Устройство и принцип действия синхронного двигателя: УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

Содержание

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

Синхронные машины, как и другие электрические машины, обратимы, т. е. они могут работать как в генераторном, так и двигательном режиме. Для того чтобы синхронная машина работала двигателем, трехфазную обмотку статора подключают к трехфазной системе напряжения. Протекающие по обмоткам статора токи создают вращающиеся поле статора, которое сцепляется с постоянным магнитным потоком ротора и заставляют вращаться ротор в направлении своего вращения, об/мин

 

. (18.1)

 

Система возбуждения магнитного поля ротора синхронных двигателей принципиально не отличается от системы возбуждения генераторов. И хотя синхронные машины обратимы, электротехническая промышленность выпускает синхронные машины, предназначенные для работы только в генераторном или только в двигательном режиме, так как особенности работы машины в том или ином случае предъявляют различные требования к конструкции машины.

Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть.

U-образные характеристики синхронных двигателей имеют такой же вид, что и для генераторов.

И при перевозбуждении синхронный двигатель по отношению к сети является емкостью (рис. 18.1).

 

Рис. 18.1. U-образные характеристики синхронного двигателя

 

В результате улучшается коэффициент мощности сети, уменьшаются падение напряжения в ней и потери мощности.

Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален U, а асинхронного двигателя – U2. Поэтому при понижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую перегрузочную способность.

Вследствие большей величины воздушного зазора добавочные потери в стали и в клетке ротора синхронных двигателей меньше, чем у асинхронных благодаря чему кпд синхронных двигателей обычно выше.

К тому же синхронные двигатели имеют абсолютно жесткие механические характеристики, т. е. постоянство частоты вращения при изменении нагрузки на валу.

Одним из недостатков синхронных двигателей являются плохие пусковые свойства. Пуск синхронного двигателя нормального исполнения непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно.

В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникают. Для пуска синхронного двигателя применяют специальные способы, назначение которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте вращения, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

 

Пуск синхронных двигателей может быть:

– при помощи разгонного двигателя;

– частотным;

– асинхронным.

При пуске синхронного двигателя с помощью разгонного двигателя может использоваться асинхронный, имеющий большую, чем синхронную частоту вращения, или двигатель постоянного тока, если есть источник постоянного тока. Пуск с помощью разгонного двигателя применяется редко, так как разгонный двигатель используется только при пуске.

При частотном пуске обмотка статора синхронного двигателя подключается к преобразователю частоты. Синхронный двигатель с частотным пуском входит в синхронизм при малых частотах. Частотный пуск удобно использовать, если преобразователь частоты можно применять для пуска нескольких двигателей.

Наиболее распространенным является асинхронный пуск. Этот способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пусковой короткозамкнутой обмотки (клетки). Схема включения двигателя при этом способе приведена на рис. 18.2.

Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки эдс, которые создают токи I

2. Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает вращение ротора. После разгона ротора до частоты вращения близкой к синхронной ( ) обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент втягивает ротор двигателя в синхронизм.

В процессе асинхронного пуска магнитный поток статора наводит в обмотке возбуждения ротора эдс, особенно значительной величины в начальный период пуска, так как скорость пересечения полем статора обмотки ротора в этот период наибольшая. Из-за большого числа витков обмотки возбуждения эта эдс достигает значений, опасных как для целости изоляции самой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для исключения этого обмотку возбуждения на период разгона замыкают на активное сопротивления r переключателем П (рис. 18.2).

Конструкция синхронных двигателей сложнее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей. Кроме того, синхронные двигатели должны иметь возбудитель или иное устройство для питания обмотки возбуждения постоянным током. Вследствие этого синхронные двигатели дороже асинхронных короткозамкнутых двигателей.

7. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СТАТОРА 3000 об\мин.

8. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СТАТОРА 1500 об\мин.

Принцип получения вращающегося
магнитного поля

Действие асинхронной машины основано на возможности возбуждения в ее воздушном зазоре вращающегося магнитного поля. Для возбуждения такого поля необходимо создать пространственный сдвиг токов в катушках.

Принцип получения вращающегося магнитного поля можно рассмотреть на простейшем трехфазном двигателе (рис. 1.1). Он состоит из стального кольцевого сердечника с шестью пазами и трех катушек, оси катушек находятся под углом 120° в пространстве. Каждая катушка условно изображена в виде одного витка, уложенного в два диаметрально противоположных паза; начала и концы катушек обозначены соответственно A, B, C и X, Y, Z.

Если на катушки подать трехфазную симметричную систему напряжений, то в них возникнут токи одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых относительно друг друга совершаются с запаздыванием на 1/3 периода Т. Графики изменения токов iA, iB, iC в катушках A-X, B-Y, C-Z представлены на рис. 1.2.

Условимся считать ток в любой катушке положительным, когда он направлен от начала катушки к её концу, и отрицательным, если направление обратное. Построим картину результирующего поля для момента времени t1 (рис. 1.2). Ток в фазе А (катушка A–X) положителен и максимален. Направление тока iA в сторонах катушки при условном разрезе статора обозначено в сечении витка крестиком (движение тока от нас) и точкой (движение тока к нам) (рис. 1.3, а).

 

Рис. 1.1. Расположение трехкатушечной обмотки в пазах статора Рис. 1.2. График трехфазной системы токов

 

 

Рис. 1.3. Картина магнитного поля при максимальном положительном токе:
а – катушке А–Х; б – катушке В–Y; в – катушке С–z

 

Из графиков токов (рис. 1.2) следует, что в рассматриваемый момент времени t1 токи во второй катушке (B–Y) и в третьей (C–Z) отрицательны,
т. е. направлены от концов катушек к их началам. Зная направления токов в сторонах катушек, можно построить приближенную картину результирующего поля, руководствуясь правилом правоходового винта. В рассматриваемый момент времени правая половина внутренней поверхности цилиндрического сердечника представляет собой северный полюс N, а левая – южный полюс S. При этом ось вращающегося магнитного поля располагается по оси той катушки, в которой ток максимален.

Для момента времени t2 ток во второй катушке (B–Y) будет положительным и максимальным, а токи в первой катушке (A–X) и третьей
(C–Z) – отрицательными. Аналогично рассуждая, можно построить картину результирующего поля, показанную на рис. 1.3, б. Из неё видно, что ось магнитного поля занимает новое положение в пространстве, совпадая с осью катушки B–Y.

Также строится картина результирующего поля для момента времени t3, когда ток в третьей катушке положителен и максимален (рис. 1.3, в).

Если изменить порядок чередования токов в катушках обмотки статора на обратный (поменять два вывода катушек их подсоединением к сети), то результирующее магнитное поле изменит своё направление вращения.

Из рассмотренных картин поля, изображенных на рис. 1.3, следует, что в этом двигателе образуется поле с одной парой полюсов (р = 1).
В этом случае ось поля за время периода Т совершает один оборот. При частоте 50 Гц за одну секунду будет совершенно 50 оборотов, а за одну минуту 3000 оборотов.

Принцип получения вращающегося магнитного поля с частотой вращения 1500 оборотов в минуту

Если уложить три катушки не по всей длине поверхности внутри кольцевого сердечника, а только на половине окружности, а во второй половине расположить еще три катушки (рис. 1.4) и эти катушки электрически включить, например, как показано на рис. 1.5, то получим четырехполюсное магнитное поле, картина которого показана для момента времени t1 (см. рис. 1.2).Теперь за один период изменения тока трехфазной системы магнитное поле переместится только на пол-оборота (180°).

 

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

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.

устройство, принцип работы, режимы работы, пуск

Все турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы, синхронные компенсаторы и двигатели, изготавливаемые в настоящее время, оснащаются современными полупроводниковыми системами возбуждения – рис.5.2 – 5.7. В этих системах используется принцип выпрямления трехфазного переменного тока повышенной или промышленной частоты возбудителей или напряжения возбуждаемой машины.
Электромашинные системы возбуждения (рис.5.1), выпускавшиеся заводами более 30 лет назад и находящиеся до сих пор в эксплуатации, могут быть заменены на современные полупроводниковые статические системы с любым набором заданных функций.

Системы возбуждения обеспечивают следующие режимы работы синхронных машин:

  1. начальное возбуждение;
  2. холостой ход;
  3. включение в сеть методом точной синхронизации или самосинхронизации;
  4. работу в энергосистеме с допустимыми нагрузками и перегрузками;
  5. форсировку возбуждения по напряжению и по току с заданной кратностью;
  6. разгрузку по реактивной мощности и развозбуждение при нарушениях в энергосистемах;
  7. гашение поля генератора в аварийных режимах и при нормальной остановке;
  8. электрическое торможение агрегата.

Рис.5.1. Система независимого возбуждения с возбудителем постоянного тока. КК – контактные кольца, Rсс и КСС – сопротивление и контактор самосинхронизации, РВ – резервный возбудитель, АГП – автомат гашения поля, АГПВ – автомат гашения поля возбудителя, Rр – регулировочный реостат, Rд и Rгасв – резисторы добавочный и гасительный в цепи ОВВ, ДОВВ – добавочная обмотка возбуждения возбудителя.

Для оснащения турбо- и гидрогенераторов выпускается три типа систем возбуждения: • системы тиристорные независимые (СТН) – рис.5.2; • системы тиристорные самовозбуждения (СТС) – рис.5.3; • системы бесщеточные диодные (СБД) – рис.5.4

Устройство

Конструктивно синхронный электродвигатель состоит из неподвижного элемента, подвижной части, обмоток различного назначения, может комплектоваться коллекторным узлом. Далее рассмотрим каждую составляющую синхронного агрегата более детально на рабочем примере (рисунок 1).


Рис. 1. Устройство синхронного электродвигателя

  • Статор или якорь – выполняется из электротехнической стали монолитным или наборным из шихтованного железа. Предназначен для размещения рабочей обмотки, проводит силовые линии электромагнитного поля, формируемого протекающими токами.
  • Обмотка на статоре – изготавливается из медных проводников, в зависимости от типа статора синхронного электродвигателя может выполняться различными методами, способами намотки и расположения проводников. Применяется для подачи напряжения питания и формирования рабочего магнитного потока.
  • Ротор с обмоткой возбуждения – предназначен для взаимодействия с магнитным полем статора. В результате подачи напряжения на обмотку возбуждения в роторе электродвигателя создается собственное магнитное поле, задающее состояние вращающегося элемента.
  • Вал – используется для передачи вращательного усилия от электродвигателя к подключаемой к нему нагрузке. В большинстве случаев это основание, на котором крепиться шихтовка или полюса ротора, подшипники, кольца, пластины и другие вспомогательные элементы.
  • Контактные кольца – применяются для подачи питания на обмотки ротора, но устанавливаются не во всех моделях синхронных агрегатов. Питание производиться через специальный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
  • Корпус – предназначен для защиты от воздействия внешних факторов, обеспечивает синхронному двигателю достаточную прочность и герметичность, в зависимости от условий его эксплуатации.

Принцип работы

В основе работы синхронного электродвигателя лежит взаимодействие магнитного потока, генерируемого рабочими обмотками с постоянным магнитным потоком. Наиболее распространенной моделью синхронной электрической машины является вариант с рабочей обмоткой на статоре и обмоткой возбуждения на роторе.


Рис. 2. Принцип действия синхронного электродвигателя

Как видите на рисунке 2 выше, в обмотку статора подается трехфазное напряжение из сети, которое формирует переменное магнитное поле. На обмотки ротора электродвигателя подано постоянное напряжение, которое индуцирует такой же постоянный магнитный поток у полюсов. Для наглядности рассмотрим процесс на упрощенной модели синхронного агрегата (рисунок 3).


Рис. 3. Принцип формирования потоков в синхронной электрической машине

При подаче питания на фазные витки статора электродвигателя первый пик амплитуды тока и ЭДС взаимоиндукции приходиться на фазу A, затем B и фазу C.

На графике показана периодичность чередования кривых в зависимости от времени:

  • в точке 1 максимальная ЭДС EA формирует максимальный поток, а электродвижущие силы фаз EB и EC равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу.
  • в точке 2 пика достигает ЭДС EB, а электродвижущие силы фаз EA и EC становятся равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу, в результате чего магнитное поле совершает вращательное движение.
  • в точке 3 максимум приходиться на ЭДС EC, а электродвижущие силы фаз EB и EA вместе дополняют результирующую силу и снова смещают вектор поля по часовой стрелке.

Оборот поля статора происходит в течении периода, а за счет того, что ротор обладает собственным электромагнитным усилием постоянным во времени, то он синхронно следует за движением переменного магнитного поля, вращаясь вокруг заданной оси. В результате такого вращения происходит синхронное движение ротора вслед за сменой амплитуды ЭДС в витках рабочих обмоток, за счет этого явления электродвигатель и получил название синхронного. Наличие отдельного питания отразилось и на схематическом обозначении таких электрических машин (рисунок 4) в соответствии с ГОСТ 2.722-68.


Рис. 4. Схематическое обозначение синхронного электродвигателя

Отличие от асинхронного двигателя

Основным отличием синхронного электродвигателя от асинхронного заключается в принципе преобразования электрической энергии в механическое вращение. У синхронного электродвигателя процесс вращения ротора идентичен вращению рабочего электромагнитного поля, вырабатываемого трехфазной сетью. А вот у асинхронного рабочее поле самостоятельно наводит ЭДС в роторе, которая уже затем вырабатывает собственный поток взаимоиндукции и приводит вал во вращение. В результате чего асинхронные электрические машины получают разность во вращении рабочего поля и нагрузки на валу, что выражается физической величиной – скольжением.

В работе классические модели асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:

  • плохо переносят перегрузки;
  • имеют сложности пуска со значительным усилием;
  • меняют скорость вращения, в зависимости от нагруженности рабочего органа.

