Moteur synchrone: principe de fonctionnement, appareil, fonction

Les moteurs électriques synchrones (SM) ne sont pas aussi courants que les moteurs à induction à cage d'écureuil. Mais ils sont utilisés là où un couple important est nécessaire et en cours de fonctionnement, fréquents surcharge. En outre, ce type de moteur est utilisé lorsqu'une puissance élevée est nécessaire pour entraîner des mécanismes, en raison de la haute facteur de puissance et la capacité d'améliorer le facteur de puissance du réseau, ce qui réduira considérablement les coûts énergétiques et la charge sur lignes. Qu'est-ce qu'un moteur synchrone, où est-il utilisé et quels sont ses avantages et inconvénients que nous examinerons dans cet article.

Définition et principe d'action

En termes simples, un moteur électrique est appelé synchrone, dans lequel la vitesse de rotation du rotor (arbre) coïncide avec la vitesse de rotation du champ magnétique du stator.

Considérons brièvement le principe de fonctionnement d'un tel moteur électrique - il est basé sur l'interaction d'un moteur en rotation champ magnétique du stator, qui est généralement créé par un courant alternatif triphasé et un champ magnétique constant rotor.

Le champ magnétique constant du rotor est créé par l'enroulement d'excitation ou les aimants permanents. Le courant dans les enroulements du stator crée un champ magnétique tournant pendant le fonctionnement du rotor est un aimant permanent, ses pôles se précipitent vers les pôles opposés du champ magnétique champs de stator. En conséquence, le rotor tourne de manière synchrone avec le champ du stator, ce qui est sa principale caractéristique.

Rappelez-vous que pour moteur asynchrone la vitesse de rotation du stator MF et la vitesse de rotation du rotor diffèrent par la quantité de glissement, et sa caractéristique mécanique "en bosse" avec un pic au glissement critique (inférieur à sa vitesse nominale rotation).

La vitesse à laquelle le champ magnétique du stator tourne peut être calculée à l'aide de l'équation suivante :

N = 60f / p

f est la fréquence du courant dans l'enroulement, Hz, p est le nombre de paires de pôles.

En conséquence, la même formule détermine la vitesse de rotation de l'arbre d'un moteur synchrone.

La plupart des moteurs à courant alternatif utilisés dans la production sont conçus sans aimants permanents et avec enroulement de champ, tandis que les moteurs synchrones à courant alternatif de faible puissance sont fabriqués avec des aimants permanents sur rotor.

Le courant vers l'enroulement de champ est fourni par les anneaux et l'ensemble de balais. Contrairement à un moteur à collecteur, où une bobine rotative est utilisée pour transmettre le courant collecteur (un ensemble de plaques espacées longitudinalement), sur les anneaux synchrones sont installés à travers l'une des extrémités stator.

La source actuelle de courant d'excitation constant est constituée d'excitateurs à thyristors, souvent appelés "VTE" (d'après le nom de l'une des séries de tels dispositifs de production domestique). Auparavant, le système d'excitation "générateur-moteur" était utilisé, lorsqu'un générateur (alias excitateur) était installé sur le même arbre avec le moteur, qui par résistances courant fourni à l'enroulement d'excitation.

Le rotor de presque tous les moteurs synchrones à courant continu est réalisé sans enroulement d'excitation et avec des aimants permanents, bien qu'ils soient similaires dans le principe de fonctionnement sur les LED AC, mais dans la manière de les connecter et de les contrôler, elles sont très différentes du triphasé classique Machines.

L'une des principales caractéristiques d'un moteur électrique est sa caractéristique mécanique. Pour les moteurs électriques synchrones, elle est proche d'une ligne droite horizontale. Cela signifie que la charge sur l'arbre n'affecte pas sa vitesse (jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur critique).

Ceci est obtenu précisément grâce à l'excitation CC, donc le moteur synchrone est excellent maintient une vitesse constante sous des charges changeantes, des surcharges et des creux de tension (jusqu'à un certain limite).

Ci-dessous vous voyez une légende sur le schéma d'une machine synchrone.

Conception du rotor

Comme tout autre, un moteur électrique synchrone comporte deux parties principales :

• Stator. Il y a des enroulements dedans. On l'appelle aussi ancre.
• Rotor. Des aimants permanents ou un enroulement d'excitation y sont installés. Il est également appelé inducteur en raison de son objectif - créer un champ magnétique).

Pour alimenter en courant l'enroulement d'excitation, 2 anneaux sont installés sur le rotor (depuis l'excitation en courant continu, l'un d'eux est alimenté par "+", et l'autre par "-"). Les balais sont fixés au porte-balais.

Les rotors pour moteurs synchrones à courant alternatif sont de deux types, selon le but :

1. Pôle explicite. Les pôles (bobines) sont clairement visibles. Utilisé à basse vitesse et un grand nombre de pôles.
2. Implicite - ressemble à un flan rond, dans la fente sur laquelle les fils de bobinage sont posés. Ils sont utilisés à des vitesses de rotation élevées (3000, 1500 tr/min) et un petit nombre de pôles.

