Синхронный двигатель устройство. Синхронные двигатели: устройство, принцип работы и применение

Что такое синхронный двигатель. Как устроен и работает синхронный двигатель. Чем отличается от асинхронного. Каковы преимущества и недостатки синхронных двигателей. Где применяются синхронные электродвигатели.

Устройство синхронного двигателя

Конструкция синхронного двигателя включает следующие основные элементы:

• Статор — неподвижная часть с обмотками, создающими вращающееся магнитное поле
• Ротор — вращающаяся часть с обмоткой возбуждения или постоянными магнитами
• Воздушный зазор между статором и ротором
• Подшипники для вращения ротора
• Клеммная коробка для подключения

Статор собран из пластин электротехнической стали и имеет трехфазную обмотку, соединенную по схеме «звезда» или «треугольник». Ротор может быть явнополюсным или неявнополюсным. На роторе размещается обмотка возбуждения, питаемая постоянным током, или постоянные магниты.

Принцип работы синхронного двигателя

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и магнитного поля ротора:

1. При подаче трехфазного напряжения на обмотку статора создается вращающееся магнитное поле
2. Обмотка ротора питается постоянным током, создавая неподвижное относительно ротора магнитное поле
3. Магнитные поля статора и ротора взаимодействуют, создавая вращающий момент
4. Ротор синхронизируется с полем статора и вращается с синхронной скоростью

Синхронная скорость вращения определяется частотой питающего напряжения и числом пар полюсов по формуле:

n = 60f / p

где n — скорость вращения (об/мин), f — частота (Гц), p — число пар полюсов.

Отличия синхронного двигателя от асинхронного

Основные отличия синхронного двигателя от асинхронного:

• Ротор вращается синхронно с полем статора, без скольжения
• На роторе размещается обмотка возбуждения постоянного тока или постоянные магниты
• Скорость не зависит от нагрузки
• Требуется система возбуждения для питания ротора
• Более сложный запуск, необходимы специальные методы пуска

При этом конструкция статора у синхронных и асинхронных двигателей практически идентична.

Способы пуска синхронных двигателей

Запуск синхронного двигателя является более сложным процессом, чем у асинхронного. Основные способы пуска:

• С помощью вспомогательного асинхронного двигателя
• Асинхронный пуск с использованием пусковой обмотки
• Частотный пуск с помощью преобразователя частоты
• Синхронный пуск на пониженной частоте

Наиболее распространен асинхронный пуск, при котором используется пусковая короткозамкнутая обмотка на роторе. После разгона до подсинхронной скорости подается возбуждение и двигатель входит в синхронизм.

Преимущества и недостатки синхронных двигателей

Основные преимущества синхронных двигателей:

• Высокий КПД и коэффициент мощности
• Постоянная скорость вращения независимо от нагрузки
• Возможность работы с опережающим коэффициентом мощности
• Меньшая чувствительность к колебаниям напряжения

К недостаткам можно отнести:

• Более сложная конструкция и высокая стоимость
• Необходимость в системе возбуждения
• Сложный запуск
• Ограниченные возможности регулирования скорости

Применение синхронных двигателей

Основные области применения синхронных электродвигателей:

• Привод мощных насосов, компрессоров, вентиляторов
• Привод прокатных станов в металлургии
• Привод дробилок и мельниц в горнодобывающей промышленности
• Синхронные компенсаторы для повышения коэффициента мощности
• Привод генераторов постоянного тока
• Сервоприводы в системах точного позиционирования

Синхронные двигатели наиболее эффективны при мощности свыше 100 кВт и скорости вращения до 1000 об/мин.

Регулирование скорости синхронных двигателей

Возможности регулирования скорости синхронных двигателей ограничены. Основные способы:

• Изменение частоты питающего напряжения с помощью преобразователя частоты
• Изменение числа пар полюсов (ступенчатое регулирование)
• Применение электромагнитных муфт скольжения

Наиболее эффективным является частотное регулирование, позволяющее плавно менять скорость в широком диапазоне.

Синхронные генераторы

Синхронная машина может работать как в двигательном, так и в генераторном режиме. Синхронные генераторы широко применяются для выработки электроэнергии на электростанциях.

Основные отличия синхронного генератора от двигателя:

• Ротор приводится во вращение внешним источником механической энергии
• В обмотке статора индуцируется ЭДС и протекает ток нагрузки
• Обмотка ротора питается от источника постоянного тока

Синхронные генераторы позволяют получать трехфазное напряжение заданной частоты и стабильной величины.

Принцип работы синхронного двигателя

В целом, электрический двигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразовывает электрическую энергию в механическую. По типу подключения двигатели бывают однофазные и 3-х фазные. Среди 3-х фазных двигателей наиболее распространенными являются индукционные (асинхронные) и синхронные электродвигатели.

• Строение синхронного двигателя
• Принципы работы синхронного двигателя
• Способы запуска
• Применение
• Устройство и принцип действия синхронного двигателя
• Отличие от асинхронного мотора
• Конструкция мотора
• Как работает двигатель
• Синхронные генераторы
• Полюсы обмоток двигателя
• Воздействие полюсов
• Запуск электродвигателей синхронного типа
• Более современный способ разгона
• Преимущества и недостатки синхронных моторов

Когда в 3-х фазном двигателе электрические проводники располагаются в определенном геометрическом положении (под определенным углом относительно друг друга), возникает электрическое поле. Образованное электромагнитное поле вращается с определенной скоростью, которая называется синхронной скоростью.

Если в этом вращающемся магнитном поле присутствует электромагнит, он магнетически замыкается с этим вращающимся полем и вращается со скоростью этого поля. Фактически, это нерегулируемый двигатель, поскольку он имеет всего одну скорость, которая является синхронной, и никаких промежуточных скоростей там быть не может. Другими словами, он работает синхронно с частотой сети.

Ниже дана формула синхронной скорости:

Ns = 120F/p

Строение синхронного двигателя

Его строение практически аналогично 3-фазному асинхронному двигателю, за исключением того факта, что на ротор подается источник постоянного тока. На рисунке показано устройство этого типа двигателя. На статор подается 3-х фазное напряжение, а на ротор – источник постоянного тока.