В некоторой степени эти недостатки преодолевает асинхронный двигатель с фазным ротором, но в полной мере избавиться от недостатков получается лишь синхронному агрегату.


Рис. 5. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Устройство электродвигателя

Синхронный мотор имеет две основные части — статор и ротор. Неподвижная часть называется статором, а подвижный элемент ротором.


Однофазный двигатель с короткозамкнутым ротором, расположенным в статоре или снаружи в двигателях обращенного вида. В основе ротора — постоянные магниты. Материал магнитов имеет высокую коэрцитивную силу. Полюсы ротора могут быть явно и неявно выраженными. Синхронный двигатель с короткозамкнутым ротором бывает с магнитами на поверхности или с уже встроенными.

Статор представлен корпусом и сердечником, состоящим из двухфазных и трехфазных обмоток. Обмотка бывает распределенная и сосредоточенная. У распределенной насчитываются пазы полюса и фазы Q= 2,3.

У сосредоточенной обмотки пазы полюса и фазы Q=1. Пазы размещены на одинаковом расстоянии на окружности неподвижной части двигателя. Катушки статора соединяются последовательно или параллельно. Такие обмотки не могут влиять на форму кривой ЭДС. Электродвижущая сила имеет трапецеидальную и синусоидальную форму. У явно выраженного полюса форма ротора и наводимая электродвижущая сила проводника является трапециевидной формы (а). При необходимости создания синусоидальной ЭДС, полюсные наконечники приобретают другую форму, где величина кривой распределения индукции близкая синусоидальной. Осуществление возможно благодаря наличию скосов на наконечнике полюса ротора.

Ротор синхронного двигателя переменного тока: а — явно выраженный полюс, 6 — неявно выраженный полюс.

Неявно выраженные полюса обладают равной индуктивностью продольных и поперечных осей, а явно выраженные полюса имеют одинаковую величину поперечной и продольной индуктивности (б).

Разновидности

В современной промышленности и бытовых приборах синхронные электродвигатели используются для решения самых разнообразных задач. Как результат, существенно разнятся и их конструктивные особенности. На практике выделяют несколько критериев, по которым разделяются виды синхронных агрегатов. В соответствии с ГОСТ 16264.2-85 могут подразделяться по таким техническим характеристикам:

  • питающему напряжению;
  • частоте рабочего напряжения;
  • количеству оборотов.

В зависимости от способа получения поля ротора выделяют такие типы синхронных электродвигателей:

  • С обмоткой возбуждения на роторе – синхронизирующее усилие создается за счет подачи питания от преобразователя.
  • С магнитным ротором – на валу устанавливается постоянный магнит, выполняющий те же функции, что и обмотка возбуждении, но без необходимости подпитки (см. рисунок 6).


Рис. 6. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами
С реактивным ротором — конструкция выполнена таким образом, что в его сердечнике происходит преломление магнитных линий, приводящее всю конструкцию в движение (см. рисунок 7). Под воздействием силового поля поперечные и продольные составляющие в роторе не равны за счет чего пластины поворачиваются вслед за полем.


Рис. 7. Пример реактивного ротора

В зависимости от наличия полюсов все синхронные электродвигатели можно подразделить на:

  • явнополюсные – в конструкции четко видны обособленные полюса с обмотками, применяются для малых скоростей;
  • неявнополюсные – полюс не выделяется, такие модели устанавливают для высоких скоростей;

В зависимости от расположения рабочих обмоток различают прямые (на статоре) и обращенные (рабочие обмотки на роторе).

Автоматы гашения поля (АГП)

Автоматы гашения поля предназначены для коммутации цепей обмоток возбуждения турбо- и гидрогенераторов, имеющих контактные кольца на роторе, а также для гашения поля этих машин.

Оптимальные условия для интенсивного снижения тока ротора до нулевого значения обеспечиваются при разряде обмотки возбуждения на нелинейный резистор, сопротивление которого изменяется обратно пропорционально величине тока.

Благодаря специальной конструкции кольцевой дугогасительной решетки автомата гашения поля, горящая в ней дуга обладает вольтамперной характеристикой нелинейного резистора, обеспечивающей минимальное время гашения поля и безопасный уровень напряжения на кольцах ротора. Основные характеристики АГП производства АО «Электросила” представлены в табл.5.2.

Режимы работы

Большинство электрических машин обладают обратимой функцией, не составляют исключения и синхронные агрегаты. Их также можно использовать в качестве электрического привода или в качестве генератора, вырабатывающего электроэнергию. Оба режима отличаются способом воздействия на электрическую машину – подачу напряжения на рабочие обмотки или приведение в движение ротора за счет механического усилия.

Генераторный режим

Для производства электроэнергии в сеть используются именно синхронные генераторы. В большинстве случаев для этой цели используются электрические машины с фазными обмотками на статоре, что существенно упрощает процесс съема мощности и дальнейшей передачи ее в сеть. Физически генерация происходит при воздействии электромагнитного поля обмотки возбуждения синхронного генератора с обмотками статора. Силовые линии поочередно пересекают фазные витки и наводят в них ЭДС взаимоиндукции, в результате чего на клеммных выводах возникает напряжение.

Частота получаемого напряжения напрямую зависит от скорости вращения вала и вычисляется по формуле:

f = (n*p)/60 ,

где n – скорость вращения вала, измеряемая в оборотах за минуту, p – количество пар полюсов.

Синхронный компенсатор

В виду физических особенностей синхронного электродвигателя при холостом ходе аппарата он потребляет из сети реактивную мощность, что позволяет существенно улучшить cosφ системы, практически приближая его к 1.На практике режим синхронного компенсатора используется как для улучшения коэффициента мощности, так и для стабилизации параметров напряжения сети.

Двигательный режим

В синхронной машине двигательный режим осуществляется при подаче рабочего трехфазного напряжения на обмотки якоря. После чего электромагнитное поле якоря начинает толкать магнитное поле ротора, и вал приходит во вращение. Однако на практике двигательный режим осуществляется не так просто, так как мощные агрегаты не могут самостоятельно набрать необходимый ресурс скорости. Поэтому во время запуска используют специальные методы и схемы подключения.

Возбуждение синхронных машин

Возбуждение синхронных машин может производиться за счет электромагнитного воздействия или же постоянного магнита. В случае с электромагнитным возбуждением применяется специальный генератор постоянного тока, который и питает обмотку, в связи со своей основной функцией данное устройство получило название возбудитель. Стоит отметить, что система возбуждения также делится на два вида по способу воздействия — прямой и косвенный. Прямой метод возбуждения подразумевает, что вал синхронной машины напрямую соединен механическим способом с ротором возбудителя. Косвенный же метод предполагает, что для того чтобы заставить ротор вращаться используется другой двигатель, например асинхронная электромашина.

Наибольшее распространение сегодня получил именно прямой метод возбуждения. Однако в тех случаях, когда предполагается работа системы возбуждения с мощными синхронными электромашинами применяют генераторы независимого возбуждения, на обмотку которых ток подается с другого источника постоянного тока, называемого подвозбудителем. Несмотря на всю громоздкость, данная система позволяет добиться большей стабильности в работе, а также более тонкой настройки характеристик.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного электродвигателя требуется дополнительное поле, независимое от воздействия сети. В то же время, на стартовом этапе запуск представляет собой асинхронный процесс, пока агрегат не достигнет синхронной скорости.


Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

При подаче напряжения на якорь возникает ток в его обмотках и генерация ЭДС в железе ротора, который обеспечивает асинхронное движение до того момента, пока не начнется питание обмоток возбуждения.

Еще одним распространенным вариантом пуска является использование дополнительных генераторов, которые могут располагаться на валу или устанавливаться отдельно. Такой метод обеспечивает дополнительное стартовое усилие за счет стороннего крутящего момента.


Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видите на рисунке 9, начальное вращение мотора М осуществляется за счет генератора G, который призван вывести устройство на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически при установке рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения в обмотку возбуждения.

Помимо этого на практике используется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рисунке 10 приведен способ тиристорного преобразователя и с установкой вращающихся выпрямителей.


Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае запуск синхронного электродвигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD осуществляется открытие тиристоров VS. В цепь обмотки возбуждения вводится резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона электродвигателя ЭДС скольжения пропорционально снизится и произойдет запирание стабилитронов VD, цепочка заблокируется, и обмотка возбуждения получит питание постоянным напряжением через UD.

Системы бесщеточные диодные (СБД)

Системы бесщеточные диодные (СБД) предназначены для питания обмотки возбуждения турбогенераторов выпрямленным регулируемым током – рис.5.4а,б. Бесщеточный возбудитель представляет собой синхронный генератор обращенного исполнения, якорь которого с обмоткой переменного тока и диодным выпрямителем жестко соединен с ротором возбужденного турбогенератора. Обмотка возбуждения возбудителя расположена на его статоре.

Главное достоинство бесщеточных возбудителей состоит в отсутствии контактных колец и щеточного контакта в цепи обмотки ротора турбогенератора и в сокращении длины машины.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Это позволяет обеспечить возбуждение сверхмощных машин, токи возбуждения которых превышают 5500А, свойственных системе СТН – рис.5.2. Выпрямленное номинальное напряжение составляет до 600В, а выпрямленный номинальный ток до 7800А. Система охлаждения вращающегося диодного выпрямителя – естественная воздушная.

Регулирование возбуждения генератора осуществляется путем управления током обмотки возбуждения обращенного возбудителя. Типовой комплект системы включает в себя автомат гашения поля, тиристорный разрядник и два преобразовательно-регулирующих канала (AVR-1, AVR-2) автоматических регуляторов возбуждения основного и резервного каналов соответственно. Один из каналов (AVR-1) находится в активном режиме, другой (AVR-2) – в горячем резерве. В частном случае основной канал регулирования получает питание от выпрямительного трансформатора, подключенного к генераторному токопроводу, а резервный – через выпрямительный трансформатор от шин собственных нужд электростанции.

Рис.5.5. Система бесщеточная диодная (СБД) с тиристорным возбуждением (ТВ-1, ТВ-2) обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ). СГ – синхронный генератор; ОВГ – обмотка возбуждения генератора; ДСВ – диодный синхронный возбудитель; ДВ – вращающийся диодный выпрямитель; В – обращенный синхронный возбудитель и его обмотка возбуждения ОВВ; ТВ-1, ТВ-2 – тиристорные выпрямители первого и второго канала для питания ОВВ; ВТ-1, ВТ-2 – выпрямительные трансформаторы первого и второго каналов; АРВ-1, АРВ-2 – автоматические регуляторы возбуждения первого и второго каналов; Р1, Р2, Р3, Р4 – разъединители; ТТ1, ТТ2, ТН1, ТН2 – измерительные трансформаторы тока и напряжения первого и второго каналов; ТА11, ТА12 – датчики тока возбуждения возбудителя; АГП – автомат гашения поля; ТР – тиристорный разрядник.

Рис.5.6. Система бесщеточная диодная (СБД) возбуждения дизель-генератора. СГ – синхронный дизель-генератор; ОВГ – обмотка возбуждения; ДВ – диодный выпрямитель; Т – тиристор; АРВ – автоматический регулятор возбуждения; ИТТ, ИТН – измерительные трансформаторы тока и напряжения; ТСТ с МШ – трехобмоточный суммирующий трансформатор с магнитным шунтом.

Бесщеточная диодная система возбуждения (СБД) обладает меньшим быстродействием по сравнению с тиристорными системами (СТС и СТН). Так, время нарастания напряжения возбуждения до максимального значения при уменьшении напряжения прямой последовательности в точке регулирования на 5% от номинального составляет величину не более 50мс, тогда как в тиристорных системах – не более 25 мс.

В схеме на рис.5.4а питание обмотки возбуждения диодного возбудителя осуществляется от магнитоэлектрического подвозбудителя с постоянными магнитами, а в схеме на рис.5.4б – от выпрямительного трансформатора, подключенного у генераторному токопроводу возбужденной машины. В обоих случаях для питания обмотки возбуждения (ОВВ) обращенного возбудителя (В) используется тиристорный выпрямитель, управляемый системой АРВ.

Рис.5.7. Система бесщеточная диодная (СБД) возбуждения дизель-генератора. СГ – синхронный генератор; ОВГ – обмотка возбуждения генератора; ДСВ – диодный синхронный возбудитель; ДВ – вращающийся диодный выпрямитель; В – обращенный синхронный возбудитель; ОВВ – обмотка возбуждения возбудителя; ПВ – магнитоэлектрический подвозбудитель с постоянными магнитами; АРВ – автоматический регулятор возбуждения; ТВ – тиристорный выпрямитель для питания ОВВ.

Как один из современных вариантов схемы рис.5.4б с выпрямительным трансформатором (ВТ) на рис.5.5 представлена бесщеточная диодная система (СБД) с тиристорным питанием по двум каналам (от сети СН через ВТ-2 и от токопровода генератора через ВТ-1) обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ).

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По видам генераторы подразделяются на турбинные, дизельные и гидравлические, в зависимости от способа приведения их во вращение.

Также их используют в качестве электродвигателей, которые могут переносить существенные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторах, компрессорах, силовых агрегатах и прочем оборудовании. Отдельная категория электродвигателей применяется в точном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Преимущества и недостатки

К преимуществам такого электродвигателя следует отнести:

  • высокий cosφ, приближающийся по величине к 1, что в значительной мере превосходит асинхронные электродвигатели;
  • более высокая механическая прочность за счет особенностей конструкции электродвигателя;
  • зависимость момента вращения от напряжения линейная, а не квадратичная, поэтому колебания электродвигателя пропорционально снижаются;
  • на валу электродвигателя присутствует постоянная скорость, не зависящая от прикладываемой нагрузки;
  • может применяться для уменьшения реактивной составляющей в сети.

