известные как асинхронные).

Хотя оба работают от источника переменного тока (хотя синхронный также использует постоянный ток), их создание, работа и использование совершенно разные.

Прежде чем разбивать обсуждение на две категории переменного тока, важно помнить, что в типичном двигателе переменного тока (как более подробно объясняется в нашем блоге AC Motor Basics ) вращающееся магнитное поле создается статором, имеющим был вызван входным током.Скорость этого поля определяется частотой источника питания и количеством полюсов машины и называется «синхронной скоростью» - или, скорее, скоростью, которая возникает одновременно.

Асинхронный двигатель

Когда люди говорят об асинхронных двигателях, они обычно имеют в виду асинхронные двигатели переменного тока. Самый распространенный тип, асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, обычно имеет неподвижную обмотку, называемую статором, а также ротор, сделанный из электротехнической стали, и токопроводящие стержни из алюминия или меди, которые закорочены на каждом конце.

Как указано выше, в статоре от источника переменного тока создается магнитное поле, которое, в свою очередь, наводит токи в токопроводящих шинах ротора. Этот эффект индукции домино приводит к притяжению вращающегося магнитного поля статора и индуцированного магнитного поля ротора. Простое уравнение может помочь проиллюстрировать это более ясно.

Источник переменного тока + статор = вращающееся магнитное поле # 1 (синхронная скорость)

Вращающееся магнитное поле №1 + Ротор = Вращающееся магнитное поле №2 (отставание от синхронной скорости)

Ротор, естественно, будет вращаться медленнее, чем синхронная скорость магнитного поля в статоре, но притяжение между компонентами статора и ротора заставляет их постоянно догонять (создавая крутящий момент).Разница между этими двумя скоростями называется скольжением и обычно выражается в процентах от синхронной скорости.

Магнитное поле # 1 (быстрее) - Магнитное поле # 2 (медленнее) = Скольжение

Синхронный двигатель

Как вы могли догадаться, у синхронного двигателя есть ротор, который вращается с той же скоростью, что и синхронная скорость. Это возможно, потому что синхронные двигатели основаны на частоте и не зависят от постоянства начального входного тока.

Представьте синхронных пловцов на соревнованиях по прыжкам в воду. Их движения прямо согласованы с движениями другого члена команды по плаванию - их начало, середина и точки входа потенциально идентичны.

Синхронные двигатели работают примерно так же. Однако, как потребовалось бы много времени, чтобы достичь такого уровня единообразия в их технике погружения, синхронные двигатели не могут обеспечить одинаковое вращение между магнитными полями ротора и статора только с начальным входным током.Электропитание переменного тока индуцирует статор (как в типичном асинхронном двигателе), но затем он достигает точки запаздывания, мощность постоянного тока подается через возбудитель - устройство, которое подает ток намагничивания в двигатель для создания магнитного потока. Это позволяет увеличивать вращение и увязываться с синхронной скоростью, и, если не действуют экстремальные условия, эти скорости будут оставаться синхронизированными, что позволяет приложению выполнять функции высокой точности.

Это подводит нас к краткому описанию того, как различный состав двигателей переменного тока позволяет каждому поддерживать свою индивидуальную и разнообразную работу и использование.

Синхронный:

  • Более высокая начальная стоимость
  • Необходим возбудитель
  • Для высокоточных приложений (например, часы или поворотный стол)
  • Самый эффективный в крупных промышленных двигателях
  • Зависит от частоты (более стабильно)

Индукция:

  • Потенциально более высокие эксплуатационные расходы
  • Особые элементы управления обычно не требуются
  • Более распространенный; используется во многих повседневных применениях
  • Наиболее эффективен в небольших приложениях
  • Скорость разная по крутящему моменту

Как видите, асинхронные и синхронные двигатели, хотя оба они классифицируются как переменный ток, имеют довольно разные конструктивные и рабочие характеристики, при этом наличие скольжения является наиболее важным фактором.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *