Synkroninen moottori: toimintaperiaate, laite, tarkoitus

Synkroniset sähkömoottorit (SM) eivät ole yhtä yleisiä kuin oikosulkumoottorit. Mutta niitä käytetään siellä, missä tarvitaan suurta vääntömomenttia ja usein ylikuormitus. Tämän tyyppistä moottoria käytetään myös silloin, kun mekanismien ohjaamiseen tarvitaan suurta tehoa korkean moottorin vuoksi tehokerroin ja kyky parantaa verkon tehokerrointa, mikä vähentää merkittävästi energiakustannuksia ja kuormitusta rivit. Mikä on synkroninen moottori, missä sitä käytetään ja mitkä ovat sen edut ja haitat, joita tarkastelemme tässä artikkelissa.

Määritelmä ja toimintaperiaate

Yksinkertaisesti sanottuna sähkömoottoria kutsutaan synkroniseksi moottoriksi, jossa roottorin (akselin) pyörimisnopeus on sama kuin staattorin magneettikentän pyörimisnopeus.

Tarkastellaan lyhyesti tällaisen sähkömoottorin toimintaperiaatetta - se perustuu pyörivän vuorovaikutukseen staattorin magneettikenttä, joka syntyy yleensä kolmivaiheisella vaihtovirralla ja vakiomagneettikentällä roottori.

Roottorin vakiomagneettikenttä luodaan herätekäämillä tai kestomagneeteilla. Staattorin käämien virta muodostaa pyörivän magneettikentän roottorin ollessa toiminnassa on kestomagneetti, sen navat ryntäävät magneettisen vastakkaisiin napoihin staattorikentät. Tämän seurauksena roottori pyörii synkronisesti staattorikentän kanssa, mikä on sen pääominaisuus.

Muista se asynkroninen moottori staattorin pyörimisnopeus MF ja roottorin pyörimisnopeus eroavat luiston määrästä ja sen mekaaninen ominaisuus "kumppanee" huippupisteellä kriittisellä luistolla (alle nimellisnopeuden kierto).

Nopeus, jolla staattorin magneettikenttä pyörii, voidaan laskea seuraavan yhtälön avulla:

N = 60f/p

f on käämin virran taajuus, Hz, p on napaparien lukumäärä.

Vastaavasti sama kaava määrittää synkronisen moottorin akselin pyörimisnopeuden.

Suurin osa tuotannossa käytetyistä AC-moottoreista on suunniteltu ilman kestomagneetteja ja niiden kanssa kenttäkäämitys, kun taas pienitehoiset synkroniset AC-moottorit valmistetaan kestomagneeteilla roottori.

Kenttäkäämityksen virta syötetään renkaista ja harjakokoonpanosta. Toisin kuin kollektorimoottori, jossa pyörivää kelaa käytetään virran siirtämiseen keräin (sarja pitkittäin järjestettyjä levyjä), synkronisiin renkaisiin on asennettu toisen pään yli staattori.

Nykyinen jatkuvan viritysvirran lähde on tyristorivirittimet, joita usein kutsutaan "VTE"ksi (yhden kotimaisen tuotannon tällaisten laitteiden sarjan nimen mukaan). Aikaisemmin käytettiin "generaattori-moottori" herätejärjestelmää, kun moottorin kanssa samalle akselille asennettiin generaattori (alias exciter), joka vastukset syötti virtaa virityskäämiin.

Lähes kaikkien synkronisten tasavirtamoottorien roottori suoritetaan ilman virityskäämiä ja kestomagneeteilla, vaikka ne ovat samanlaisia AC-LED-valojen toimintaperiaate, mutta niiden liittämisessä ja ohjauksessa ne eroavat suuresti klassisista kolmivaiheisista koneita.

Yksi sähkömoottorin pääominaisuuksista on sen mekaaniset ominaisuudet. Synkronisissa sähkömoottoreissa se on lähellä suoraa vaakaviivaa. Tämä tarkoittaa, että akseliin kohdistuva kuormitus ei vaikuta sen nopeuteen (kunnes se saavuttaa jonkin kriittisen arvon).

Tämä saavutetaan juuri DC-virityksen ansiosta, joten synkroninen moottori on erinomainen ylläpitää vakionopeutta muuttuvien kuormien, ylikuormituksen ja jännitehäviöiden aikana (tiettyyn raja).