Среди недостатков синхронных электродвигателей выделяют:

  • сложную конструкцию;
  • более сложный пуск;
  • необходимость использования вспомогательных устройств и блоков;
  • такие электродвигатели сложнее регулировать по числу оборотов;
  • ремонт и обслуживание также обойдется дороже, чем асинхронные электродвигатели.

Синхронные электродвигатели | Электротехника и электрооборудование

Страница 11 из 39

По своему устройству синхронный двигатель аналогичен синхронному генератору, но он имеет дополнительную пусковую обмотку. Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии полюсов вращающегося магнитного поля, созданного обмоткой статора, обтекаемой трехфазным током, с магнитными полюсами ротора, обмотки которого питаются постоянным током. Скорость вращения синхронного двигателя постоянна независимо от нагрузки и равна скорости вращения магнитного поля; по этой причине двигатель получил название синхронного; вращение ротора у него совпадает (синхронно) с вращением магнитного поля статора. Механическая характеристика двигателя, т. е. скорость его вращения, зависящая от нагрузки, является абсолютно жесткой, при которой число оборотов постоянно.
Пуск двигателя в ход производится после предварительного его разгона по скорости, равной не менее 0,95 номинального числа оборотов, что осуществляется наличием специальной пусковой обмотки типа беличьего колеса, как у асинхронного двигателя. Такой способ пуска называется асинхронным. После разгона двигателя включается постоянный ток в обмотку ротора, полюса которого входят в синхронизм с, полюсами вращающегося магнитного поля. Некоторые типы синхронных двигателей пускают в ход с помощью других двигателей.
При холостом ходе оси полюсов ротора и вращающего поля статора двигателя совпадают. При увеличении нагрузки двигателя происходит сдвиг оси полюсов ротора относительно полюсов поля статора на угол φ и при некоторой максимальной нагрузке двигатель выпадает из синхронизма и останавливается в результате слабого взаимодействия между полюсами ротора и статора, обусловленного значительным расстоянием между ними. Максимальный (опрокидывающий) момент синхронного двигателя в 2,5-3 раза превышает номинальный его момент при нормальном токе возбуждения. Изменение угла между осями полюсов ротора и статора приводит к изменению угла сдвига фаз между напряжением и электродвижущей силой синхронного двигателя.
Преимущество синхронных двигателей заключается в возможности работать с высоким коэффициентом мощности cos φ.
Регулирование cos φ синхронного двигателя достигается изменением величины постоянного тока возбуждения машины, при определенной величине которого можно получить значение коэффициента мощности, равное единице.
В отличие от двигателей постоянного тока, у которых при изменении тока возбуждения изменяется скорость вращения, у синхронных двигателей скорость остается постоянной, не зависящей от тока возбуждения.   Однако при этом в больших пределах может изменяться ток статора синхронного двигателя при постоянной нагрузке на его валу и постоянной потребляемой мощности. При постоянной потребляемой мощности двигателя Р — ]/3/U cos φ и постоянной! приложенном напряжении U ток I будет зависеть от cos φ, т. е. при уменьшении cos φ ток будет увеличиваться. В то же время угол φ сдвига фаз между напряжением и током двигателя зависит от тока его возбуждения. 

Рис. 7.17. U-образная кривая зависимости рабочего тока синхронного двигателя от тока возбуждения

Влияние величины тока возбуждения на угол сдвига фаз и на величину тока двигателя при постоянной нагрузке на графике имеет вид U-образной кривой (рис. 7.17). Из графика видно, что при уменьшении тока возбуждения ниже номинальной величины ток в цепи статора возрастает (левая часть кривой), но при этом угол сдвига фаз положителен φ > 0, т. е. ток отстает от напряжения. При увеличении тока возбуждения свыше номинальной величины (правая часть кривой) рабочий ток / двигателя также увеличивается, но при этом угол сдвига фаз будет отрицательный!: φ < 0, т. е. ток опережает напряжение.
Таким образом, перевозбужденный синхронный двигатель работает подобно емкости, включенной в цепь данной установки, что имеет большое практическое значение для улучшения коэффициента мощности (cos φ) установки.
По указанным причинам за последние годы расширяется применение синхронных двигателей в промышленности и на строительстве, где они применяются для привода компрессорных и насосных установок, а также для привода камнедробилок и экскаваторов.

Синхронный генератор переменного тока: устройство, принцип работы, применение


Если в рассмотренных выше асинхронных машинах ротор имел частоту вращения, отличную от частоты вращения магнитного поля статора, то в синхронных эти частоты равны между собой. Синхронные машины могут работать как генераторами, так и двигателями. В зависимости от типа привода синхронные генераторы получили и свои названия. Турбогенератор

, например, — это генератор, приводимый в движение паровой турбиной, гидрогенератор вращает водяное колесо, а дизель — генератор механически связан с двигателем внутреннего сгорания. Синхронные двигатели широко применяют для привода мощных компрессоров, насосов, вентиляторов. Синхронные микродвигатели используют для привода лентопротяжных механизмов регистрирующих приборов, магнитофонов и т.д.

6.1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Статор синхронной машины по конструкции не отличается от статора асинхронного двигателя. В пазах статора размещается трехфазная, двухфазная или однофазная обмотки. Заметное отличие имеет ротор, который принципиально представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Это налагает особые требования на геометрическую форму ротора. Любой магнит имеет полюса, число которых может быть два и более. На рис. 6.1.1 приведены две конструкции генераторов, с тихоходным и быстроходным ротором.

Быстроходными бывают, как правило, турбогенераторы. Количество пар магнитных полюсов у них равно единице. Чтобы такой генератор вырабатывал электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц, его необходимо вращать с частотой

На гидроэлектростанциях вращение ротора зависит от движения водяного потока. Но и при медленном вращении такой генератор должен вырабатывать электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц. Поэтому для каждой гидроэлектростанции конструируется свой генератор, на определенное число магнитных полюсов на роторе. В качестве примера приведем параметры синхронного генератора, работающего на Днепровской ГЭС. Водяной поток вращает ротор генератора с частотой n = 33,3 об / мин. Задавшись частотой f = 50 Гц, определим число пар полюсов на роторе:

Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, кото-рое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. При подключении к генератору нагрузки генератор будет являться источником переменного тока.

Виды синхронных агрегатов

Существуют следующие виды синхронных генераторов:

  1. Гидро – в нем ротор имеет отличие за счет присутствия явно выраженных полюсов, применяется при производстве электроэнергии, осуществляет работу на малых оборотах.
  2. Турбо – имеет отличия неявнополюсным строением генератора, производится от турбин разного вида, скорость оборотов довольно высокая, достигает порядка 6000 оборотов в минуту.
  3. Компенсатор синхронный – данный агрегат поставляет реактивную мощность, применяется для повышения качества электроэнергии, чтобы стабилизировать напряжение.
  4. Асинхронный агрегат двойного питания – устройство генератора такого типа заключается в том, что в нем подключается как роторная, так и статорная обмотки от поставщика токов с различной частотой. Создается асинхронный график работы. Также он отличается устойчивостью графика работы и тем, что преобразовывает разные токи фаз и используется для решения задач с узкой специализацией.
  5. Двухполюсный ударный агрегат – работает в графике короткого замыкания, воздействует кратковременно, в миллисекундах. Также испытывает аппараты с высоким напряжением.

6.2. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Как было показано выше, величина наводимой в обмотке статора ЭДС количественно связана с числом витков обмотки и скорости изменения магнитного потока:

Переходя к действующим значениям, выражение ЭДС можно записать в виде:

где n — частота вращения ротора генератора, Ф — магнитный поток, c — постоянный коэффициент. При подключении нагрузки напряжение на зажимах генератора в разной степени меняется. Так, увеличение активной нагрузки не оказывает заметного влияния на напряжение. В то же время индуктивная и емкостная нагрузки влияют на выходное на-пряжение генератора. В первом случае рост нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, во втором происходит его подмагничивание и повышение напряжения. Такое явление называется реакцией якоря. Для обеспечения стабильности выходного напряжения генератора необходимо регулировать магнитный поток. При его ослаблении машину надо подмагнитить

, при увеличении —
размагнитить
. Делается это путем регулирования тока, подаваемого в обмотку возбуждения ротора генератора.

6.3. СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

6.3.1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Конструкция синхронного двигателя такая же, как и у синхронного генератора. При подаче тока в трехфазную обмотку статора в нем возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения его определяется формулой:

где f — частота тока питающей сети, р — число пар полюсов на статоре. Ротор, являющийся часто электромагнитом, будет строго следовать за вращаю-щимся магнитным полем, т.е. его частота вращения n2 = n1. Рассмотрим принцип действия синхронного двигателя на следующей условной модели (рис. 6.3.1.). Пусть магнитное поле статора будет смоделировано системой вращающихся магнитных полюсов N — S.

Ротор двигателя тоже представляет собой систему электромагнитов S — N, кото-рые «сцеплены» с полюсами на статоре. Если нагрузка на двигателе отсутствует, то оси полюсов статора будут совпадать с осями полюсов ротора ( = 0). Если же к ротору подключена механическая нагрузка, то оси полюсов статора и ротора могут расходиться на некоторый угол . Однако «магнитное сцепление» ротора со статором будет продолжаться, и частота вращения ротора будет равна синхронной частоте статора (n2 = n1). При больших значениях ротор может выйти из «сцепления» и двигатель остановится. Главное преимущество синхронного двигателя перед асинхронным — это обеспечение синхронной скорости вращения ротора при значительных колебаниях нагрузки.

6.3.2. СИСТЕМА ПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Как мы показали выше, синхронное вращение ротора обеспечивается «магнитным сцеплением» полюсов ротора с вращающимся магнитным полем статора. В первый момент пуска двигателя вращающееся магнитное поле статора возникает практически мгновенно. Ротор же, обладая значительной инерционной массой, прийти в синхронное вращение сразу не сможет. Его надо «разогнать» до подсинхронной скорости каким-то дополнительным устройством. Долгое время роль разгонного двигателя играл обычный асинхронный двигатель, механически соединенный с синхронным. Ротор синхронного двигателя приводится во вращение до подсинхронной скорости. Далее двигатель сам втягивается в синхронизм. Обычно мощность пускового двигателя составляет 5-15 % от мощности синхронного двигателя. Это позволяет пускать в ход синхронный двигатель только вхолостую или при малой нагрузке на валу. Применение пускового двигателя мощностью, достаточной для пуска синхронного двигателя под нагрузкой делает такую установку громоздкой и дорогой. В последнее время используется так называемая система асинхронного пуска

синхронных двигателей. С этой целью в полюсные наконечники забивают стержни, напоминающие собою короткозамкнутую обмотку асинхронного двигателя (рис. 6.3.2.1).

В начальный период пуска синхронный двигатель работает как асинхронный, а в последующем — как синхронный. В целях безопасности обмотку возбуждения в начальном периоде пуска закорачивают, а на заключительном подключают к источнику по-стоянного тока.

Устройство СГ

Статор СГ имеет почти такое же устройство и принцип функционирования, как и у асинхронного варианта. Его железные компоненты компилируются из стальных пластин (сталь применяется электротехнического назначения), которые отделаются друг от друга слоями изоляции. Обмотка переменного электротока располагается в его пазах. Провода обмоток отделяются друг от друга изолирующим слоем и закрепляются надежно, так как через них вводится нагрузка. Ротор может исполняться без выпирающих полюсов либо с ярко выраженными полюсами.

На заметку. Наибольшую популярность имеет трехфазный синхронный генератор, применяемый во многих областях жизнедеятельности человека и предприятий. Однофазные варианты обычно применяется в быту.

Синхронные генераторы с явно полюсным ротором производятся для тихоходных машин, к примеру, для установок с гидротурбинами. А СГ с не явно полюсными роторами подходят для механизмов переменного тока, вращающихся с высокой скоростью.

Синхронные генерирующие устройства могут работать в двух режимах: двигательном либо генерирующем переменный электроток. Здесь важно то, какой метод охлаждения применяется, так как генерация чего-либо всегда более требовательна. В основном, на вал монтируются крыльчатки, какие охлаждают ротор с двух сторон воздухом, проходящем через фильтрующий элемент. Потоки воздуха в такой системе охлаждения вращаются одни и те же. При работе СГ в усиленном режиме подобная система нежелательна.

Важно! Эффективнее при высоких нагрузках применять в качестве охлаждающего агента водород, какой более чем в 14 раз легче воздуха.

Обмотки рассматриваемого генератора отводятся концами на его распредкоробку. Трёхфазная машина имеет иное соединение обмотки – отвод совершается звездой или треугольником.

Преимущественно все синхронные генерирующие устройства поддерживают синусоидальное переменное электронапряжение. Этого можно достичь посредством изменения формы наконечников на полюсах и особым месторасположением витков в пазах не явно полюсного ротора.

6.4. РЕАКТИВНЫЙ СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

В лабораторной практике, в быту и в маломощных механизмах применяют так называемые реактивные синхронные двигатели

. От обычных классических машин они отличаются лишь конструкцией ротора. Ротор здесь не является магнитом или электромагнитом, хотя по форме напоминает собой полюсную систему. Принцип действия реактивного синхронного двигателя отличен от рассмотренного выше. Здесь работа двигателя основана, на свободной ориентации ротора таким образом, чтобы обеспечить магнитному потоку статора лучшую магнитную проводимость (рис. 6.4.1).

Действительно, если в какой-то момент времени максимальный магнитный поток будет в фазе А — X, то ротор займет положение вдоль потока ФА. Через 1/3 периода максимальным будет поток в фазе В — У. Тогда ротор развернется вдоль потока ФВ. Еще через 1/3 периода произойдет ориентация ротора вдоль потока. ФС. Так непрерывно и синхронно ротор будет вращаться с вращающимся магнитным полем статора. В школьной практике иногда, при отсутствии специальных синхронных двигателей, возникает необходимость в синхронной передаче. Эту проблему можно решить с помощью обычного асинхронного двигателя, если придать ротору следующую геометрическую форму (рис. 6.4.2).