Строение синхронного двигателя

Основные свойства синхронных двигателей:

• Синхронные электродвигатели не являются самозапускающимся механизмом. Они требуют определенного внешнего воздействия, чтобы выработать определенную синхронную скорость.
• Двигатель работает синхронно с частотой электрической сети. Поэтому при обеспечении бесперебойного снабжения частоты он ведет себя так, как двигатель с постоянной скоростью.
• Этот двигатель имеет уникальные характеристики, функционируя под любым коэффициентом мощности. Поэтому они используются для увеличения фактора силы.

Видео: Строение и принцип работы синхронного двигателя

//www.youtube.com/embed/5k3sXBMBKEw?feature=player_detailpage

Принципы работы синхронного двигателя

Электронно-магнитное поле синхронного двигателя обеспечивается двумя электрическими вводами. Это обмотка статора, которая состоит из 3-х фаз и предусматривает 3 фазы источника питания и ротор, на который подается постоянный ток.

3 фазы обмотки статора обеспечивают вращение магнитного потока. Ротор принимает постоянный ток и производит постоянный поток. При частоте 50 Гц 3-х фазный поток вращается около 3000 оборотов в 1 минуту или 50 оборотов в 1 секунду. В определенный момент полюса ротора и статора могут быть одной полярности (++ или – – ), что вызывает отталкивания ротора. После этого полярность сразу же меняется (+–), что вызывает притягивание.

Но ротор по причине своей инерции не в состоянии вращаться в любом направлении из-за силы притяжения или силы отталкивания и не может оставаться в состоянии простоя. Он не самозапускающийся.

Чтобы преодолеть инерцию силы, необходимо определенное механическое воздействие, которое вращает ротор в том же направлении, что и магнитное поле, обеспечивая необходимую синхронную скорость. Через некоторое время происходит замыкание магнитного поля, и синхронный двигатель вращается с определенной скоростью.

Способы запуска

• Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Синхронный двигатель механически соединяется с другим двигателем. Это может быть либо 3-х фазный индукционный двигатель, либо двигатель постоянного тока. Постоянный ток изначально не подается. Двигатель начинает вращаться со скоростью, близкой к синхронной скорости, после чего подается постоянный ток. После того, как магнитное поле замыкается, связь со вспомогательного двигателя прекращается.
• Асинхронный пуск. В полюсных наконечниках полюсов ротора устанавливается дополнительная короткозамкнутая обмотка. При включении напряжения в обмотку статора возникает вращающееся магнитное поле. Пересекая короткозамкнутую обмотку, которая заложена в полюсных наконечниках ротора, это вращающееся магнитное поле индуцирует в ней токи, который взаимодействуя с вращающимся полем статора, приводят ротор во вращение. Когда достигнута синхронная скорость, ЭДС и крутящийся момент уменьшается. И наконец, когда магнитное поле замыкается, крутящий момент также сводится к нулю. Таким образом, синхронность вначале запускается индукционным двигателем с использованием дополнительной обмотки.

Применение

• Синхронный двигатель используется для улучшения коэффициента мощности. Синхронные двигатели широко применяются в энергосистеме, поскольку они работают при любом коэффициенте мощности и имеют экономичные эксплуатационные показатели.
• Синхронные двигатели находят свое применение там, где рабочая скорость не превышает 500 об / мин и требуется увеличить мощность. Для энергетической потребности от 35 кВт до 2500 кВт, стоимость, размер, вес и соответствующего индукционного двигателя будет довольно высоким. Такие двигатели часто используются для работы поршневых насосов, компрессоров, прокатных станков и другого оборудования.

Устройство и принцип действия синхронного двигателя

Отличие от асинхронного мотора

Главное отличие синхронной машины заключается в том, что скорость вращения якоря такая же, как и аналогичная характеристика магнитного потока.

И если в асинхронных моторах используется короткозамкнутый ротор, то в синхронных имеется на нем проволочная обмотка, к которой подводится переменное напряжение.

В некоторых конструкциях используются постоянные магниты. Но это делает двигатель дороже.

Если увеличивать нагрузку, подключаемую к ротору, частота вращения его не изменится. Это одна из ключевых особенностей такого типа машин. Обязательное условие – у движущегося магнитного поля должно быть столько же пар полюсов, сколько у электромагнита на роторе. Именно это гарантирует постоянную угловую скорость вращения этого элемента двигателя. И она не будет зависеть от момента, приложенного к нему.

Конструкция мотора

Устройство и принцип действия синхронных двигателей несложны.

Конструкция включает в себя такие элементы:

1. Неподвижная часть – статор. На ней находится три обмотки, которые соединяются по схеме «звезда» или «треугольник». Статор собран из пластин электротехнической стали с высокой степенью проводимости.
2. Подвижная часть – ротор. На нем тоже имеется обмотка. При работе на нее подается напряжение.

Между ротором и статором имеется прослойка воздуха.

Она обеспечивает нормальное функционирование двигателя и позволяет магнитному полю беспрепятственно воздействовать на элементы агрегата. В конструкции присутствуют подшипники, в которых вращается ротор, а также клеммная коробка, расположенная в верхней части мотора.

Как работает двигатель

Если кратко, принцип действия синхронного двигателя, как и любого другого, заключается в преобразовании одного вида энергии в другой. А конкретно – электрической в механическую. Работает мотор таким образом:

1. На статорные обмотки подается переменное напряжение. Оно создает магнитное поле.
2. На обмотки ротора также подается переменное напряжение, создающее поле. Если используются постоянные магниты, то это поле уже по умолчанию имеется.
3. Два магнитных поля взаимопересекаются, противодействуют друг другу – одно толкает другое. Из-за этого двигается ротор. Именно он установлен на шарикоподшипниках и способен свободно вращаться, дать ему нужно только толчок.

Вот и все. Теперь остается только использовать полученную механическую энергию в нужных целях. Но требуется знать, как правильно вывести в нормальный режим синхронный двигатель. Принцип работы у него отличается от асинхронного. Поэтому требуется придерживаться определенных правил.

Для этого электродвигатель подключают к оборудованию, которое необходимо привести в движение. Обычно это механизмы, которые должны работать практически без остановок – вытяжки, насосы и прочее.