Alla näet selitteen synkronisen koneen kaaviosta.

Roottorin suunnittelu

Kuten kaikki muutkin, synkronisessa sähkömoottorissa on kaksi pääosaa:

• Staattori. Siinä on käämiä. Sitä kutsutaan myös ankkuriksi.
• Roottori. Siihen on asennettu kestomagneetit tai virityskäämi. Sitä kutsutaan myös induktoriksi sen tarkoituksen vuoksi - luoda magneettikenttä).

Virran syöttämiseksi virityskäämiin on asennettu roottoriin 2 rengasta (tasavirralla tapahtuvan virityksen vuoksi yksi niistä on syötetty "+" ja toinen "-"). Harjat on kiinnitetty harjan pidikkeeseen.

Vaihtovirtasynkronimoottoreiden roottorit ovat kahdenlaisia ​​käyttötarkoituksesta riippuen:

1. Selkeä napa. Napat (kelat) ovat selvästi näkyvissä. Käytetään pienillä nopeuksilla ja suurella määrällä pylväitä.
2. Implisiittinen - näyttää pyöreältä aihiolta, urassa, johon käämilangat asetetaan. Niitä käytetään suurilla pyörimisnopeuksilla (3000, 1500 rpm) ja pienellä määrällä napoja.

Synkroninen moottorin käynnistys

Tämän tyyppisen sähköauton erikoisuus on, että sitä ei voi yksinkertaisesti kytkeä verkkoon ja odottaa sen käynnistymistä. Lisäksi LEDin toimintaa varten ei tarvita vain viritysvirtalähdettä, vaan sillä on myös melko monimutkainen käynnistyspiiri.

Käynnistys tapahtuu kuten oikosulkumoottorissa, ja käynnistysmomentin luomiseksi on herätekäämin lisäksi roottoriin sijoitettu ylimääräinen oikosuljettu käämitys "oravahäkki". Sitä kutsutaan myös "vaimennuskäämiksi", koska se lisää vakautta äkillisten ylikuormituksen aikana.

Roottorin käämissä ei ole viritysvirtaa käynnistyksen yhteydessä ja kun se kiihtyy subsynkroniseen nopeuteen (3-5 % vähemmän synkroninen), viritysvirta syötetään, minkä jälkeen se ja staattorivirta värähtelevät, moottori siirtyy synkronointiin ja menee Työtila.

Tehokkaiden koneiden käynnistysvirtojen rajoittamiseksi staattorikäämien napojen jännitettä pienennetään joskus kytkemällä automuuntaja tai vastukset sarjaan.

Kun synkroninen kone käynnistetään asynkronisessa tilassa, herätekäämiin kytketään vastukset, joiden vastus ylittää itse käämin resistanssin 5-10 kertaa. Tämä on välttämätöntä, jotta käämiin käynnistyksen aikana indusoituneiden virtojen vaikutuksesta syntyvät sykkivä magneettivuo ei hidasta kiihtyvyyttä, eikä myöskään vahingoita käämiä siihen indusoidun EMF: n vuoksi.

Näkymät

Tällaisia ​​koneita on monenlaisia, kenttäkäämityksellä varustetun vaihtovirtasynkronisen sähkömoottorin suunnittelu, joka on yleisin tuotannossa, kuvattiin edellä. On myös muita tyyppejä, kuten:

• Kestomagneettisynkroniset moottorit. Nämä ovat erilaisia ​​sähkömoottoreita, kuten PMSM - kestomagneettisynkroninen moottori, BLDC - Brushless Direct Current ja muut. Erot niiden välillä ovat ohjaustavassa ja virran muodossa (sini- tai puolisuunnikkaan muotoinen). Niitä kutsutaan myös harjattomiksi tai harjattomiksi moottoreiksi. Käytetään työstökoneissa, radio-ohjatuissa malleissa, sähkötyökaluissa jne. Ne eivät toimi suoraan tasavirrasta, vaan erityisen muuntimen kautta.
• Askelmoottorit ovat synkronisia harjattomia moottoreita, joissa roottori pitää tarkasti tietyn asennon, niitä käytetään asemointiin työväline CNC-koneissa ja automaattisten järjestelmien eri elementtien ohjaamiseen (esim. kuristusventtiilin asento auto). Ne koostuvat staattorista, tässä tapauksessa kenttäkäämit sijaitsevat siinä, ja roottorista, joka on valmistettu pehmeästä magneettisesta tai kovasta magneettisesta materiaalista. Rakenteellisesti ne ovat hyvin samankaltaisia ​​kuin edelliset tyypit.
• Reaktiivinen.
• Hystereesi.
• Reaktiivinen hystereesi.