Краткое описание

Каждый специалист знает, что синхронный трёхфазный генератор зарекомендовал себя как высококачественный, мощный агрегат, который отличается специфической структурой переменного тока, а это высоко ценится в различных отраслях. Вмонтированный крутящийся электромагнит способен создавать магнитный поток, перемещающийся через три фазы обмотки используемого статора. В результате можно добиться того, что в пазах будет происходить переменная ЭДС однотипной частоты. Стоит отметить, что любой сдвиг фаз осуществляется исключительно под определённым углом, который равен одной трети вращения магнитных полей.

6.5. ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Этот тип двигателя является машиной постоянного тока, хотя принцип действия его напоминает синхронный реактивный двигатель. Как видно из рис. 6.5.1, статор двигателя имеет шесть пар выступающих полюсов.

Каждые две катушки, расположенные на противоположных полюсах статора, образуют обмотку управления, включаемую, в сеть постоянного тока. Ротор — двухполюсный. Если подключить к источнику постоянного тока катушки полюсов 1 — 1′, то ротор расположится вдоль этих полюсов. Если задействовать катушки полюсов 2 — 2′, а ка-тушки полюсов 1 — 1′ обесточить, то ротор повернется и займет положение вдоль полю-сов 2 — 2′. Такой же поворот ротора произойдет, если включить в сеть катушки полюсов 3 — 3′. Так, шагами, ротор будет «следовать» за своей обмоткой управления. Преимуществом шаговых двигателей является то, что в них совершенно отсутствует «самоход». Они поворачиваются и строго фиксируются с шагом, пропорциональ-ным числу полюсов на статоре. Это качество делает его незаменимым в особо точных механизмах (для привода часов, механизмов подачи ядерного топлива в реакторах, в станках с ЧПУ и т.д.). Управление шаговыми двигателями ведется с применением различных электронных устройств (триггеров Шмидта и др.).

6.6. КОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Безколлекторные асинхронные и синхронные двигатели при многих положительных качествах имеют существенные недостатки. Они не допускают достаточно плавного и экономичного регулирования вращения. Этот пробел частично восполняют коллекторные двигатели переменного тока. Коллекторные двигатели бывают однофазными и трехфазными. Ротор однофазного коллекторного двигателя выполнен в виде цилиндра с фазными обмотками, статор — явнополюсный. Так как обмотка полюсов статора, подключаемая к сети переменного тока, создает пульсирующее магнитное поле, то все элементы магнитной цепи машины набираются из отдельных листов электротехнической стали. Вращающий момент в однофазном коллекторном двигателе создается взаимодействием токов в обмотке ротора с магнитным потоком полюсов. На рис. 6.6.1- показана схема подключения к сети коллекторного двигателя.

Коллекторные двигатели могут работать как от сети переменного тока, так и от сети постоянного тока. Это обстоятельство послужило для присвоения им наименования универсальных коллекторных двигателей. Коллекторные двигатели широко при-меняются для привода швейных машин, пылесоса и т.д.

Применение

У синхронных генераторов переменного тока есть одна важная особенность: они поддаются синхронизации с другими подобными электрическими машинами. При этом синхронные скорости и ЭДС параллельно включенных альтернаторов совпадают, а фазовый сдвиг равен нулю. Данное обстоятельство позволяет применять устройства в промышленной энергетике и подключать резервные генераторы при превышении номинальных мощностей в часы пиковых нагрузок.

Трёхфазные тяговые генераторы применяют на тепловозах. Переменные токи для питания двигателей выпрямляются полупроводниковыми устройствами. Сегодня в России уже выпускаются тепловозы на базе асинхронных электродвигателей, не требующих выпрямления тока. В режиме торможения они работают в качестве асинхронных генераторов.

Синхронные генераторы устанавливают на гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей. Развивая активную мощность при номинальных нагрузках, они позволяют экономить дорогое топливо.

Существует много других сфер применения. Например, мобильные мини-электростанции, бытовые генераторы тока, как однофазный двигатель и т. п.

Конструкция и принцип работы синхронного двигателя

Принцип работы синхронного двигателя:

Синхронный двигатель работает по принципу магнитного замка. Когда два разных полюса приближаются друг к другу, если магниты сильные, между этими двумя полюсами существует огромная сила притяжения. В таком состоянии два магнита называются магнитно запертыми. Если теперь один из двух магнитов вращается, то и другой вращается в том же направлении с той же скоростью благодаря силе притяжения i.е. из-за состояния магнитного замка. Принцип схематически показан на рисунке ниже.
Принцип магнитного запирания

Таким образом, чтобы иметь условие магнитной блокировки, должны существовать два разных полюса, и магнитные оси двух должны быть сдвинуты очень близко друг к другу. Давайте посмотрим на применение этого принципа синхронного двигателя .

Рассмотрим трехфазный синхронный двигатель, статор которого намотан на 2 полюса.Два магнитных поля создаются в синхронном двигателе за счет возбуждения обмоток статора и ротора трехфазным переменным током. питания и постоянного тока питания соответственно. Когда трехфазная обмотка возбуждается трехфазным переменным током. питания, то поток, создаваемый трехфазной обмоткой, всегда имеет вращающийся тип. Такой магнитный поток вращается в пространстве со скоростью , называемой синхронной скоростью . Этот магнит называется вращающимся магнитным полем .

            Вращающееся магнитное поле создает эффект, аналогичный физическому вращению магнитов в пространстве с синхронной скоростью.Так статор синхронного двигателя производит один магнит, который так же хорошо вращается в пространстве с синхронной скоростью. Синхронная скорость вращающегося магнитного поля статора зависит от частоты питания и числа полюсов, на которые намотана обмотка статора. Если частота источника переменного тока равна f Гц, а статор намотан на количество полюсов P, то скорость вращающегося магнитного поля синхронна и определяется выражением

Ns = 120f/p r.м

В этом случае, поскольку статор намотан, скажем, на 2 полюса при частоте питания 50 Гц, скорость вращающегося магнитного поля будет равна 3000 об/мин. Этот эффект подобен физическому вращению двух полюсов со скоростью Ns об/мин. Для простоты понимания давайте предположим, что полюса статора — это N1 и S1 , которые вращаются со скоростью Ns.

           Направление вращения вращающегося магнитного поля указано по часовой стрелке. Когда обмотка возбуждения на роторе возбуждается d.c , он также производит два полюса, предполагая, что конструкция ротора является двухполюсной, явного типа. Пусть эти полюса будут N2 и S2.

Теперь один магнит вращается на Ns, имея полюса N1 и S1, в то время как при запуске ротор неподвижен, т. е. второй магнит неподвижен, имея полюса N2 и S2. Если каким-то образом разноименные полюса N1 и S2 или S1 и N2 приблизить друг к другу, между полюсами статора и ротора может установиться магнитная блокировка.

          Поскольку полюса статора вращаются, из-за магнитного поля ротор также будет вращаться в том же направлении, что и полюса статора i.е. в направлении вращающегося магнитного поля с той же скоростью, т.е. Ns.

       Следовательно, синхронный двигатель вращается с одной и только одной скоростью, т.е. синхронная скорость . Но это все зависит от наличия магнитной блокировки между полюсами статора и ротора. Практически невозможно, чтобы полюса статора вытягивали полюса ротора из их стационарного положения в состояние магнитной блокировки. Следовательно, синхронные двигатели не являются самозапускающимися. Давайте подробно рассмотрим причину этого.

Почему синхронный двигатель не запускается самостоятельно?

Предположим, что вращающееся магнитное поле эквивалентно физическому вращению двух полюсов статора N1 и S1.

Рассмотрим момент, когда два полюса находятся в таком положении, когда магнитная ось статора вертикальна вдоль AB, как показано на рисунке ниже (a). В этот момент полюса ротора произвольно расположены, как показано на рисунке ниже.
  

В этот момент ротор неподвижен и разные полюса будут пытаться притянуться друг к другу.Из-за этого ротор будет подвергаться мгновенному крутящему моменту в направлении против часовой стрелки, как показано на рисунке (а).

          (a) Действие синхронного двигателя                     (b) Действие синхронного двигателя 

Теперь полюса статора вращаются очень быстро, т.е. со скоростью Ns об/мин. За счет инерции, прежде чем ротор едва повернется в направлении вращающего момента против часовой стрелки, которому он подвергается, полюса статора меняют свое положение.Рассмотрим момент последней половины периода, когда полюса статора точно поменялись местами, но из-за инерции ротор не может вращаться из своего начального положения. Это показано на рисунке (b).

В этот момент из-за того, что разные полюса пытаются притянуться друг к другу, ротор будет подвергаться крутящему моменту в направлении по часовой стрелке. Это приведет к вращению ротора в направлении вращения магнитного поля . Но прежде чем это произойдет, полюса статора снова меняют свое положение, меняя направление крутящего момента, действующего на ротор.

Примечание : Вопрос очевиден: что произойдет, если случайно положение ротора окажется таким, что разные полюса ротора и статора будут обращены друг к другу? Но из-за большой инерции ротора ротор не может вращаться вместе с полюсами статора. Отсюда снова создается разность положений магнитных осей и ротор подвергается реверсивному крутящему моменту.

           Это связано с тем, что скорость, с которой вращается магнитное поле, настолько высока, что ротор не может вращаться из исходного положения из-за инерции ротора.Так что в любом случае, каким бы ни было начальное положение ротора, синхронный двигатель не является самозапускающимся.

Процедура запуска синхронного двигателя:

Теперь предположим, что ротор каким-то внешним средством вращается со скоростью, почти равной синхронной скорости . И тогда ротор возбуждается, чтобы произвести свои полюса. Теперь в некоторый момент статор и ротор, в отличие от полюсов, окажутся обращенными друг к другу так, что их магнитные оси будут близки друг к другу. Затем сила притяжения между ними приводит их обоих в состояние магнитной блокировки.

Как только магнитная блокировка установлена, полюса ротора и статора продолжают занимать те же относительные положения. Благодаря этому ротор постоянно испытывает однонаправленный крутящий момент в направлении вращающегося магнитного поля. Следовательно, ротор вращается с синхронной скоростью, которая, как говорят, находится в синхронизме с вращающимся магнитным полем .

         Внешнее устройство, используемое для вращения ротора на скорости, близкой к синхронной, можно снять после установления синхронизма.Затем ор продолжает свое вращение на Ns благодаря магнитному запиранию. По этой причине синхронный двигатель работает только на синхронной скорости и не вращается ни на какой другой скорости, кроме синхронной. Эта операция показана на рисунках (а) и (б) ниже.
Однонаправленный крутящий момент ротора

Необходимо, чтобы обмотка возбуждения, т. е. ротор, возбуждалась от источника постоянного тока, чтобы поддерживать магнитную блокировку, пока двигатель работает.

Должен прочитать:

Таким образом, общая процедура запуска синхронного двигателя может быть сформулирована следующим образом: 1. Дайте трехфазный переменный ток. питание на трехфазную обмотку. Это создаст вращающееся магнитное поле вращающееся с синхронной скоростью Нс об/мин.

2. Затем с помощью каких-либо внешних средств, таких как дизельный двигатель, приведите ротор в движение в направлении вращающегося магнитного поля со скоростью, очень близкой или равной синхронной скорости.

3.Включите подачу постоянного тока на ротор, который создаст полюса ротора. Теперь есть два поля: одно вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, а другое создается ротором, который физически вращается почти с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле .

4. В определенный момент оба поля блокируются магнитным полем. Поле статора синхронизирует поле ротора. Затем внешнее устройство, используемое для вращения ротора, можно удалить. Но ротор будет продолжать вращаться с той же скоростью, что и вращающихся магнитное поле i.е. Ns из-за магнитного замка.

Ключевой момент : Итак, суть обсуждения в том, что для запуска синхронного двигателя необходимо какое-то устройство, вращающее ротор со скоростью, очень близкой или равной синхронной скорости .

Вывод:

Теперь здесь мы обсудили конструкцию и принцип работы синхронного двигателя . Вы можете скачать эту статью в формате pdf, ppt.

Комментарий ниже для любых запросов.

Конструкция синхронного двигателя

Что такое синхронный двигатель?

Этот двигатель работает как генератор переменного тока для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Скорость вращения этого двигателя остается постоянной по сравнению с остальным двигателем, что означает, что этот двигатель не увеличивается/уменьшается. Это особенность этого мотора. Другими словами, синхронный двигатель также называют синхронным двигателем. Конструкция синхронного двигателя

Конструкция синхронного двигателя

Структура синхронного двигателя постоянного тока.Это похоже на машину, в которой нет разницы в конструкции генератора и двигателя, а также нет разницы в конструкции генератора переменного тока и синхронного двигателя. Конструкция синхронного двигателя состоит из двух частей —

(a) Статор – Неподвижная часть двигателя называется статором. Он имеет катушку, соединенную тройной звездой или треугольником. Переменный источник переменного тока стимулирует его.

(b) Ротор – Ротор имеет обмотку возбуждения, конструкция которой может быть явно выраженной или с выступающими полюсами, или неявнонаправленной, или цилиндрической.Его обмотка возбуждения стимулируется проскальзыванием за счет подачи отдельного источника постоянного тока.

Конструкция синхронного двигателя в основном состоит из тех же деталей, что и генератор переменного тока. Катушка статора представляет собой круглую катушку, которая намотана в соответствии с магнитными полюсами. Изображение | В соответствии с этим в статоре показано кольцо из четырех стержней. Крюки с проушиной используются для подъема или перемещения двигателя и установки его на фундамент. Ноги или ножки прикреплены к каналу для постоянной установки двигателя.При этом демпфирующая катушка расположена на концах ротора.