Синхронные генераторы

Обратная конструкция – синхронные генераторы. В них процессы протекают немного иначе. Принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя отличаются, но не существенно:

1. На обмотку статора не подается напряжение. С нее оно снимается.
2. На обмотку ротора подается переменное напряжение, которое необходимо для создания магнитного поля. Потребление электроэнергии крайне маленькое.
3. Ротор электрогенератора раскручивается при помощи дизельного или бензинового двигателя либо же силой воды, ветра.
4. Вокруг ротора имеется магнитное поле, которое двигается. Поэтому в обмотке статора индуцируется ЭДС, а на концах появляется разность потенциалов.

Но в любом случае требуется стабилизировать напряжение на выходе генераторной установки. Для этого достаточно запитать роторную обмотку от источника, напряжение которого постоянно и не изменяется при колебаниях частоты вращения.

Полюсы обмоток двигателя

В конструкции ротора имеются постоянные или электрические магниты. Их обычно называют полюсами. На синхронных машинах (двигателях и генераторах) индукторы могут быть двух типов:

1. Явнополюсными.
2. Неявнополюсными.

Они различаются между собой только взаимным расположением полюсов. Для уменьшения сопротивления со стороны магнитного поля, а также улучшения условий для проникновения потока, используются сердечники, изготовленные из ферромагнетиков.

Эти элементы располагаются как в роторе, так и в статоре. Для изготовления используются только сорта электротехнической стали. В ней очень много кремния. Это отличительная особенность такого вида металла. Это позволяет существенно уменьшить вихревые токи, повысить электрическое сопротивление сердечника.

Воздействие полюсов

В основе конструкции и принципа действия синхронных двигателей лежит обеспечение влияния пар полюсов ротора и статора друг на друга. Для обеспечения работы нужно разогнать индуктор до определенной скорости. Она равна той, с которой вращается магнитное поле статора. Именно это позволяет обеспечить нормальную работу в синхронном режиме. В момент, когда происходит запуск, магнитные поля статора и ротора взаимно пересекаются. Это называется «вход в синхронизацию». Ротор начинает вращаться со скоростью, как у магнитного поля статора.

Запуск электродвигателей синхронного типа

Самое сложное в работе синхронного мотора – это его запуск.

Именно поэтому его используют крайне редко. В

едь конструкция усложняется за счет системы запуска.

На протяжении долгого времени работа синхронного двигателя зависела от разгонного асинхронника, механически соединенным с ним.

Что это значит? Второй тип двигателя (асинхронный) позволял разогнать ротор синхронной машины до подсинхронной частоты.

Обычные асинхронники не требуют специальных устройств для запуска, достаточно только подать рабочее напряжение на обмотки статора.

После того, как будет достигнута требуемая скорость, происходит отключение разгонного двигателя. Магнитные поля, которые взаимодействуют в электрическом моторе, сами выводят его на работу в синхронном режиме. Для разгона потребуется другой двигатель. Его мощность должна составлять примерно 10-15 % от аналогичной характеристики синхронной машины. Если нужно вывести в режим электродвигатель 1 кВт, для него потребуется разгонный мотор мощностью 100 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы машина смогла работать как в режиме холостого хода, так и с незначительной нагрузкой на валу.

Более современный способ разгона

Стоимость такой машины оказывалась намного выше. Поэтому проще использовать обычный асинхронный мотор, пусть и много у него недостатков. Но именно его принцип работы и был использован для уменьшения габаритов и стоимости всей установки. При помощи реостата производится замыкание обмоток на роторе. В итоге двигатель становится асинхронным. А запустить его оказывается намного проще – просто подается напряжение на обмотки статора.

Во время выхода на подсинхронную скорость возможно раскачивание ротора. Но это не происходит за счет работы его обмотки. Напротив, она выступает в качестве успокоителя. Как только частота вращения будет достаточной, производится подача постоянного напряжения на обмотку индуктора. Двигатель выводится в синхронный режим. Но такой способ можно воплотить только в том случае, если используются моторы с обмоткой на роторе. Если там применяется постоянный магнит, придется устанавливать дополнительный разгонный электродвигатель.

Преимущества и недостатки синхронных моторов

Основное преимущество (если сравнивать с асинхронными машинами) – за счет независимого питания роторной обмотки агрегаты могут работать и при высоком коэффициенте мощности. Также можно выделить такие достоинства, как:

1. Снижается ток, потребляемый электродвигателем, увеличивается КПД. Если сравнивать с асинхронным мотором, то эти характеристики у синхронной машины оказываются лучше.
2. Момент вращения прямо пропорционален напряжению питания. Поэтому даже если снижается напряжение в сети, нагрузочная способность оказывается намного выше, нежели у асинхронных машин. Надежность устройств такого типа существенно выше.

Но вот имеется один большой недостаток – сложная конструкция. Поэтому при производстве и последующих ремонтах затраты окажутся выше. Кроме того, для питания обмотки ротора обязательно требуется наличие источника постоянного тока. А регулировать частоту вращения ротора можно только с помощью преобразователей – стоимость их очень высокая. Поэтому синхронные моторы используются там, где нет необходимости часто включать и отключать агрегат.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Принцип действия и устройство синхронного двигателя: преимущества, конструктивные особенности

Принцип действия синхронного двигателя выглядит практически так же, как и асинхронного. Однако у этого типа силовых установок имеются существенные отличия и особенности. И хоть доля асинхронных агрегатов в промышленности составляет 96% от общего количества электродвигателей, другие варианты, включая синхронный, тоже нашли своих потребителей.

• Основные отличия
• Конструкция синхронного устройства
• Принцип работы
• Устройство генераторов
• Запуск установки
• Сферы применения

Основные отличия

В основном синхронные и асинхронные двигатели мало чем отличаются друг от друга. Ключевым отличием первых моделей является то, что вращение якоря осуществляется с такой же скоростью, как и вращение магнитного потока. При этом внутри установки встроена проволочная обмотка, передающая переменное напряжение, а не короткозамкнутый ротор, как у асинхронных устройств. Также отдельные конструкции оборудованы постоянными магнитами, но они существенно повышают стоимость двигателя.