Kolmessa viimeisessä LED-tyypissä ei myöskään ole harjoja, ne toimivat roottorin erityisrakenteen ansiosta. Reaktiivisilla SM: illä on kolme mallia: ristikkäin laminoitu roottori, roottori, jossa on korostetut navat, ja aksiaalilaminoitu roottori. Heidän työnsä periaatteen selitys on melko monimutkainen ja vie paljon, joten jätämme sen pois. Käytännössä näet todennäköisesti tällaisia ​​sähkömoottoreita harvoin. Nämä ovat pääasiassa automaatiossa käytettäviä pienitehoisia koneita.

Soveltamisala

Synkroniset moottorit ovat kalliimpia kuin asynkroniset moottorit, ja ne vaativat myös lisälähteen tasavirtaherätys - tämä osittain pienentää tämäntyyppisten sähkölaitteiden käyttöalueen leveyttä koneita. Synkronisia sähkömoottoreita käytetään kuitenkin mekanismeissa, joissa ylikuormitukset ovat mahdollisia ja vaaditaan tarkkaa vakaan nopeuden ylläpitoa.

Lisäksi niitä käytetään useimmiten suuren tehon alalla - satoja kilowatteja ja megawattiyksiköitä, ja, samalla käynnistystä ja pysähtymistä tapahtuu melko harvoin, eli koneet toimivat vuorokauden ympäri pitkään aika. Tämä sovellus johtuu siitä, että synkroniset koneet toimivat cosphin kanssa lähellä yhtä ja voivat tuottaa reaktiivisia virtaa verkkoon, jonka seurauksena verkon tehokerroin paranee ja sen kulutus pienenee, mikä on tärkeää yrityksille.

Hyödyt ja haitat

Yksinkertaisesti sanottuna kaikilla sähköautoilla on hyvät ja huonot puolensa. Synkronisen moottorin positiivisia puolia ovat:

1. Toiminta cosPhi = 1:llä, vastaavasti tasavirtaherätyksen vuoksi, ne eivät kuluta loistehoa verkosta.
2. Käytön aikana verkkoon siirretään ylivirityksellä loistehoa, mikä parantaa verkon tehokerrointa, jännitteen pudotusta ja häviöitä sekä voimalaitosten generaattoreiden KM kasvaa.
3. SD: n akselille kehittynyt suurin vääntömomentti on verrannollinen U: han ja IM - U²: iin (neliöllinen riippuvuus jännitteestä). Tämä tarkoittaa, että LEDillä on hyvä kuormituskyky ja toiminnan vakaus, jotka säilyvät verkon jännitehäviön aikana.
4. Kaiken tämän seurauksena pyörimisnopeus on vakaa ylikuormituksen ja laskujen aikana, ylikuormituskapasiteetin rajoissa, erityisesti viritysvirtaa kasvatettaessa.

Synkronisen moottorin merkittävä haitta on kuitenkin se, että sen rakenne on monimutkaisempi kuin oikosulkuroottorin oikosulkumoottorin, tarvitaan viritin, jota ilman se ei voi toimia. Kaikki tämä johtaa korkeampiin kustannuksiin verrattuna asynkronisiin koneisiin ja monimutkaisuuteen ylläpidossa ja käytössä.

Ehkä tähän synkronisten sähkömoottoreiden edut ja haitat päättyvät. Tässä artikkelissa olemme yrittäneet tehdä yhteenvedon synkronimoottoreiden yleisistä tiedoista. Jos sinulla on jotain lisättävää materiaaliin - kirjoita kommentteihin.

Aiheeseen liittyvät materiaalit:

• Mikä on roottori ja staattori
• Kuinka sähköä siirretään etäisyyksillä ilman johtoja
• Mikä on taajuusmuuttaja