(i) При этом питание переменного тока подается на статор двигателя.
(ii) Питание постоянным током подается на полюса возбуждения ротора. Источник постоянного тока образует пару магнитных полюсов.
(iii) Вращающая сила, приводящая в движение ротор, представляет собой взаимодействие магнитного поля статора и ротора.
(iv) Когда полюс S ротора находится перед полюсом N статора, а это порядок, то двигатель запускается, когда полюса ротора, сцепленные с магнитными полюсами статора, вращаются в одинаковая скорость.

Принцип действия синхронного двигателя

Асинхронно вращающееся магнитное поле создается в обмотке статора синхронного двигателя при подаче на нее переменного тока. На рис. 2 предположим, что полюса Ns и Ss движутся с синхронной скоростью в двухполюсном статоре синхронного двигателя.

Предположим, что магнитное поле статора вращается по часовой стрелке. Когда на поле ротора подается направленный ток, он также создает магнитное поле постоянной полярности.

На рисунке 2 предположим, что полюс Ns, генерируемый статором в первой половине положительного цикла, находится в точке A, а полюс Ss — в точке B. В этом случае на ротор будет действовать отталкивающая сила против часовой стрелки, но в оставшейся половине отрицательного цикла (рис. 3) полюс Ns статора повернется в точку B, а полюс Ss придет в точку A. В этом случае сила будет действовать по часовой стрелке, противоположной первому положению ротора. Таким образом, чем дальше продвинулся ротор, тем больше он вернется.Поэтому ротор останется в прежнем положении.

Формула скорости вращения синхронного двигателя –
N = 120f/P

Если ротор каким-либо другим способом вращать со скоростью потока статора и снова подать ток возбуждения на поле ротора, он будет продолжать вращаться с постоянной и синхронной скоростью.

Предположим, что, как и на рис. 3(а), в момент, когда ротор приводится к синхронной скорости и при наличии направленного тока возбуждения, он создает полюс S перед точкой A и полюс N перед точкой B.Когда стержни Ns и Ss статора достигают A соответственно при вращении, ротор будет вращаться вместе с ним, блокироваться и вращаться вместе с ним.

Применение синхронного двигателя

Эти двигатели увеличивают коэффициент мощности на предприятиях, где установлено несколько асинхронных двигателей, тем самым снижая коэффициент мощности. Его использование увеличивает коэффициент мощности. Его использование увеличивает коэффициент мощности. Трансформаторы не перегружены. Он также используется на резиновых заводах, шахтах, бумажных фабриках и крупных предприятиях для придания механической прочности.

(i) Для запуска установки MG на постоянной скорости
(ii) Для работы праймера преобразователя частоты
(iii) Для привода компрессора, насоса, линейного вала.

вы узнали сегодня Что такое синхронный двигатель , Конструкция синхронного двигателя, Принцип работы синхронного двигателя, Применение синхронного двигателя.

Что такое синхронный двигатель | Строительство | Принцип работы | Преимущества

Что такое синхронный двигатель:

Как следует из названия, статор и ротор двигателя вращаются с синхронной скоростью, такой двигатель называется синхронным двигателем.Обычно скорость статора (вращающегося магнитного поля) точно равна скорости ротора. Он работает с постоянными оборотами независимо от изменения нагрузки. Синхронные двигатели с перевозбуждением в основном используются для коррекции коэффициента мощности в линиях электропередачи. Однако в этой статье мы собираемся изучить конструкцию, принцип работы, преимущества, недостатки и применение синхронного двигателя.

Теперь вы получаете вопрос, как скорость ротора равна скорости ротора?

Да, то же самое будет достигнуто подачей возбуждения постоянного тока на обмотку ротора, здесь синхронный двигатель получает два возбуждения, поэтому он называется двигателем с двойным возбуждением.

Конструкция синхронного двигателя:

Конструкция передняя, ​​синхронный двигатель состоит из статора — неподвижной части и ротора — вращающейся части. Статор состоит из сердечника и пазов для удержания обмотки якоря аналогично синхронному генератору.

Статор

Обмотка якоря будет изолирована лаком или бумагой. Сердечник статора изготовлен из штампованного кремния с ламинированной сборкой, что помогает нам уменьшить потери на вихревые токи и потери на гистерезис.

Ротор

Полюса ротора выполнены выступающими и установлены на валу двигателя. Обмотка ротора будет подключена к источнику постоянного тока с помощью контактных колец.

Кроме того, скорость двигателя полностью зависит от входной частоты питания и числа полюсов.

Принцип работы:

Для простого понимания принципа работы синхронного двигателя возьмем двухполюсный синхронный двигатель, как показано на рисунке 1.1. Входной ток поля ротора If создает стационарное магнитное поле Br, полюса которого Nr и Sr.Теперь к обмотке статора будет приложено трехфазное напряжение, которое создаст Вращающееся магнитное поле Bs и Чьи полюса Ns и Ss.

Рис. 1.1

т.е. Nr близок к Ns. Теперь полюс Nr всегда пытается притянуть Ss и оттолкнуть Ns полюс. В худшем случае мотор делает пол-оборота, отталкиваясь от Nr. После завершения полураунда Nr достигает SS, поэтому Ss будут притягиваться Nr, и они будут магнитно заблокированы. Это означает, что полюса ротора будут стремиться выровняться с полюсами статора.По этой причине синхронные двигатели не являются самозапускающимися двигателями.

Следовательно, синхронный двигатель запустится с внешней машиной, машина помогает нам достичь скорости ротора до синхронной скорости статора. После достижения синхронной скорости внешняя машина будет отключена, а синхронный двигатель будет работать постоянно.

Но чтобы обеспечить непрерывную магнитную блокировку, возбуждение двигателя должно подаваться непрерывно.

Синхронная скорость рассчитывается по приведенной ниже формуле.

Ns=120f/P

Ns => синхронная скорость

F => частота питания

P = количество полюсов.

Эквивалентная схема:

Эквивалентная схема синхронного двигателя точно такая же, как у синхронного генератора. Отличие только в том, что направление тока якоря Ia меняется на противоположное. Из-за работы двигателя ток синхронного двигателя будет подаваться от источника.

Рис. 1.2 дает вам точное представление о токе синхронного двигателя.

Рис. 1.2. Эквивалентная схема синхронного двигателя. Рис. 1.3. Эквивалентная схема отдельной фазы. Из-за изменения направления lA изменяется и уравнение закона напряжения Кирхгофа для эквивалентной схемы. Написание уравнения закона напряжения Кирхгофа для новой эквивалентной схемы дает выход.

Это в точности то же самое, что и уравнение для генератора, за исключением того, что знак текущего члена поменялся на противоположный.

Преимущество:
  1. Скорость двигателя постоянна независимо от изменений нагрузки.
  2. Синхронный двигатель с перевозбуждением [коэффициент опережающей мощности] можно использовать в качестве генератора реактивной мощности, тот же принцип используется при передаче и распределении.
  3. Высокий КПД синхронного двигателя.
  4. Механически стабильны независимо от воздушного зазора.
  5. Может работать с переменным коэффициентом мощности.
Недостатки:
  1. Это не самозапускающиеся двигатели
  2. Высокая стоимость и стоимость по отношению к кВт выше, чем у трехфазного АД.т. е. Siemens производит 2HP 3 Phase IM по цене около рупий. 5000, но двигатель той же мощности в SM будет стоить 20 000 рупий, что почти в 4 раза больше, чем в IM.
  3. Для обмотки возбуждения требуется внешний источник постоянного тока.
  4. Контактные кольца соединяют цепь возбуждения с цепью ротора. Это приводит к дополнительным затратам на техническое обслуживание.
  5. Охота
  6. Если крутящий момент нагрузки выше крутящего момента двигателя, это означает, что двигатель останавливается, и нам снова нужно перезапустить двигатель.
Применение:
  1. Свойство постоянной скорости используется в станках, мотор-генераторах, часах, воздуходувках и т. д.
  2. Цепь коррекции коэффициента мощности

Часто задаваемые вопросы:

  • Двигатель работает, когда катушка возбуждения разомкнута?

Двигатель перестал вращаться.Но если двигатель имеет демпферную беличью клетку, то двигатель действует как асинхронный двигатель.

  • Синхронный двигатель действует как синхронный генератор?

Да, это главная особенность мотора, здесь мощность можно реверсировать в любую сторону. Механическая энергия может быть преобразована в электрическую; такая машина называется синхронным генератором.

Crompton и Siemens — немногие производители, производящие синхронные двигатели. Но, Кромптон дешевле Сименса

Изображение предоставлено:

[PDF] Комплектация: Блок питания, DAI, Синхронный двигатель (8241), Электродинамометр (8960), Тахометр, Ремень ГРМ.

1 Лабораторная работа 9: Синхронный двигатель. Цель: изучить конструкцию 3-х фазного синхронного двигателя; научиться его подключать;…

ЭЛЕН 3441 – Основы энергетики

Лаб. № 9

Весна 2008 г.

Лаб. 9: Синхронный двигатель. Цель: изучить конструкцию 3-х фазного синхронного двигателя; научиться его подключать; получить его стартовую характеристику; определить нагрузочную характеристику синхронного двигателя; определить его характеристику отрыва.Комплектация: Блок питания, DAI, Синхронный двигатель (8241), Электродинамометр (8960), Тахометр, Ремень ГРМ.

Теория: Синхронный двигатель обладает особым свойством поддерживать постоянную рабочую скорость при любых условиях нагрузки вплоть до полной нагрузки. Эта постоянная рабочая скорость может поддерживаться даже при переменном сетевом напряжении. Таким образом, это полезный двигатель в приложениях, где рабочая скорость должна быть точно известна и неизменна. Следует отметить, что если синхронный двигатель сильно перегружен, его работа (скорость) внезапно потеряет свои синхронные свойства, и двигатель остановится.Синхронная скорость двигателя, используемого в этом эксперименте, составляет 1800 об/мин. Синхронный двигатель получил свое название от термина синхронная скорость, которая представляет собой собственную скорость вращающегося магнитного поля статора. Как вы узнали, эта естественная скорость вращения строго контролируется количеством пар полюсов и частотой подаваемой мощности. Как и асинхронный двигатель, синхронный двигатель использует вращающееся магнитное поле. Однако, в отличие от асинхронного двигателя, развиваемый крутящий момент не зависит от индукционных токов в роторе.Вкратце принцип работы синхронного двигателя таков: на обмотки статора подается многофазный источник переменного тока и создается вращающееся магнитное поле. На обмотки ротора подается постоянный ток и создается постоянное магнитное поле. Двигатель сконструирован таким образом, что эти два магнитных поля реагируют друг на друга, заставляя ротор вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле. Если к валу ротора приложена нагрузка, ротор на мгновение отстанет от вращающегося поля, но продолжит вращаться с той же синхронной скоростью.Отставание аналогично ротору, привязанному к вращающемуся полю резинкой. Более тяжелые нагрузки вызовут растяжение ленты, поэтому положение ротора отстает от поля статора, но ротор продолжает двигаться с той же скоростью. Если сделать нагрузку слишком большой, ротор выйдет из синхронизма с вращающимся полем и, как следствие, уже не будет вращаться с той же скоростью. В этом случае говорят, что двигатель перегружен. Синхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем. Ротор тяжелый и с мертвой точки привести ротор в магнитный замок с вращающимся магнитным полем невозможно.По этой причине все синхронные двигатели имеют какое-либо пусковое устройство. Простой стартер — это еще один двигатель, который разгоняет ротор примерно до 90 процентов от его синхронной скорости. Затем пусковой двигатель отключается, и ротор синхронизируется с вращающимся полем. Наиболее часто используемый метод запуска состоит в том, чтобы ротор включал индукционную обмотку с короткозамкнутым ротором. Эта индукционная обмотка приводит ротор почти к его синхронной скорости, как у асинхронного двигателя. Беличья клетка также полезна даже после того, как двигатель достиг синхронной скорости, потому что она имеет тенденцию гасить колебания ротора, вызванные внезапными изменениями нагрузки.Ваш модуль синхронного двигателя/генератора содержит страницу | 1

ЭЛЕН 3441 – Основы энергетики

Лаб. № 9

Весна 2008 г.

ротор с короткозамкнутым ротором. Положительная реактивная мощность необходима для создания магнитного поля в двигателе переменного тока. Недостатком этой реактивной мощности является низкий коэффициент мощности. Низкие коэффициенты мощности нежелательны по нескольким причинам. Номинальные параметры генераторов, трансформаторов и цепей питания ограничены их пропускной способностью по току.Это означает, что нагрузка, которую они могут обеспечить, прямо пропорциональна коэффициенту мощности нагрузки, которую они питают. Например, система может обеспечить только 70 процентов нагрузки при коэффициенте мощности 0,7, которую она может обеспечить при коэффициенте мощности, равном единице. Синхронному двигателю требуется значительная реактивная мощность, когда он работает на холостом ходу без возбуждения ротора постоянным током. Он действует как 3-фазная индуктивная нагрузка на линии электропередачи. Когда ротор возбуждается, он будет производить часть магнетизма в двигателе, в результате чего статор должен подавать меньше, и реактивная мощность, потребляемая от линии электропередач, уменьшается.Если ротор возбуждается до тех пор, пока он не создаст весь магнетизм, линия электропередач должна будет только подавать реальную мощность на статор, и коэффициент мощности будет равен единице. Что касается линии электропередач, синхронный двигатель теперь выглядит как трехфазная резистивная нагрузка. Если ротор возбуждается еще больше, стремясь создать больше магнетизма, чем нужно двигателю, то линия электропередачи начинает подавать отрицательную реактивную мощность на статор, пытаясь сохранить постоянный общий поток. Но отрицательная реактивная мощность соответствует конденсатору, и синхронный двигатель теперь выглядит как трехфазная емкостная нагрузка на линию электропередачи.На холостом ходу синхронный двигатель действует как переменный индуктор/переменный конденсатор, при этом значение реактивного сопротивления (XL или Xc) определяется величиной постоянного тока, протекающего через ротор. Также возможно изменять коэффициент мощности двигателя в условиях полной нагрузки. Синхронный двигатель при использовании в одной энергосистеме с асинхронными двигателями улучшает общий коэффициент мощности системы. Выходная мощность (в лошадиных силах) двигателя, подводимого к нагрузке, определяется следующим образом: Pвых, л.с. =

1.4 ⋅ ωrpm ⋅ TNm 10 000

(09-1)

где ωrpm — скорость двигателя в оборотах в минуту, TNm — его крутящий момент в ньютон-метрах. Имейте в виду, что одна лошадиная сила примерно равна 746 Вт. Реактивная мощность [вар] может быть рассчитана как: реальная мощность [Вт], потребляемая двигателем. КПД двигателя равен: КПД =

Pвых ,Вт P

⋅100 %

(09-3)

где Pвых,Вт – выходная мощность, подаваемая на нагрузку в ваттах.Таким образом, потери в двигателе составляют Page | 2

ELEN 3441-Основы Power Engineering

LAB#

Spring 2008

Оценка:

Потеря = P-Pout, W

(09-4)

Эксперимент: 1). модуля синхронного двигателя (Рисунок 09-1). Обратите внимание на три отдельные обмотки, подключенные к клеммам 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6. Эти обмотки идентичны и расположены в статоре — неподвижной части двигателя.К этим обмоткам будет подключен 3-х фазный источник питания. Обмотка на роторе подключена через реостат на 150 Ом и тумблер к выводам 7 и 8. По этой обмотке будет течь постоянный ток.