При увеличении нагрузки скорость вращения ротора остается прежней. Именно такая особенность характеризует эту разновидность силовых установок. Ключевое требование к таким машинам выглядит следующим образом: количество полюсов у движущегося магнитного поля должно соответствовать числу полюсов электромагнита на роторе.

Конструкция синхронного устройства

Принцип работы и устройство синхронных машин остаются понятными даже для неопытных потребителей. К ключевым составляющим системы относят следующие узлы:

1. Статор — представляет собой неподвижную часть установки, на которой расположено три обмотки. Они соединены по схеме «звезда» или «треугольник». В качестве материала для изготовления статора используются пластины из суперпрочной электротехнической стали.
2. Ротор — подвижный элемент двигателя, оснащенный обмоткой. Во время работы установки эта обмотка пропускает определенное напряжение.

Между зафиксированной и подвижной частью системы находится небольшая воздушная прослойка, гарантирующая сбалансированную работу мотора и беспрепятственное воздействие магнитного поля на ключевые составляющие агрегата. Также в двигателе установлены подшипники, необходимые для вращения ротора, и клеммная коробка. Последняя находится в верхней части механизма.

Принцип работы

Изучая принцип работы синхронного двигателя, важно понимать, что, как и остальные разновидности силовых установок, они преобразуют один тип энергии в другой. Простыми словами, встроенные механизмы делают из электрической энергии механическую, а вся работа происходит по такому алгоритму:

1. Сквозь обмотку на статоре пропускается переменное напряжение, в результате чего происходит образование магнитного поля.
2. Затем аналогичное напряжение подается на роторные обмотки, что тоже создает магнитное поле. При наличии в конструкции постоянных магнитов такое поле имеется по умолчанию.
3. При столкновении двух магнитных полей происходит их противодействие друг другу, т. е. одно толкает другое. Именно такой принцип вызывает передвижение ротора, помещенного на подшипники.

Зная, как устроен и работает синхронный двигатель, остается правильно распределить его энергию и использовать в нужных целях. Однако производительность и КПД системы будут максимальными только в том случае, если удастся вывести ее в нормальный режим работы.

Устройство генераторов

Существует обратный вариант синхронных двигателей — синхронные генераторы. Они работают немного иначе:

1. Обмотка неподвижного статора не пропускает напряжение. Наоборот, с нее оно снимается.
2. Сквозь роторную обмотку подается переменное напряжение, при этом расход электрической энергии совсем небольшой.
3. Движение генератора обусловлено дизельным или бензиновым двигателем. Также его может раскручивать сила воды или ветра.
4. В статорной обмотке происходит индукция ЭДС, а на концах появляется разность потенциала. Это объясняется движущимся магнитным полем вокруг ротора.

Но в любом случае необходимо осуществить стабилизацию напряжения на выходе генератора. Это делается соединением роторной обмотки с источником напряжения.

В зависимости от конструктивных особенностей ротор может быть оборудован постоянными или электрическими магнитами или так называемыми полюсами. Что касается индукторов, то в синхронных установках они бывают:

1. Явнополюсными.
2. Неявнополюсными.

Отличаются эти типы друг от друга только взаимным расположением полюсов. Чтобы снизить сопротивление магнитного поля и улучшить проникновение тока, механизм оснащают сердечниками, которые выполнены из ферромагнетиков. Сердечники находятся и в роторе, и в статоре, а для их изготовления задействуется исключительно электротехническая сталь. Дело в том, что этот материал содержит в себе большое количество кремния, существенно снижающего вихревые токи и улучшающего электрическое сопротивление сердечника.

Запуск установки

При использовании синхронных двигателей возникает масса трудностей на этапе их запуска. Из-за этого они не пользуются особой популярностью и уступают асинхронным вариантам.

С момента появления на рынке работа синхронных агрегатов обеспечивалась специальным асинхронником, который механически соединялся с остальными узлами. По сути, ротор разгонялся до нужной частоты с помощью второго типа моторов. Современные асинхронники не нуждаются в подключении дополнительных механизмов, и все, что требуется для их работы, — соответствующее напряжение для статорной обмотки.

Как только система обеспечит нужную скорость вращения, разгонный двигатель будет отключен. При этом магнитные поля из электрического мотора выведут его на работу в синхронном режиме. Чтобы разогнать установку, придется задействовать еще один мотор мощностью 10% от мощности синхронного двигателя. При разгоне электродвигателя на 1 кВт используют разгонную систему мощностью 100 Вт. Как утверждают специалисты, таких показателей вполне хватает для сбалансированной работы машины в холостом режиме или с небольшой нагрузкой.

Сферы применения

Синхронный электродвигатель представляет собой важное изобретение для различных направлений промышленности. Но из-за сложной конструкции и высокой стоимости оборудования его используют в редких случаях.

Сферы применения электрических моторов синхронного типа очень ограничены. В большинстве случаев установку применяют для повышения показателей мощности в энергосистеме, что обусловлено их способностью функционировать при любых коэффициентах мощности и отличной экономичностью.

Устройства востребованы для тех условий, где скорость вращения едва достигает 500 оборотов в минуту и появляется необходимость поднять мощность. В настоящее время их активно внедряют в поршневые насосы, компрессорные установки, прокатные станки и другие системы.

Конструкция, работа, типы и применение

Электрическая машина — это общий термин, используемый для обозначения электромагнитного устройства, используемого для преобразования электрической энергии в механическую. Его можно использовать как генератор для выработки электрической энергии или как двигатель для выработки энергии механизма. Синхронный двигатель — это тип двигателя, который используется в промышленности из-за его постоянной скорости.

Электродвигатель

Электродвигатель — это машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Он состоит из статора (неподвижной части) и ротора (подвижной части). Когда подается электрическая энергия, ротор вращается, вырабатывая вращательную механическую энергию. Он работает полностью противоположно генератору.

Электрические двигатели можно разделить на двигатели переменного и постоянного тока. В то время как двигатели переменного тока далее классифицируются на асинхронные двигатели и синхронные двигатели.

