Synkronmotor: funktionsprincip, enhed, formål

Synkrone elektriske motorer (SM) er ikke så almindelige som induktionsmotorer med egernbur. Men de bruges, hvor der er behov for et stort drejningsmoment og hyppigt under drift overbelaste. Også denne type motor bruges, hvor der kræves høj effekt til at drive mekanismer, på grund af den høje effektfaktor og evnen til at forbedre netværkets effektfaktor, hvilket vil reducere energiomkostningerne og belastningen markant linjer. Hvad er en synkronmotor, hvor bruges den, og hvad er dens fordele og ulemper, vi vil overveje i denne artikel.

Definition og handlingsprincip

Enkelt sagt kaldes en elektrisk motor synkron, hvor rotationshastigheden af ​​rotoren (akslen) falder sammen med rotationshastigheden af ​​statorens magnetfelt.

Lad os kort overveje princippet om drift af en sådan elektrisk motor - den er baseret på samspillet mellem en roterende statormagnetisk felt, som normalt skabes af trefaset vekselstrøm og konstant magnetfelt rotor.

Rotorens konstante magnetfelt skabes af excitationsviklingen eller permanente magneter. Strømmen i statorviklingerne skaber et roterende magnetfelt, mens rotoren er i drift er en permanent magnet, dens poler skynder sig til de modsatte poler af magneten stator felter. Som et resultat roterer rotoren synkront med statorfeltet, hvilket er dets hovedtræk.

Husk det for asynkron motor rotationshastigheden af ​​statoren MF og rotorens rotationshastighed er forskellige med mængden af ​​slip, og dens mekanisk karakteristik "puklet" med en top ved kritisk slip (under dens nominelle hastighed rotation).

Hastigheden, hvormed statorens magnetfelt roterer, kan beregnes ved hjælp af følgende ligning:

N = 60f/p

f er frekvensen af ​​strømmen i viklingen, Hz, p er antallet af polpar.

Følgelig bestemmer den samme formel rotationshastigheden af ​​akslen på en synkronmotor.

De fleste af de vekselstrømsmotorer, der anvendes i produktionen, er designet uden permanente magneter, og med feltvikling, mens laveffekt AC synkronmotorer er lavet med permanente magneter på rotor.

Strømmen til feltviklingen leveres af ringene og børstesamlingen. I modsætning til en kollektormotor, hvor en roterende spole bruges til at overføre strøm opsamler (et sæt af langsgående adskilte plader), på de synkrone ringe er installeret på tværs af en af ​​enderne stator.

Den nuværende kilde til konstant excitationsstrøm er tyristor exciters, ofte kaldet "VTE" (efter navnet på en af ​​rækken af ​​sådanne enheder af indenlandsk produktion). Tidligere brugte man "generator-motor" excitationssystemet, hvor en generator (alias exciter) blev installeret på samme aksel med motoren, som gennem modstande tilført strøm til excitationsviklingen.

Rotoren på næsten alle synkrone jævnstrømsmotorer udføres uden en excitationsvikling og med permanente magneter, selvom de ligner hinanden i princippet om drift på AC LED'er, men i måden at forbinde og styre dem på er de meget forskellige fra de klassiske trefasede maskiner.

En af de vigtigste egenskaber ved en elektrisk motor er dens mekaniske egenskaber. For synkrone elektriske motorer er det tæt på en lige vandret linje. Det betyder, at belastningen på akslen ikke påvirker dens hastighed (indtil den når en kritisk værdi).

Dette opnås netop på grund af DC-excitationen, derfor er synkronmotoren fremragende opretholder konstant hastighed under skiftende belastninger, overbelastninger og spændingsfald (op til en vis begrænse).

Nedenfor ser du en forklaring på diagrammet for en synkronmaskine.

Rotor design

Som enhver anden har en synkron elektrisk motor to hoveddele:

• Stator. Der er viklinger i den. Det kaldes også et anker.
• Rotor. Permanente magneter eller en excitationsvikling er installeret på den. Det kaldes også en induktor på grund af dens formål - at skabe et magnetfelt).

For at levere strøm til excitationsviklingen er 2 ringe installeret på rotoren (da excitation med jævnstrøm er den ene forsynet med "+", og den anden med "-"). Børsterne er fastgjort til børsteholderen.

Rotorer til AC synkronmotorer er af to typer, afhængigt af formålet:

1. Eksplicit pol. Polerne (spolerne) er tydeligt synlige. Anvendes ved lave hastigheder og et stort antal stænger.
2. Implicit - ligner et rundt emne, i spalten, hvorpå viklingstrådene er lagt. De bruges ved høje rotationshastigheder (3000, 1500 rpm) og et lille antal stænger.

Synkron motorstart

Det særlige ved denne type elbil er, at den ikke bare kan tilsluttes netværket og vente på, at den starter. Derudover er der ikke kun brug for en excitationsstrømkilde til driften af ​​LED'en, den har også et ret komplekst startkredsløb.

Opstart sker som i en induktionsmotor, og for at skabe et startmoment er der udover excitationsviklingen også placeret et ekstra kortsluttet viklings "egernbur" på rotoren. Det kaldes også den "dæmpende" vikling, fordi det øger stabiliteten ved pludselige overbelastninger.