Рисунок 09-1 2) Соедините двигатель с динамометром с помощью зубчатого ремня. Подключите синхронный двигатель к источнику питания, как показано на рис. 09-2.

Страница | 3

ЭЛЕН 3441 – Основы энергетики

Лаб. № 9

Весна 2008 г.

Рисунок 09-2 Подключите динамометр к стационарному источнику переменного тока низкого напряжения серым кабелем.Тонкими красными проводами соедините выводы динамометра «крутящий момент» и «скорость» с выводами «Т» и «N» ДАИ; соединить клеммы «масса» динамометра и ДАВ. Установите переключатель «РЕЖИМ» динамометра в положение «ДИН», а переключатель управления нагрузкой динамометра в положение «РУЧНОЙ». Установите ручку управления динамометром в крайнее положение против часовой стрелки для минимальной нагрузки на двигатель. Не подавайте питание в это время! 3) На двигатель подается постоянный ток только тогда, когда переключатель S замкнут.Убедитесь, что переключатель в это время разомкнут (OFF) (нижнее положение). Включите ПС. Двигатель должен начать работать немедленно. Запишите значения трех токов статора в таблицу данных. 4) Замкните переключатель S и отрегулируйте регулятор реостата на минимальные токи статора, как показывают счетчики. Запишите значения трех (минимум) токов статора в таблицу данных. Увеличьте возбуждение ротора постоянным током, отрегулировав реостат на минимальное сопротивление (крайнее положение ручки по часовой стрелке). Запишите значения трех токов статора в таблицу данных.Уменьшайте возбуждение постоянным током до тех пор, пока токи статора не достигнут минимальных значений. Отметьте и запишите положение ручки управления реостатом на шкале (например, 10 часов, 2 часа и т. д.). Это правильное положение реостата. Не меняйте его. 5) Выключите PS и разомкните переключатель S. Примечание: переключатель должен быть замкнут ТОЛЬКО при работающем двигателе! Поменяйте местами любые два соединительных провода переменного тока на клеммах статора двигателя (1, 2 или 3). Включите PS и обратите внимание, изменилось ли направление вращения.Выключите PS и верните соединительные провода в исходное положение. Включите PS и убедитесь, что ротор вращается по часовой стрелке. 6) Включите PS и замкните переключатель S на двигателе. Мотор должен начать работать. Убедитесь, что реостат находится в правильном положении, как указано в части 4. Увеличьте нагрузку на двигатель до 0,2 Нм. (действие динамометрического торможения), изменяя положение ручки управления на странице | 4

ЭЛЕН 3441 – Основы энергетики

Лаб. № 9

Весна 2008 г.

Динамометр.Контролируйте нагрузку либо по динамометрическому индикатору, либо с помощью соответствующего измерителя LabVolt. Запишите значения трех токов статора и скорости двигателя, измеренные динамометром, в таблицу данных. Повторите те же измерения, записывая значения токов и скорости двигателя в таблицу данных для нагрузок 0,4, 0,6, 0,8, 1,0, 1,2 и 1,4 Нм. Не допускайте перегрузки двигателя (под нагрузкой более 1,0 Нм) дольше, чем это необходимо для измерения, так как нормальная нагрузка для двигателя равна 1.0 Нм. 7) Измените вашу схему, как показано на рисунке 09-3. Установите динамометр в положение «без нагрузки».

Рисунок 09-3 Установив ручку управления переменным выходным напряжением постоянного тока на PS в нулевое положение, включите PS. Замкните переключатель S. Наблюдайте за значением тока статора. Тщательно отрегулируйте напряжение постоянного тока ротора до 120 В. Запишите ток статора I1 и напряжение ротора E2 в таблицу данных. Повторите измерения для напряжений ротора 100, 75, 50, 25 и 0 В, записывая ток статора и напряжение ротора в таблицу данных.ВЫКЛЮЧИТЕ ПС. 8) Измените схему, как показано на рис. 09-4, не меняя соединения динамометра.

Страница | 5

ELEN 3441 – Основы энергетики

Лаборатория № 9

Весна 2008 г.

Установите ручку управления динамометром в крайнее положение по часовой стрелке, чтобы обеспечить максимальную пусковую нагрузку для двигателя.Замкните переключатель S. Откройте новую таблицу данных, чтобы записать значения напряжений E1, E2, тока I1 и крутящего момента нагрузки, показанные динамометром. Включите PS и быстро измерьте (и запишите в таблицу данных) значения E1, E2, I1 и развиваемый пусковой момент. ВЫКЛЮЧИТЕ ПС. 9) При неизменной схеме включите БП и уменьшите крутящий момент до 1,4 Нм. Запишите значения E1, E2, I1 и крутящего момента в таблицу данных. Повторите те же измерения для значений нагрузки 1,2, 1,0, 0.8, 0,6, 0,4, 0,2 и 0 Нм. Примечание: крутящий момент 0 Нм. было бы получено, если бы двигатель и динамометр были разъединены. Поскольку мы оставляем двигатель и динамометр связанными, к двигателю все равно будет приложена небольшая нагрузка. 10) Измените схему, как показано на рис. 09-5, оставив двигатель соединенным с динамометром.

Страница | Рис. полная мощность переменного тока S1 между E1 и I1 [ВА].Также установите два дополнительных программируемых счетчика: A – для измерения реальной мощности переменного тока P1 между E1 и I1 в Вт и B – для измерения коэффициента мощности между E1 и I1. 11) Замкните выключатель S. Установите ручку управления динамометром на холостой ход (крайнее положение против часовой стрелки). Установите возбуждение постоянного тока на ноль. Включите ПС. Измерьте и запишите в новую таблицу данных значения напряжения статора E1, тока статора I1, тока ротора I2 (на этот раз он должен быть приблизительно равен нулю), полной и активной мощностей и коэффициента мощности.Повторите те же измерения для значений тока ротора от 0,1 до 0,9 А с шагом 0,1 А. Примечание: из-за допусков напряжения сети, источника питания и обмотки двигателя некоторые студенты не смогли увеличить ток возбуждения до 0,9 А. 12) Увеличить нагрузку двигателя до 1,0 Нм и повторить те же измерения, что и в части 11, для того же диапазона значений постоянного тока возбуждения. Запишите эти значения полной загрузки в таблицу данных. В своем отчете: 1) Используя Matlab и данные, записанные в Части 6, постройте график зависимости тока статора от нагрузки двигателя для нагрузок от 0 до 1.4 Нм. Является ли эта зависимость линейной? Рассчитайте развиваемую мощность двигателя в лошадиных силах при нормальной нагрузке 1,0 Нм. Зависит ли скорость синхронного двигателя от нагрузки? 2) Опишите и объясните, что вы наблюдали в Части 7. Для собранных данных постройте график тока статора I2 как функцию возбуждения ротора Er. 3) Для данных, записанных в Части 8, рассчитайте и укажите полную мощность двигателя при пусковом моменте. Рассчитайте и запишите крутящий момент при полной нагрузке, соответствующий ¼ л.с. при 1800 об/мин.Рассчитайте и запишите отношение пускового крутящего момента к крутящему моменту при полной нагрузке. 4) Используя Matlab и данные, записанные в частях 8 и 9, постройте зависимость напряжения, наведенного на обмотке ротора E2, от нагрузки для всех значений крутящего момента, которые вы использовали в экспериментах. Объясните, почему в обмотке ротора индуцируется большое переменное напряжение и почему оно уменьшается с увеличением скорости вращения ротора. 5) Используя Matlab и данные, записанные в Части 11, постройте график зависимости тока статора от тока ротора. На отдельных осях отобразите зависимость коэффициента мощности от тока ротора.Прокомментируйте внешний вид обеих кривых холостого хода. 6) Используя Matlab и данные, записанные в Части 12, постройте график зависимости тока статора от тока ротора. На отдельных осях отобразите зависимость коэффициента мощности от тока ротора. Страница | 7

ЭЛЕН 3441 – Основы энергетики

Лаб. № 9

Весна 2008 г.

Прокомментируйте внешний вид обеих кривых полной нагрузки. Оцените и сообщите КПД двигателя для состояния полной нагрузки. 7) Постройте график разницы между двумя кривыми коэффициента мощности, полученными для условий холостого хода и полной нагрузки.

Страница | 8 

Двигатели переменного тока (часть третья)

Синхронный двигатель

Синхронный двигатель является одним из основных типов двигателей переменного тока. Как и асинхронный двигатель, синхронный двигатель использует вращающееся магнитное поле. Однако, в отличие от асинхронного двигателя, развиваемый крутящий момент не зависит от индукции токов в роторе. Вкратце принцип работы синхронного двигателя заключается в следующем: к обмоткам статора прикладывается многофазный источник переменного тока, и создается вращающееся магнитное поле.На обмотку ротора подается постоянный ток, и создается другое магнитное поле. Синхронный двигатель спроектирован и сконструирован таким образом, что эти два поля реагируют друг на друга таким образом, что ротор вовлекается и вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле, создаваемое обмотками статора.

Понимание работы синхронного двигателя можно получить, рассмотрев простой двигатель на рис. 12-312.

Рисунок 12-312. Иллюстрация работы синхронного двигателя.

Предположим, что полюса A и B вращаются по часовой стрелке с помощью какого-либо механического средства, чтобы создать вращающееся магнитное поле. Они индуцируют полюса противоположной полярности в роторе из мягкого железа, и между соответствующими северным и южным полюсами существуют силы притяжения.

Следовательно, при вращении полюсов A и B ротор вовлекается с той же скоростью. Однако, если к валу ротора приложена нагрузка, ось ротора на мгновение отстает от оси вращающегося поля, но после этого продолжает вращаться с полем с той же скоростью, пока нагрузка остается постоянной.Если нагрузка слишком велика, ротор выходит из синхронизма с вращающимся полем и, как следствие, уже не вращается с полем с той же скоростью. Таким образом, двигатель считается перегруженным.

Такой простой двигатель, как показано на рис. 12-312, никогда не используется. Идея использования каких-либо механических средств вращения полюсов нецелесообразна, поскольку для выполнения этой работы потребуется другой двигатель. Кроме того, в таком устройстве нет необходимости, потому что вращающееся магнитное поле может быть создано электрически с использованием сфазированных напряжений переменного тока.В этом отношении синхронный двигатель подобен асинхронному двигателю.

Рисунок 12-312. Иллюстрация работы синхронного двигателя.

Синхронный двигатель состоит из обмотки возбуждения статора, аналогичной обмотке асинхронного двигателя. Обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Ротор может быть постоянным магнитом, как в небольших однофазных синхронных двигателях, используемых в часах и другом мелком точном оборудовании, или может быть электромагнитом, питаемым от источника постоянного тока и подаваемым через токосъемные кольца в катушки возбуждения ротора. , как в генераторе.Фактически генератор переменного тока может работать либо как генератор переменного тока, либо как синхронный двигатель.

Поскольку синхронный двигатель имеет небольшой пусковой момент, необходимо предусмотреть некоторые средства для доведения его до синхронной скорости. Наиболее распространенный метод — запустить двигатель без нагрузки, дать ему возможность достичь полной скорости, а затем включить магнитное поле. Магнитное поле ротора синхронизируется с магнитным полем статора, и двигатель работает с синхронной скоростью.

Величина индуцированных полюсов в роторе, показанном на рис. 12-313, настолько мала, что достаточный крутящий момент не может быть создан для большинства практических нагрузок.

Рисунок 12-313. Синхронный двигатель.

Чтобы избежать такого ограничения работы двигателя, на роторе размещена обмотка, на которую подается постоянный ток. Реостат, включенный последовательно с источником постоянного тока, дает оператору машины возможность изменять силу полюсов ротора, тем самым обеспечивая управление двигателем при изменении нагрузки.

Синхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем. Ротор тяжелый и с упора его невозможно привести в магнитный замок с вращающимся магнитным полем.По этой причине все синхронные двигатели имеют какое-либо пусковое устройство. Одним типом простого пускателя является другой двигатель переменного или постоянного тока, который разгоняет ротор примерно до 90% его синхронной скорости. Затем пусковой двигатель отключается, и ротор синхронизируется с вращающимся полем. Еще один способ пуска — вторая обмотка типа «беличья клетка» на роторе. Эта индукционная обмотка приводит ротор почти к синхронной скорости, и когда постоянный ток подключен к обмоткам ротора, ротор движется в ногу с полем.Последний способ используется чаще.