Похожие сообщения:

• Однофазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение
• Трехфазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение

Содержание

Что такое синхронный двигатель?

Синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, ротор которого вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле. Магнитное поле статора вращается со скоростью, которая зависит от частоты питания, известной как синхронная скорость. Отсюда и название синхронный двигатель. Ротор синхронного двигателя синхронизирован с частотой подаваемого тока.

Когда два синхронных генератора работают параллельно, и первичный двигатель одного генератора остановлен. Генератор все еще будет работать, получая питание от линии генератора. Генератор подает полученную мощность из сети на свои потери. Когда к нему подключена механическая нагрузка, машина будет работать с постоянной скоростью. Когда машина работает и работает так, как указано выше, она называется синхронным двигателем.

В отличие от асинхронного двигателя, синхронный двигатель не зависит от индуктивного тока ротора. Ротор имеет либо постоянные магниты, либо обмотки возбуждения, которые питаются от внешнего источника. В асинхронном двигателе обмотки статора генерируют вращающееся магнитное поле (RMF), которое также индуцирует ток в роторе. В синхронном двигателе статор генерирует только RMF. Магнитное поле ротора магнитно сцепляется с вращающимся RMF и вращается с той же скоростью, известной как синхронная скорость.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить

Полезно знать: Синхронный двигатель — это такая же машина, как генератор переменного тока или синхронный генератор. Например, синхронный двигатель может работать как синхронный генератор (генератор переменного тока) без изменения номинала и конструкции. т. е.

• Когда машина преобразует входную электрическую мощность в выходную механическую мощность, она называется синхронным двигателем.
• Когда одна и та же машина преобразует входную механическую энергию в выходную электрическую, она называется синхронным генератором (альтернатором).

Синхронный двигатель конструктивно аналогичен генератору переменного тока. Он работает с постоянной скоростью, называемой синхронной скоростью, N _S . Это зависит от частоты питания и количества полюсов ротора. Синхронная скорость определяется как

N _S = 120 f ÷ p

Где

• N _S = синхронная скорость (об/мин)
• f = Частота тока питания
• p = количество полюсов

Количество полюсов зависит от конструкции двигателя и не может быть изменено во время работы. Следовательно, скорость синхронного двигателя зависит только от частоты сети.

Похожие сообщения:

• Электрический трансформатор – конструкция, работа, типы и применение
• Генератор или синхронный генератор: конструкция, работа, типы и применение

Конструкция синхронных двигателей

Конструкция синхронного двигателя аналогична генератору переменного тока или синхронному генератору. он отличается от асинхронного или асинхронного двигателя конструкцией ротора.

Синхронный двигатель состоит из двух основных частей

• Статор
• Ротор

Статор

Статор является неподвижной частью двигателя. Как и в асинхронном двигателе, сердечник статора изготовлен из тонких ламинированных листов стали или чугуна с хорошими магнитными свойствами для уменьшения гистерезиса и потерь на вихревые токи. Сердечник имеет осевые пазы для удержания трехфазной обмотки возбуждения переменного статора, называемой обмоткой якоря.

На обмотку якоря статора подается 3-фазное питание через его входную клемму. Он отвечает за генерацию вращающегося магнитного поля (RMF).

Ротор

Ротор является вращающейся частью синхронного двигателя. Он имеет цилиндрическую форму и содержит обмотку возбуждения. Он отвечает за генерацию магнитного поля или полюсов. Он питается от токосъемных колец и щеточного узла от источника постоянного тока. Обычно для возбуждения используется небольшой генератор постоянного тока, соединенный с его валом.

Related Posts

• Уравнение крутящего момента асинхронного двигателя
• Потери в асинхронном двигателе – силовые каскады асинхронного двигателя

Ротор синхронного двигателя может быть выполнен одним из следующих способов.

Ротор с выступающими полюсами

Термин «явновыпуклый» означает «направленный наружу». Явнополюсный ротор имеет выступающие или выступающие полюса по направлению к обмотке якоря. Сердечник ротора изготовлен из многослойного стального листа для уменьшения гистерезиса и вихревых токов. Обмотки возбуждения намотаны вокруг каждого полюса.

Явнополюсный ротор имеет большое количество полюсов. Он не подходит для работы на высоких скоростях из-за больших потерь на ветер (при высокой скорости). Используется в низко- и среднескоростных синхронных двигателях. Физически он имеет большой диаметр и небольшую осевую длину.

Токосъемные кольца и щетки в сборе используются для обеспечения электрического соединения между неподвижной цепью и вращающейся частью машины. Он используется для питания обмотки возбуждения от источника постоянного тока.

Неявнополюсный или цилиндрический ротор

Этот тип ротора имеет ротор цилиндрической формы, изготовленный из многослойной стали. Сердечник имеет пазы для обмоток возбуждения, которые фиксируются с помощью клиньев от вытягивания. При этом непрорезанная часть сердечника становится магнитными полюсами.

Имеет меньшее количество полюсов, меньший диаметр и большую осевую длину. Это дороже, чем явнополюсный ротор. Однако конструкция ротора способствует равномерному распределению потока, механической прочности, надежности и т. д. Поэтому такие синхронные двигатели используются для высоких скоростей.

Ротор с постоянными магнитами

В современных синхронных двигателях используется ротор с постоянными магнитами, на поверхности которого установлены постоянные магниты. Обмоток возбуждения нет. Эти магниты создают необходимое поле без источника возбуждения. Постоянный магнит изготовлен из неодима, бора и железа, поскольку они легко доступны и экономичны. Такой ротор не имеет токосъемного кольца или щеточного узла.

Недостатком ротора с постоянными магнитами является то, что двигатель не запускается самостоятельно из-за инерции ротора, он не может следовать быстро вращающемуся RMF сразу при запуске. Поэтому для его работы необходим VFD (преобразователь частоты).

Похожие сообщения:

• Почему мощность двигателя указывается в кВт, а не в кВА?
• Что такое КПД двигателя и как его повысить?

Принцип работы синхронного двигателя

Синхронный двигатель работает по принципу магнитной блокировки между RMF статора (вращающееся магнитное поле) и магнитным полем ротора. Как известно, противоположные полюса притягиваются друг к другу, поэтому полюса RMF притягивают противоположные полюса ротора, создавая вращательное движение.