Der er ingen excitationsstrøm i rotorviklingen ved opstart, og når den accelererer til subsynkron hastighed (3-5 % mindre synkron), tilføres excitationsstrømmen, hvorefter den og statorstrømmen svinger, motoren går i synkronisme og går til Arbejdstilstand.

For at begrænse startstrømmene af kraftige maskiner reduceres spændingen ved statorviklingernes terminaler nogle gange ved at forbinde en autotransformer eller modstande i serie.

Mens den synkrone maskine startes i asynkron tilstand, er modstande forbundet til excitationsviklingen, hvis modstand overstiger modstanden af ​​selve viklingen med 5 til 10 gange. Dette er nødvendigt, så den pulserende magnetiske flux, der opstår under påvirkningen af ​​de strømme, der induceres i viklingen under opstart, ikke bremser accelerationen, og også for ikke at beskadige viklingerne på grund af EMF induceret i den.

Visninger

Der er mange typer af sådanne maskiner, designet af en vekselstrømssynkron elektrisk motor med feltviklinger, som den mest almindelige i produktionen, blev beskrevet ovenfor. Der er også andre typer, såsom:

• Permanent magnet synkronmotorer. Det drejer sig om forskellige elektriske motorer, såsom PMSM - permanent magnet synkronmotor, BLDC - Brushless Direct Current og andre. Forskellene mellem dem er i kontrolmetoden og strømmens form (sinusformet eller trapezformet). De kaldes også børsteløse eller børsteløse motorer. Anvendes i værktøjsmaskiner, radiostyrede modeller, elværktøj mv. De virker ikke direkte fra jævnstrøm, men gennem en speciel konverter.
• Stepmotorer er synkrone børsteløse motorer, hvor rotoren præcist holder en given position, de bruges til positionering arbejdsværktøj i CNC-maskiner og til styring af forskellige elementer i automatiske systemer (f.eks. positionen af ​​spjældventilen i bil). De består af en stator, i dette tilfælde er feltviklingerne placeret på den, og en rotor, som er lavet af blødt magnetisk eller hårdt magnetisk materiale. Strukturelt minder de meget om de tidligere typer.
• Reaktiv.
• Hysterese.
• Reaktiv hysterese.

De sidste tre typer LED'er har heller ikke børster, de virker på grund af rotorens specielle design. Reaktive SM'er har tre designs: en krydslamineret rotor, en rotor med udtalte poler og en aksial-lamineret rotor. Forklaringen af ​​princippet om deres arbejde er ret kompliceret og vil tage meget, så vi vil udelade det. I praksis vil du sandsynligvis se sådanne elektriske motorer sjældent. Det er hovedsageligt maskiner med lav effekt, der bruges i automatisering.

Anvendelsesområde

Synkronmotorer er dyrere end asynkronmotorer, og de kræver også en ekstra kilde jævnstrøm excitation - dette reducerer delvist bredden af ​​anvendelsesområdet for denne type elektrisk maskiner. Synkrone elektriske motorer bruges dog til at drive mekanismer, hvor overbelastning er mulig, og præcis vedligeholdelse af stabil hastighed er påkrævet.

Desuden bruges de oftest inden for høj effekt - hundredvis af kilowatt og enheder på megawatt, og, samtidig forekommer start og stop ret sjældent, det vil sige, at maskinerne arbejder døgnet rundt i lang tid tid. Denne applikation skyldes det faktum, at synkronmaskiner opererer med cosphi tæt på 1, og kan producere reaktive strøm ind i netværket, som et resultat af hvilket netværkets effektfaktor forbedres og dets forbrug reduceres, hvilket er vigtigt for virksomheder.

Fordele og ulemper

Enkelt sagt har enhver elbil sine fordele og ulemper. De positive aspekter ved en synkronmotor er:

1. Drift med cosPhi = 1, på grund af henholdsvis jævnstrøms excitation, forbruger de ikke reaktiv effekt fra netværket.
2. Under drift, med overexcitation, overføres reaktiv effekt til netværket, hvilket forbedrer netværkets effektfaktor, spændingsfald og tab i det, og KM for generatorer i kraftværker stiger.
3. Det maksimale drejningsmoment udviklet på SD-akslen er proportional med U og for IM - U² (kvadratisk afhængighed af spænding). Det betyder, at LED'en har en god belastningskapacitet og driftsstabilitet, som bevares under et spændingsfald i netværket.
4. Som en konsekvens af alt dette er omdrejningshastigheden stabil under overbelastninger og fald inden for grænserne af overbelastningskapaciteten, især når excitationsstrømmen øges.

Men en væsentlig ulempe ved en synkronmotor er, at dens design er mere kompliceret end en induktionsmotor med en kortslutningsrotor; der er behov for en exciter, uden hvilken den ikke kan fungere. Alt dette fører til højere omkostninger sammenlignet med asynkrone maskiner og kompleksitet i vedligeholdelse og drift.

Måske er det her fordele og ulemper ved synkrone elektriske motorer slutter. I denne artikel har vi forsøgt at opsummere den generelle information om synkronmotorer. Hvis du har noget at tilføje til materialet - skriv i kommentarerne.

Relaterede materialer:

• Hvad er rotor og stator
• Hvordan elektricitet overføres over afstande uden ledninger
• Hvad er en frekvensomformer