Двигатель переменного тока

Двигатель переменного тока представляет собой однофазный двигатель, но не является асинхронным или синхронным двигателем. Он напоминает двигатель постоянного тока тем, что имеет щетки и коллектор. Двигатель серии AC работает в цепях переменного или постоянного тока. Помните, что направление вращения двигателя постоянного тока не зависит от полярности приложенного напряжения при условии, что соединения возбуждения и якоря остаются неизменными. Следовательно, если двигатель постоянного тока подключен к источнику переменного тока, создается крутящий момент, стремящийся вращать якорь в одном направлении.

Однако двигатель постоянного тока не работает удовлетворительно от сети переменного тока по следующим причинам:

  1. Переменный поток вызывает большие потери на вихревые токи и гистерезис в неламинированных частях магнитной цепи и вызывает чрезмерный нагрев и снижение эффективность.
  2. Самоиндукция обмоток возбуждения и якоря приводит к низкому коэффициенту мощности.
  3. Поток переменного поля создает большие токи в катушках, которые замыкаются накоротко щетками; это действие вызывает чрезмерное искрение на коммутаторе.

Чтобы спроектировать серийный двигатель для удовлетворительной работы на переменном токе, внесены следующие изменения:

  1. Потери на вихревые токи уменьшены за счет ламинирования полюсов возбуждения, рамы и якоря.
  2. Гистерезисные потери сведены к минимуму за счет использования пластин трансформаторного типа из кремнистой стали с высокой проницаемостью.
  3. Реактивное сопротивление обмоток возбуждения поддерживается на достаточно низком уровне за счет использования мелких полюсных наконечников, нескольких витков провода, низкой частоты (обычно 25 циклов для больших двигателей), низкой плотности потока и низкого сопротивления (короткий воздушный зазор).
  4. Реактивное сопротивление якоря уменьшается за счет использования компенсационной обмотки, встроенной в полюсные наконечники. Если компенсационная обмотка включена последовательно с якорем, как показано на рисунке 12-314, то якорь компенсируется по проводимости. Рисунок 12-314. Якорь асинхронного двигателя с компенсацией проводимости.

    Если компенсационная обмотка сконструирована так, как показано на рис. 12-315, якорь компенсируется индуктивно.

    Рисунок 12-315. Индуктивно-компенсированный якорь двигателя переменного тока.

    Если двигатель рассчитан на работу как в цепях постоянного, так и переменного тока, компенсационная обмотка включается последовательно с якорем. Ось компенсационной обмотки смещена от оси основного поля на угол 90°. Это устройство похоже на компенсационную обмотку, используемую в некоторых двигателях и генераторах постоянного тока для преодоления реакции якоря. Компенсационная обмотка создает противодействующую магнитодвижущую силу, нейтрализующую действие магнитодвижущей силы якоря, предотвращая искажение потока основного поля и снижая реактивное сопротивление якоря.Индуктивно-компенсированный якорь действует как первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого представляет собой короткозамкнутую компенсационную обмотку. Закороченная вторичная обмотка получает наведенное напряжение под действием переменного потока якоря, а возникающий ток, протекающий по виткам компенсационной обмотки, создает противодействующую магнитодвижущую силу, нейтрализующую реактивное сопротивление якоря.

  5. Искрообразование на коллекторе уменьшается за счет использования предохранительных проводов P 1 , P 2 , P 3 и т. д., как показано на рис. 12-316, где для простоты показан кольцевой якорь. .Рисунок 12-316. Превентивные катушки в двигателе серии переменного тока.

    Когда катушки в точках A и B закорочены щетками, индуцированный ток ограничивается относительно высоким сопротивлением проводов. Искрение на щетках также уменьшается за счет использования катушек якоря, имеющих только один виток и многополярные поля. Высокий крутящий момент достигается за счет большого количества проводников якоря и якоря большого диаметра. Таким образом, коммутатор имеет большое количество очень тонких коллекторных стержней, а напряжение якоря ограничено примерно 250 вольтами.

Двигатели переменного тока с дробной мощностью называются универсальными двигателями. Они не имеют компенсационных обмоток и профилактических выводов. Они широко используются для управления вентиляторами и портативными инструментами, такими как дрели, шлифовальные машины и пилы.

Техническое обслуживание двигателей переменного тока

Проверка и техническое обслуживание двигателей переменного тока очень просты. Подшипники могут нуждаться или не нуждаться в частой смазке. Если они закрытого типа, смазанные на заводе, они не требуют дополнительного внимания.Следите за тем, чтобы катушки оставались сухими и не подвергались воздействию масла или других повреждений. Температура двигателя обычно является единственным ограничивающим эксплуатационным фактором. Хорошее эмпирическое правило заключается в том, что температура, слишком высокая для руки, слишком высока для безопасности. Наряду с температурой звук мотора или генератора является лучшим индикатором неисправности. При правильной работе он должен гудеть равномерно. Если он перегружен, он «хрюкает». Трехфазный двигатель с отсоединенным одним выводом отказывается вращаться и «рычит». Стук обычно указывает на ослабленную катушку якоря, несоосность вала или волочение якоря из-за изношенных подшипников.Во всех случаях проверка и техническое обслуживание всех двигателей переменного тока должны выполняться в соответствии с применимыми инструкциями производителя.

Рекомендация бортмеханика

   

Синхронные двигатели: применение и принцип работы

Применение синхронных двигателей. Синхронный двигатель без нагрузки на валу используется для улучшения коэффициента мощности. Благодаря своим характеристикам вести себя при любом коэффициенте электрической мощности, он используется в энергосистемах в ситуациях, когда статические конденсаторы дороги.

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

Синхронный двигатель: принцип работы, типы и применение

Синхронные двигатели обычно используются там, где требуется точная и постоянная скорость.Применение этих двигателей с малой мощностью включает в себя позиционирующие машины. Этот тип электродвигателей также применяется в приводах роботов. В некоторых других приложениях используются синхронные двигатели, такие как шаровые мельницы, часы и проигрыватели грампластинок.

Небольшие синхронные двигатели используются в устройствах измерения времени, таких как синхронные часы, таймеры в бытовой технике, магнитофоны и прецизионные сервомеханизмы, в которых двигатель должен работать с точной скоростью; Точность скорости зависит от частоты линии электропередачи, которая тщательно контролируется в крупных взаимосвязанных энергосистемах.

Принцип работы синхронного двигателя

Электрический двигатель в целом представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует энергию из электрической области в механическую. В зависимости от типа входа мы классифицировали его на однофазные и трехфазные двигатели. Среди трехфазных асинхронных двигателей наибольшее распространение получили синхронные двигатели.

Принцип работы синхронного двигателя Статор и ротор являются двумя основными частями синхронного двигателя. Статор — это неподвижная часть двигателя, а ротор — их вращающаяся часть.Статор возбуждается трехфазным источником питания, а ротор возбуждается источником постоянного тока.

Принцип работы синхронного двигателя

Статор и ротор являются двумя основными частями синхронного двигателя. Статор — это неподвижная часть двигателя, а ротор — их вращающаяся часть. Статор возбуждается трехфазным источником питания, а ротор возбуждается источником постоянного тока.

Синхронный двигатель: принцип работы, способы запуска и типы

Таким образом, двигатель не вращается, следовательно, синхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем.Чтобы запуститься, первоначальный запуск должен быть дан с помощью внешнего устройства. Ознакомьтесь подробнее о — Конструкция синхронного двигателя. Принцип работы синхронного двигателя. Способы пуска синхронного двигателя.

Синхронные двигатели: Синхронные двигатели обычно работают с синхронной скоростью (Ns=120f/P), скорость синхронного двигателя постоянна независимо от нагрузки или трехфазного напряжения. Это машина, которая работает на синхронной скорости и преобразует электрическую энергию в механическую. Синхронный двигатель представляет собой генератор переменного тока, а также работает как двигатель.

Для понимания принципа работы синхронного двигателя возьмем 2-х полюсный двигатель, показанный на данном рисунке. Как известно, в случае синхронной машины это либо двигатель, либо генератор, у него обмотки возбуждения находятся на роторе, а обмотки якоря на статоре, а в асинхронных машинах по-другому.

Синхронные двигатели: применение, методы пуска и принцип работы Электрические двигатели представляют собой электромеханические устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую.В зависимости от типа входа мы классифицировали его на однофазные и трехфазные двигатели. Наиболее распространенными типами трехфазных двигателей являются синхронные двигатели и асинхронные двигатели.

Области применения Синхронный двигатель с постоянными магнитами (СДПМ) представляет собой синхронный двигатель переменного тока, возбуждение поля которого обеспечивается постоянными магнитами. Синхронные двигатели с постоянными магнитами очень эффективны, бесщеточные, очень быстрые, безопасные и обеспечивают высокие динамические характеристики.

Синхронный двигатель

Конструкция синхронного двигателя: передняя часть конструкции синхронного двигателя состоит из статора, являющегося неподвижной частью, и ротора, являющегося вращающейся частью.Статор состоит из сердечника и пазов для удержания обмотки якоря аналогично синхронному генератору. Обмотка якоря изолируется лаком или бумагой.

Принцип работы. Принцип работы синхронного генератора такой же, как у генератора постоянного тока. Он использует закон электромагнитной индукции Фарадея. Этот закон гласит, что когда поток тока индуцируется внутри проводника в магнитном поле, тогда будет относительное движение проводника, а также магнитного поля.

Принцип работы синхронного конденсатора: Поскольку синхронный конденсатор представляет собой синхронный двигатель, его принцип работы будет таким же, как у синхронного двигателя. Синхронный двигатель работает по принципу ЭДС движения, то есть проводник стремится вращаться под действием магнитного поля.

Синхронный реактивный двигатель представляет собой электромеханическое устройство преобразования энергии, которое преобразует электрическую энергию в механическую. В отличие от двигателя постоянного тока, который работает по закону силы Лоренца, синхронный реактивный двигатель работает по принципу переменного сопротивления.Главной характеристикой этого двигателя является то, что он работает на синхронной скорости.

Принцип схематически показан на рис.1. Таким образом, чтобы иметь условие магнитной блокировки, должны существовать два разных полюса, и магнитные оси двух должны быть сдвинуты очень близко друг к другу. Давайте посмотрим на применение этого принципа в случае синхронного двигателя. Рассмотрим трехфазный синхронный двигатель, статор которого намотан на 2 полюса.

Принцип работы синхронного двигателя

Принцип работы этого двигателя почти такой же, как у синхронного двигателя, за исключением внешнего возбудителя.Эти двигатели, также называемые асинхронными двигателями, работают по принципу электромагнитной индукции, при этом ротор в этом двигателе не получает электроэнергии за счет проводимости, как в случае двигателей постоянного тока.

Знаете ли вы, что синхронные двигатели работают по уникальной теории работы, отличной от обычных двигателей? Прочтите здесь, чтобы узнать о принципе его работы и процедурах запуска. Также известно применение этих двигателей в различных областях. Оцените сравнение между обычным асинхронным двигателем и синхронным двигателем.Прочтите, чтобы узнать о пульсациях/рысканиях этих двигателей.

Конструкция, принцип работы и особенности синхронного реактивного двигателя 24.07.2019. Щеточный двигатель постоянного тока. Конструкция, типы, принцип работы и основные параметры коллекторного двигателя постоянного тока 11.07.2019. Однофазный асинхронный двигатель. Типы однофазных асинхронных электродвигателей, их конструкция и принцип действия.

Синхронный двигатель 1 Опишите основной принцип Chegg Com. Почему синхронный двигатель не запускается самостоятельно.Строительная машина с синхронным двигателем на постоянных магнитах. Принцип работы синхронного двигателя My Tech Info. Анализ синхронной машины в режимах ее работы. Конструкция синхронного генератора и принцип работы.

Типы, конструкция и принцип работы синхронного генератора или генератора переменного тока. 1. Типы генераторов. Генераторы переменного тока или синхронные генераторы можно классифицировать по-разному в зависимости от их применения и конструкции. По назначению эти машины классифицируются как- 1.Автомобильный тип — используется в современном автомобиле. 2.

Принцип работы синхронного двигателя

Принцип работы синхронного двигателя

. Электрический двигатель в целом представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует энергию из электрической области в механическую. В зависимости от типа входа мы классифицировали его на однофазные и трехфазные двигатели. Среди трехфазных двигателей более широко используются асинхронные и синхронные двигатели.

Принцип работы синхронного двигателя с постоянными магнитами (PMSM): Принцип работы синхронного двигателя с постоянными магнитами такой же, как у синхронного двигателя.При питании трехфазной обмотки статора от трехфазной сети в воздушном зазоре создается вращающееся магнитное поле.

Принцип работы синхронного двигателя Работа синхронных двигателей заключается в том, что ротор следует за вращающимся магнитным полем статора и вращается со скоростью, приближающейся к нему. Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока, а обмотка статора возбуждается источником переменного тока. Рис. 6 – Принцип работы синхронного двигателя.

Синхронный двигатель и асинхронный двигатель являются наиболее широко используемыми типами двигателей переменного тока.Конструкция синхронного двигателя аналогична генератору переменного тока (генератору переменного тока). Одна и та же синхронная машина может использоваться как синхронный двигатель или как генератор переменного тока. Синхронные двигатели доступны в широком диапазоне, как правило, мощностью от 150 кВт до 15 МВт со скоростью от 150 до 1800 об/мин.

Применение гистерезисного двигателя. Здесь объясняются основные области применения гистерезисного двигателя. Он используется в электрических часах. Используется при чтении игроков. Используется в телетайпах; Он используется в устройствах, связанных со временем.Это подробно о гистерезисном двигателе, если у вас есть дополнительные вопросы, задавайте их в комментариях. Спасибо за чтение, хорошего дня.