Синхронный двигатель представляет собой машину с двойным возбуждением, т. е. для достижения синхронизма требуется питание переменным и постоянным током как для статора, так и для ротора. Трехфазный переменный ток подается на обмотки статора для создания RMF. Статор рассчитан на то же количество полюсов, что и ротор. Эти полюса вращаются со скоростью, синхронизированной с входной частотой f, которая называется синхронной скоростью. Он определяется как

N _S = 120 f / p

Питание постоянным током подается на обмотки ротора для создания постоянного магнитного поля. Поскольку источник постоянного тока обеспечивает постоянный ток, магнитное поле ротора не меняется. Магнитные полюса генерируются на противоположных концах ротора. Полюса ротора взаимодействуют с ЭДС статора и вращаются с той же скоростью, с которой он достигает синхронной скорости.

Если ротор вращается с той же скоростью, что и RMF статора, момент нагрузки отсутствует. Полюса ротора и статора совпадают друг с другом. Если приложена механическая нагрузка, ротор начинает колебаться вокруг своего нового положения равновесия, это явление известно как « охота за ». Ротор отстает на несколько градусов от RMF статора и начинает развивать крутящий момент. По мере увеличения нагрузки угол между ними увеличивается до тех пор, пока поле ротора не отстанет от RMF на 90°. В этот момент двигатель обеспечивает максимально доступный крутящий момент, называемый пробивной момент . Если нагрузка превышает этот предел, двигатель глохнет.

Похожие сообщения:

• Эквивалентная схема асинхронного двигателя
• Характеристики момента-скольжения и момента-скорости асинхронного двигателя

Характеристики синхронного двигателя

• Синхронный двигатель по своей природе не является самозапускающимся. Ротор необходимо любыми средствами довести до синхронной скорости, чтобы синхронизироваться с частотой сети.
• Скорость зависит только от частоты входного питания. ЧРП используется для управления скоростью синхронного двигателя.
• Скорость не зависит от нагрузки. Поэтому на синхронный двигатель не влияют никакие изменения нагрузки.
• Увеличение нагрузки увеличивает крутящий момент. Синхронный двигатель остановится, если крутящий момент превысит предельный крутящий момент.
• Синхронный двигатель либо работает с синхронной скоростью, либо не работает вообще.
• Синхронный двигатель может работать как с опережающим, так и с отстающим коэффициентом мощности. Поэтому они используются для улучшения коэффициента мощности в промышленности.

Методы пуска синхронных двигателей

Синхронный двигатель по своей природе не является самозапускающимся из-за инерции ротора. При подаче питания статор RMF мгновенно начинает вращаться с синхронной скоростью. Однако ротор не успевает. Для обеспечения необходимой скорости вращения ротора для синхронизации используются следующие способы.

Демпферная обмотка

Демпферная обмотка используется в явнополюсном роторе. Это короткозамкнутая обмотка, как в асинхронном двигателе. RMF индуцирует ток в этой обмотке и создает собственное магнитное поле, которое взаимодействует с RMF и создает необходимый пусковой момент. Когда ротор достигает скорости, близкой к синхронной, возбуждение постоянного тока подается на обмотку возбуждения ротора, и двигатель синхронизируется.

В этом методе двигатель первоначально запускается как асинхронный с использованием демпфирующей обмотки. Эта обмотка также помогает гасить колебания из-за резких изменений нагрузки.

Метод пони-двигателя

Пони-двигатель — это небольшой асинхронный двигатель или шунтирующий двигатель постоянного тока, соединенный с валом синхронного двигателя. Это помогает в обеспечении необходимого пускового момента. Возбуждение постоянным током не применяется до тех пор, пока ротор не достигнет скорости, близкой к синхронной скорости. Ротор магнитно блокируется с помощью RMF, и подача питания на пони-мотор отключается.

Метод переменной частоты

ЧРП или частотно-регулируемый привод — это устройство, которое обеспечивает питание с регулируемой частотой. Как известно, синхронная скорость зависит от частоты питания. Изначально частота установлена ​​на минимум, чтобы уменьшить синхронную скорость. Скорость постепенно увеличивается до желаемого значения или нормальной скорости.

Related Posts:

• Типы электродвигателей – Классификация двигателей переменного, постоянного тока и специальных двигателей
• Применение электродвигателей

Типы синхронных двигателей

Синхронные двигатели в основном подразделяются на две категории в зависимости от намагниченности ротора.

Двигатель постоянного тока с возбуждением

В таком синхронном двигателе источник постоянного тока используется для возбуждения его ротора через контактное кольцо. Ротор включает в себя обмотку возбуждения, которая намагничена для создания постоянного магнитного поля, взаимодействующего со статором RMF.

Двигатель без возбуждения

Ротор такого синхронного двигателя не требует внешнего возбуждения для создания магнитного поля. Вместо этого он сделан из материала, который генерирует собственное поле, например, в постоянном магните или с помощью поля статора. Кобальтовая сталь обычно используется из-за ее высокой сохраняемости (материал, сохраняющий магнитные свойства).

Электродвигатели без возбуждения могут быть дополнительно классифицированы по типам

• Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами
• Синхронный двигатель с гистерезисом
• Реактивный синхронный двигатель

Синхронный двигатель с постоянными магнитами

Как следует из названия, ротор состоит из постоянного магнита, который создает постоянное магнитное поле. Обмоток, контактных колец и щеток нет. Поле ротора замыкается на RMF статора и вращается с синхронной скоростью. Так как они не самозапускающиеся и в роторе нет обмоток, требуется ЧРП для обеспечения плавного увеличения пусковой скорости.

Синхронный двигатель с гистерезисом

Ротор такого синхронного двигателя изготовлен из материала с высокими потерями на гистерезис, такого как хром и кобальтовая сталь. Это самозапускающийся однофазный двигатель, работающий на синхронной скорости. Он имеет две обмотки статора, то есть «основную обмотку» и «вспомогательную обмотку», для создания RMF статора. Цилиндрический ротор начинает вращаться за счет наведенного вихревого тока, таким образом, он запускается подобно асинхронному двигателю. Как только он достигает скорости, близкой к синхронной, RMF статора блокирует ротор в синхронизме.

Реактивный синхронный двигатель

Такой синхронный двигатель работает по принципу реактивного сопротивления. Под влиянием магнитного поля ферромагнитный материал будет двигаться, замыкая магнитную цепь там, где сопротивление минимально. Линии магнитного поля следуют по пути с низким сопротивлением, точно так же, как ток следует по пути с низким сопротивлением.

Таким образом, ротор с короткозамкнутым ротором используется с некоторыми удаленными зубьями, чтобы сформировать выступающий полюс, а также путь с меньшим сопротивлением. Статор подобен гистерезисному двигателю, имеющему основную и вспомогательную обмотки для создания RMF. При запуске ротор пытается выровняться с RMF и начинает вращаться в его направлении. Но из-за инерции ротора RMF проходит положение выравнивания и повторяет попытку во время следующего оборота. Таким образом, скорость постепенно увеличивается и в конечном итоге достигает синхронной скорости и магнитно блокируется с RMF.

Related Posts:

• Уравнение мощности, напряжения и ЭДС двигателя постоянного тока
• Формулы и уравнения в области электротехники и электроники

Преимущества и Недостатки Синхронного двигателя

Преимущества

Вот некоторые преимущества синхронного двигателя при любом изменении нагрузки.

Может работать с отстающим, единичным и опережающим коэффициентом мощности за счет увеличения возбуждения поля. Таким образом, это делает его полезным для улучшения коэффициента мощности.

Он имеет относительно более высокий КПД выше 90% по сравнению с асинхронным двигателем.

Они более экономичны при более низкой скорости, чем асинхронный двигатель.

Недостатки

Вот некоторые недостатки синхронного двигателя

• Синхронные двигатели по своей природе не запускаются самостоятельно и требуют других средств для обеспечения почти синхронной пусковой скорости.
• Он останавливается, если нагрузка превышает допустимый предел.
• Требуется внешний источник постоянного тока для возбуждения поля ротора
• Его скорость не может быть изменена, если преобразователь частоты VFD не используется для очень его частоты питания.
• В синхронном двигателе происходит колебание при внезапном приложении нагрузки.
• Требует частого обслуживания из-за токосъемных колец и щеток.
• Синхронные двигатели, как правило, сложнее и дороже, чем асинхронные двигатели.

Применение синхронного двигателя

Вот несколько вариантов применения синхронного двигателя.

Применение с постоянной скоростью: Они обычно используются в приложениях с постоянной скоростью, когда скорость не изменяется при увеличении нагрузки. Тем не менее, VFD можно использовать для регулировки скорости в соответствии с требованиями.

Коррекция коэффициента мощности: Путем изменения возбуждения синхронного двигателя можно изменять коэффициент мощности электрической цепи. Такой синхронный двигатель, который специально используется для улучшения коэффициента мощности, называется синхронным конденсатором.

Преобразователь частоты: Синхронный двигатель используется для питания генератора переменного тока или синхронного генератора с другой частотой. Такой синхронный двигатель известен как преобразователь частоты.

Регулирование напряжения: Синхронный двигатель может действовать как переменный конденсатор или индуктор, изменяя его возбуждение. Он используется для регулирования напряжения путем управления реактивной мощностью в длинной линии электропередачи.

Очень низкоскоростные приложения: Синхронный двигатель с очень низкой частотой может использоваться для очень низкоскоростных приложений с высоким КПД.

Позиционирование: Благодаря постоянной скорости они используются для точного позиционирования в робототехнике, как и серводвигатели.

Общие области применения: Синхронные двигатели широко используются там, где требуется постоянная скорость. Кроме того, такие двигатели используются в дробилках, пульподробилках, камнедробилках, шаровых мельницах, сталелитейных заводах, металлопрокатных заводах, цементных заводах, резиновых и текстильных заводах, центробежных насосах, воздушных компрессорах, вентиляторах, воздуходувках, линейных валах, токарных станках. столы, таймеры, часы, соковыжималки, магнитофоны и проигрыватели, смесители, сигнализаторы, фонографы, указатели, регулирующие и управляющие устройства.

Related Posts:

• Пускатель двигателя – типы пускателей и методы пуска двигателя
• Пускатель прямого действия — схема подключения пускателя DOL для двигателей
• Расчет размера кабеля для двигателей LT и HT
• Управление скоростью двигателя постоянного тока – методы управления напряжением, реостатным потоком и потоком
• Машина постоянного тока – конструкция, работа, типы и применение
Серводвигатель
• – типы, конструкция, работа, управление и применение
• Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) – конструкция, принцип работы и применение
Шаговый двигатель
• — типы, конструкция, работа и применение
• Асинхронный двигатель и линейные асинхронные двигатели Формулы и уравнения
• Что такое мотор-генератор и как он работает?
• Как запустить трехфазный асинхронный двигатель от однофазного источника питания?
• Символы электродвигателей

Синхронные двигатели: проектор / магнитофон

Домашняя страница Двигатели Синхронные двигатели: проектор / магнитофон

 

Другие изображения

Щелкните здесь для просмотра файла в формате PDF Синхронный переменный ток с постоянным магнитом. 115 В переменного тока, 300 об/мин, 60 Гц, 14,5 Вт. крутящий момент 20 унций/дюйм. Шарикоподшипники. Серия 73мм. Вал 1/4″ x 9/16″ «D». 2-7/8″Д x 1,84″Д (73мм x 46мм). Уши c-c-mount 2-1/4″ на четырех углах. Модель RA-ET. Колпачок 1,3 мкФ в комплекте. 30 шт./упаковка.