Принцип работы синхронного двигателя

Асинхронные двигатели переменного тока и синхронные насосы с постоянными магнитами. Различия между асинхронными и синхронными двигателями. Синхронные и синхронные двигатели. Применение и принцип работы. Введение в асинхронный двигатель. Инженерные знания. Что люди ищут в этом блоге: Синхронный двигатель против индукции Pdf

Принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: когда сбалансированное трехфазное питание подается на обмотки статора, это создает вращающийся поток с постоянной величиной и скоростью.Вращающееся магнитное поле проходит через воздушный зазор (между статором и ротором) и разрезает неподвижные токопроводящие стержни ротора.

Принцип работы синхронного двигателя: скорость, с которой вращается вращающееся магнитное поле, называется синхронной скоростью. Синхронная скорость двигателя N зависит от частоты f питания и числа полюсов P двигателя. Nₛ = 120f/P f = частота сети в Гц P = количество полюсов N = синхронная скорость в об/мин

Синхронные двигатели.Как упоминалось ранее, напряжение постоянного тока подается на обмотку возбуждения синхронного двигателя, а питание переменного тока подается на статор для создания крутящего момента. Крутящий момент создается из-за стремления ротора выровняться с магнитным полем, создаваемым статором.

Принцип работы синхронного двигателя с постоянными магнитами — Особенности. Упомянутый двигатель с постоянными магнитами может быть установлен как единое целое на валу колеса, образуя интегральную систему прямого привода, т.е. один вал является приводным узлом, что устраняет необходимость в коробке передач.Основные характеристики синхронного двигателя с постоянными магнитами заключаются в следующем.

Конструкция и принцип работы синхронного двигателя

10 СИНХРОННЫЕ, БЕСЩЕТОЧНЫЕ И РЕМОНТНЫЕ ПРИВОДЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 340 Введение 340 Синхронные двигатели 341 Двигатели с возбужденным ротором 343 Эквивалентная схема синхронного двигателя с возбужденным ротором 344 Векторная диаграмма и управление коэффициентом мощности 347 Пуск 349 Синхронные двигатели с постоянными магнитами 350 Гистерезисные двигатели 351 Реактивные двигатели 351 351

Принцип работы синхронного двигателя.В основе его работы лежит необходимое взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор размещен в роторе. Для мощных двигателей используют электрические полюса, а для слабых — постоянные.

Принцип работы генератора переменного тока или синхронного генератора. Генератор, работающий на синхронной скорости и генерирующий трехфазное напряжение, называется трехфазным синхронным генератором или генератором переменного тока.Подобно генератору постоянного тока, генератор или генератор переменного тока работает по тому же принципу, то есть по закону электромагнитной индукции Фарадея.

Следовательно, синхронный двигатель с перевозбуждением, работающий на холостом ходу, называется синхронным конденсатором или синхронным конденсатором. Это свойство, благодаря которому синхронный двигатель используется в качестве фазовращателя или устройства для улучшения коэффициента мощности. мы можем использовать синхронный двигатель с перевозбуждением, чтобы улучшить низкий коэффициент мощности энергосистемы.

Принцип работы синхронного двигателя с постоянными магнитами (PMSM): Принцип работы синхронного двигателя с постоянными магнитами такой же, как у синхронного двигателя.При питании трехфазной обмотки статора от трехфазной сети в воздушном зазоре создается вращающееся магнитное поле. При синхронной скорости полюса ротора замыкаются на

.

Применение синхронных двигателей

Демпферная обмотка представляет собой типичное расположение проводящих стержней в клетке, подобное стержням ротора асинхронного двигателя и демпферным стержням, используемым во многих других типах синхронных машин. Это не обязательно для всех приложений синхронных машин с постоянными магнитами, но встречается в большинстве машин, используемых в силовых приложениях.

Электродвигатель. Электродвигатель. Синхронные двигатели. Синхронный двигатель — это двигатель, в котором ротор обычно вращается с той же скоростью, что и вращающееся поле в машине. Статор подобен асинхронной машине и состоит из цилиндрического железного каркаса с обмотками, обычно трехфазными, расположенными в пазах по внутренней периферии.

Реактивный двигатель запускается как асинхронный двигатель. Когда ротор вращается с максимальной скоростью, он выравнивается с синхронным магнитным полем статора из-за реактивного момента.Угол между полюсами статора и полюсами ротора противоположной полярности называется углом крутящего момента. По мере того, как угол крутящего момента увеличивается, крутящий момент сопротивления также увеличивается.

Принцип работы линейного асинхронного двигателя. При возбуждении первичной обмотки ЛАД сбалансированным трехфазным источником питания поток начинает распространяться по всей длине первичной обмотки. Это линейно бегущее магнитное поле эквивалентно вращающемуся магнитному полю в статоре трехфазного асинхронного двигателя или синхронного двигателя.

1. Принцип работы. Синхронные двигатели: Синхронные двигатели в основном работают от трехфазного питания. В таких двигателях статор вращается со стабильной скоростью, определяемой частотой переменного тока, и отвечает за генерацию тока возбуждения. Ротор подключен к нагрузке и вращается с той же скоростью, что и ток статора.

Что такое синхронный двигатель

мотор

. ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ Линейный синхронный двигатель является развитием соответствующего вращающегося двигателя, и его принцип работы подобен обычному вращающемуся двигателю.По сравнению с линейным асинхронным двигателем, линейный синхронный двигатель имеет большую движущую силу, лучшие характеристики управления и точность позиционирования.

Двигатель с экранированными полюсами представляет собой однофазный асинхронный двигатель с явно выраженными полюсами, расщепленной фазой и короткозамкнутым ротором, снабженный одной или несколькими вспомогательными короткозамкнутыми обмотками статора, расположенными в магнитном положении относительно основной обмотки. Рис. 1 показана базовая конструкция двухполюсного асинхронного двигателя с экранированными полюсами. Он состоит из статора и клетки-ротора.

Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель представляет собой электродвигатель переменного тока, в котором электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора. Таким образом, асинхронный двигатель может быть изготовлен без электрических соединений с ротором. Ротор асинхронного двигателя может быть как с обмоткой, так и с короткозамкнутым ротором.

Обладая такими преимуществами, как почти постоянная мощность в широком диапазоне скоростей и конструкция с удерживанием магнита, двигатели IPM представляют собой хорошее решение для таких приложений, как тяговые двигатели и станки.Давайте посмотрим поближе. В простейшем случае роторный двигатель состоит из ротора и статора, один из которых неподвижен, а другой совершает работу.

Родственные

Где используется синхронный двигатель?

Вопрос задан: Элеонора Шамбергер
Оценка: 4,4/5 (46 голосов)

Синхронные двигатели обычно используются в приложениях, в которых требуется постоянная и точная скорость. Типичным применением этих маломощных двигателей являются позиционеры.Они также используются в приводах роботов. Синхронные двигатели также используются в шаровых мельницах , часах, проигрывателях и вертушках .

Где мы используем синхронные двигатели?

Большинство синхронных двигателей с дробным числом лошадиных сил используются там, где требуется точная постоянная скорость . Эти машины обычно используются в аналоговых электрических часах, таймерах и других устройствах, где требуется точное время. В более мощных промышленных размерах синхронный двигатель выполняет две важные функции.

Где используются большие синхронные двигатели?

Синхронные двигатели часто используются на крупных установках для привода центрального воздушного компрессора . Большой синхронный двигатель можно использовать для управления коэффициентом мощности всей установки, компенсируя отстающий коэффициент мощности большого количества средних и малых асинхронных двигателей.

Где используется асинхронный двигатель?

Асинхронные двигатели переменного тока

являются наиболее распространенными электродвигателями в мире.Эти простые, надежные и экономичные двигатели используются в холодильниках , стиральных машинах и печах , а также в конвейерах, насосах, намоточных машинах, аэродинамических трубах и другом промышленном оборудовании.

Каковы применения синхронного генератора?

Синхронные генераторы обычно используются для ветряных турбин с регулируемой скоростью из-за их низких синхронных скоростей вращения, которые производят напряжение на частоте сети. Синхронные генераторы могут быть подходящим выбором для работы ветряных турбин с переменной скоростью [166,167].

33 связанных вопроса найдено

Каковы преимущества синхронного двигателя?

Преимуществами синхронного двигателя являются простота регулирования коэффициента мощности и постоянная скорость вращения машины независимо от приложенной нагрузки. Синхронные двигатели, однако, как правило, дороже и имеют постоянный ток. питание является необходимой функцией возбуждения ротора.

Какие существуют два типа синхронных генераторов?

Типы синхронных машин

  • Гидрогенераторы: Генераторы, приводимые в действие гидравлическими турбинами, называются гидрогенераторами.Они работают на более низких скоростях менее 1000 об/мин.
  • Турбогенераторы: это генераторы, приводимые в действие паровыми турбинами. …
  • Генераторы с приводом от двигателя: они приводятся в действие двигателями внутреннего сгорания.

Какие существуют два типа асинхронных двигателей?

Однофазные асинхронные двигатели и трехфазные асинхронные двигатели являются двумя основными типами асинхронных двигателей. Как следует из их названий, однофазный асинхронный двигатель подключается к 1-фазному источнику питания переменного тока, а трехфазный асинхронный двигатель — к 3-фазному источнику питания переменного тока.

Какие 3 вещи необходимы для работы асинхронного двигателя?

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных компонентов, а именно статора и ротора . В этом двигателе неподвижной частью является статор, а вращающейся частью — ротор. В этом двигателе нагрузка подключена к валу. Поверх статора может быть намотана трехфазная обмотка якоря.

Каков принцип работы синхронного двигателя?

Принцип работы синхронного двигателя можно понять, рассмотрев обмотки статора, которые должны быть подключены к трехфазному источнику переменного тока .Действие тока статора заключается в создании магнитного поля, вращающегося со скоростью 120 f/p оборотов в минуту для частоты f герц и p полюсов.

Каковы основные характеристики синхронных двигателей?

Основные характеристики синхронных двигателей

  • Синхронные двигатели по своей природе не являются самозапускающимися. …
  • Скорость работы синхронизирована с частотой сети, и, следовательно, при постоянной частоте сети они ведут себя как двигатель с постоянной скоростью, независимо от условий нагрузки.

Как остановить синхронный двигатель?

Для торможения синхронного двигателя используются следующие методы:

  1. Регенеративное торможение при работе от источника переменного тока.
  2. Реостатное торможение.
  3. Затык.

Каковы преимущества синхронного двигателя в реальных условиях?

Преимущества | Применение синхронного двигателя

  • Работает с постоянной скоростью (синхронная скорость)….
  • Это не самозапуск по своей сути.
  • На холостом ходу потребляет от сети очень небольшой ток, чтобы компенсировать внутренние потери двигателя.

Почему двигатель называется синхронным?

Определение: двигатель, работающий на синхронной скорости, называется синхронным двигателем. Синхронная скорость – это постоянная скорость, при которой двигатель создает электродвижущую силу.Синхронный двигатель используется для преобразования электрической энергии в механическую энергию .

Как запускается синхронный двигатель?

Запуск синхронного двигателя с асинхронным двигателем с контактными кольцами

Сначала двигатель запускается как асинхронный двигатель с контактными кольцами. … Когда достигает скорости, близкой к синхронной, на ротор подается возбуждение постоянного тока, и он приводится в синхронизм .Затем он начинает вращаться как синхронный двигатель.

Имеют ли синхронные двигатели скольжение?

Синхронный двигатель — это машина, у которой скорость вращения ротора и скорость магнитного поля статора равны. Асинхронный двигатель – это машина, ротор которой вращается со скоростью меньше синхронной. … Синхронный двигатель не имеет скольжения . Значение скольжения равно нулю.

В чем разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем?

Коэффициент мощности синхронного двигателя можно настроить на с отставанием, единицей или опережением с помощью , изменяя возбуждение, тогда как асинхронный двигатель всегда работает с отстающим коэффициентом мощности.Синхронные двигатели, как правило, более эффективны, чем асинхронные двигатели. Синхронные двигатели дороже.

Почему в асинхронных двигателях используются пускатели?

Трехфазные асинхронные двигатели самозапускаются благодаря вращающемуся магнитному полю . Но двигатели имеют тенденцию потреблять очень большой ток во время запуска. … Следовательно, должно быть устройство, которое могло бы ограничить такой высокий пусковой ток.Такое устройство, ограничивающее высокий пусковой ток, называется стартером.

Что такое скорость синхронного двигателя?

Синхронная скорость двигателя переменного тока определяется частотой источника и числом полюсов . Число оборотов в минуту рассчитывается путем умножения частоты на 60 и деления на количество пар полюсов. … Некоторые двигатели предназначены для работы на синхронной скорости.

Какой тип двигателя используется более чем на 5 л.с.?

Пускатель звезда-треугольник используется с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором мощностью до 5 л.с.

Какие существуют типы асинхронных двигателей?

Существует три основных типа малых асинхронных двигателей: однофазные двухфазные, однофазные с расщепленными полюсами и многофазные . В двухполюсных однофазных двигателях крутящий момент достигает нуля при 100% скольжении (нулевая скорость), поэтому для обеспечения пускового крутящего момента требуются изменения статора, такие как экранированные полюса.

Каков принцип работы синхронного генератора?

Синхронный генератор Принцип работы

Принцип работы синхронного генератора электромагнитная индукция .Если существует относительное движение между потоком и проводниками, то в проводниках индуцируется ЭДС.

Сколько существует типов синхронных машин?

Этот тип синхронного двигателя подразделяется на три категории и доступен в трех исполнениях, каждое из которых имеет уникальные характеристики: Синхронные двигатели с гистерезисом. Реактивные синхронные двигатели. Синхронные двигатели с постоянными магнитами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.