39 долл. США за штуку — 35 долл. США (6+), 31,60 долл. США (30+)

Другие изображения

Щелкните здесь, чтобы просмотреть файл в формате PDF

(MOT) SP3950

Реверсивный двигатель с прямым приводом Hurst . Синхронный переменный ток с постоянным магнитом. 115 В переменного тока, 300 об/мин, 60 Гц, 9 Вт. крутящий момент 10,2 унции/дюйм. Шарикоподшипники. Серия 59мм. Круглый вал 1/4″ x 2″. 2,62″ c-c- монтажные отверстия на алмазной пластине. Стиль ZP, модель SC. 0,85 мкФ, 250 В переменного тока с крышкой. 30 шт./упаковка.0003

Щелкните здесь для просмотра файла в формате PDF

(MOT) SP3951

Реверсивный двигатель Hurst с прямым приводом. Синхронный переменный ток с постоянным магнитом. 115 В переменного тока, 300 об/мин, 60 Гц, 9 Вт. крутящий момент 10,2 унции/дюйм. Шарикоподшипники. Серия 59мм. Вал 1/4″ x 3/4″ «D». 2,62″ c-c- монтажные отверстия на алмазной пластине. Стиль ZP, модель SC. 0,85 мкФ, 250 В переменного тока с крышкой. 30 шт./кор.

(ТО) 34101-61-200-01

Мотроникс Гистерезис синхронного двигателя. 1800 об/мин. 115 В, 60 Гц, 0,007 л.с. Корпус диаметром 3-5/16 дюйма и длиной 4-1/8 дюйма. Ступенчатый вал — диаметр 0,21 дюйма, 0,275 дюйма, 0,479 дюйма. Общая длина 2,125 дюйма. Харрис P/N: 436-0117-000.

*** ПРОДАНО ***

Увеличить изображение	Увеличить изображение

(ТО) 43H-92

Beau Motor Div . синхронный лентопротяжный двигатель. 117 В переменного тока, 60 Гц, 40 Вт, 1 фаза. 3 скорости (450 — 1800 об/мин) реверсивные. Требуется конденсатор 2,5 мкФ. Корпус диаметром 4 дюйма x вал 5/16 дюйма x 1 дюйм. Harris P/N: 436-0126-000.

$275 шт.

Увеличить изображение

(ТО) 43H-87

Beau Синхронный двигатель с гистерезисом. 450 об/мин. 117 В переменного тока, 60 Гц, 28 Вт. Корпус диаметром 3-7/8 дюйма и длиной 2-1/4 дюйма. Вал имеет диаметр 0,332 дюйма и длину 1,25 дюйма.

350 долларов за штуку

Увеличить изображение

(ТО) 31761R

Моторы проигрывателя Synchron от некогда известного проигрывателя Weathers. Синхронный двигатель достигает его предопределенные обороты и остается там. В данном случае 600 об/мин. Вал вращается по часовой стрелке, если смотреть на конец вала. Совершенно новый избыток от Compass Technical, последнего производителя продуктов Weathers с 19 века.60-е годы.

• об/мин : 600
• Мощность : 110 В переменного тока, 60 Гц, 5 Вт
• Вал : длина 0,062″ x 15/16″
• Корпус : латунь
• Крепление : 4 выступа, по 2 с каждой стороны на расстоянии 2 дюймов от центра к центру

$19 за штуку

Увеличить изображение    | Вид сзади

(MOT) K35R

Synchron Синхронный двигатель модели 630. 10 об/мин, 110 В при 60 Гц. Корпус размером 1,48 «Д x 0,83» В. 0,120 «D x 1,14» L «D» вал. 1,53 «х 0,29»

Увеличить изображение

(MOT) S0097080

Bodine проектов, не последним из которых является замена двигателей театральных проекторов.Они достигают и фиксируются при 1200 об/мин!При работе в обратном направлении или когда вал приводится в движение ветряным винтом, как только достигается 1200 об/мин, выходное напряжение и частота постоянна, независимо от небольших изменений скорости. Большинство генераторов имеют трансмиссию для преобразования вращения винтов в соответствии с требованиями генератора. Корпус диаметром 5,5 дюйма и длиной 7,5 дюйма.

Тип 48Y6BFYP, 1200 об/мин, 1/5 л.с., 230 В переменного тока, 3 фазы, 60 Гц, 2,3 А. Вал имеет диаметр 5/8 дюйма и длину 2-1/2 дюйма. Отлично подходит для ветрогенераторов!

$125 за штуку — $107 (3+)

(MOT) S1210097

Двигатель проектора Bodine идентичен налево но 208в, 3 фазы. 1200 об/мин, 2,3 ампер. Вал имеет диаметр 5/8 дюйма и длину 2-1/2 дюйма. Отлично подходит для ветрогенераторов!

100 долл. США за штуку — 89 долл. США (3+)

(MOT) 48Y8BFYP

Двигатель проектора Bodine физически идентичен левому, но 1000 об/мин, непрерывный режим, 380 В, 1,3 А, 50 Гц, 1/5 л.с., 3 фазы. Вал плоский, диаметр 5/8 дюйма. Отлично подходит для ветрогенераторов!

125 долларов за штуку — $107 (3+)

(MOT) 707884

Сельсин, или синхронизатор, представляет собой двигатель, который, когда он соединен проводами друг с другом и вал вращается, другой вал вращается синхронно, поддержание постоянного углового положения относительно первого вала. Упаковано в вакуумные банки с 1954 года! 90/55 В переменного тока, 60 Гц. Синхронный для «Управления вооружений ВМС США», может торпеда или радар? Производитель Magnovox. Банка с маркировкой «Type 1 HCT Mark II Mod 5». Резьбовой вал 3/16″ с гайкой можно установить на что угодно. Диаметр 2-1/8″, корпус длиной 3-3/8″. Вес 1,25 фунта каждый. Мы были очень рады найти их. Осталось всего около 60 штук.

79 долларов за штуку — 69 долл. США (3+)

(MOT) 7HG

Синхронный преобразователь 115/90 В переменного тока, 3 А, 22 Вт, 60 Гц. МК. 9 MOD 1 Type 7HG, диаметр 5-7/8 дюйма, длина 9 дюймов, 18 фунтов. Конический вал с резьбовым концом 1/4 дюйма.

Двигатели б/у/демонтированы. Государственная цена 1570 долларов за штуку.

Продается как есть, без испытаний.

150 долларов за штуку MOT) D60KBU-1FZ

Ashland Гистерезисный синхронный двигатель. 1500 об/мин, 230 В переменного тока, 50 Гц, 1 фаза, 1/100 л.