Démarrage du moteur synchrone

La particularité de ce type de voiture électrique est qu'elle ne peut pas être simplement branchée sur le réseau et attendre qu'elle démarre. De plus, pour le fonctionnement de la LED, non seulement une source de courant d'excitation est nécessaire, mais elle possède également un circuit de démarrage assez complexe.

Le démarrage se produit comme dans un moteur à induction, et pour créer un couple de démarrage, en plus de l'enroulement d'excitation, un enroulement supplémentaire en court-circuit "cage d'écureuil" est également placé sur le rotor. On l'appelle aussi l'enroulement « d'amortissement » car il augmente la stabilité lors de surcharges soudaines.

Il n'y a pas de courant d'excitation dans l'enroulement du rotor au démarrage et lorsqu'il accélère à une vitesse subsynchrone (3-5% de moins synchrone), le courant d'excitation est fourni, après quoi lui et le courant du stator oscillent, le moteur entre en synchronisme et passe à En mode travail.

Pour limiter les courants de démarrage des machines puissantes, la tension aux bornes des enroulements du stator est parfois réduite en connectant un autotransformateur ou des résistances en série.

Alors que la machine synchrone est démarrée en mode asynchrone, des résistances sont connectées à l'enroulement d'excitation, dont la résistance dépasse de 5 à 10 fois la résistance de l'enroulement lui-même. Ceci est nécessaire pour que le flux magnétique pulsé apparaissant sous l'action des courants induits dans l'enroulement lors du démarrage ne ralentisse pas l'accélération, et également pour ne pas endommager les enroulements en raison de la CEM qui y est induite.

Vues

Il existe de nombreux types de telles machines, la conception d'un moteur électrique synchrone à courant alternatif avec des enroulements de champ, comme le plus courant en production, a été décrite ci-dessus. Il existe également d'autres types, tels que:

• Moteurs synchrones à aimants permanents. Il s'agit de divers moteurs électriques, tels que PMSM - moteur synchrone à aimant permanent, BLDC - Brushless Direct Current et autres. Les différences entre eux résident dans la méthode de contrôle et la forme du courant (sinusoïdale ou trapézoïdale). On les appelle aussi moteurs brushless ou brushless. Utilisé dans les machines-outils, les modèles radiocommandés, les outils électriques, etc. Ils ne fonctionnent pas directement à partir de courant continu, mais via un convertisseur spécial.
• Les moteurs pas à pas sont des moteurs synchrones sans balais, dans lesquels le rotor tient précisément une position donnée, ils sont utilisés pour le positionnement outil de travail dans les machines CNC et pour contrôler divers éléments des systèmes automatiques (par exemple, la position du papillon des gaz dans auto). Ils se composent d'un stator, dans ce cas, les enroulements de champ sont situés dessus, et d'un rotor, qui est en matériau magnétique doux ou magnétique dur. Structurellement, ils sont très similaires aux types précédents.
• Réactif.
• Hystérèse.
• Hystérésis réactive.

Les trois derniers types de LED n'ont pas non plus de balais, ils fonctionnent grâce à la conception spéciale du rotor. Les SM réactifs ont trois conceptions: un rotor à stratification croisée, un rotor à pôles prononcés et un rotor à stratification axiale. L'explication du principe de leur travail est assez compliquée et prendra beaucoup de temps, nous allons donc l'omettre. Dans la pratique, vous êtes susceptible de voir de tels moteurs électriques rarement. Il s'agit principalement de machines de faible puissance utilisées en automatisation.

Champ d'application

Les moteurs synchrones sont plus chers que les moteurs asynchrones, et ils nécessitent également une source supplémentaire excitation en courant continu - cela réduit en partie la largeur du champ d'application de ce type d'électricité Machines. Cependant, les moteurs électriques synchrones sont utilisés pour entraîner des mécanismes où des surcharges sont possibles et où le maintien précis d'une vitesse stable est requis.

De plus, ils sont le plus souvent utilisés dans le domaine de la haute puissance - des centaines de kilowatts et des unités de mégawatt, et, en même temps, le démarrage et l'arrêt se produisent assez rarement, c'est-à-dire que les machines fonctionnent 24 heures sur 24 pendant longtemps temps. Cette application est due au fait que les machines synchrones fonctionnent avec un cosphi proche de 1, et peuvent produire des réactifs puissance dans le réseau, ce qui améliore le facteur de puissance du réseau et diminue sa consommation, ce qui est important pour entreprises.

Avantages et inconvénients

En termes simples, toute voiture électrique a ses avantages et ses inconvénients. Les aspects positifs d'un moteur synchrone sont :

1. Fonctionnement avec cosPhi = 1, en raison de l'excitation en courant continu, respectivement, ils ne consomment pas de puissance réactive du réseau.
2. Pendant le fonctionnement, avec surexcitation, la puissance réactive est transférée au réseau, améliorant le facteur de puissance du réseau, la chute de tension et les pertes dans celui-ci, et le KM des générateurs dans les centrales électriques augmente.
3. Le couple maximum développé sur l'arbre du SD est proportionnel à U, et pour l'IM - U² (dépendance quadratique de la tension). Cela signifie que la LED a une bonne capacité de charge et une bonne stabilité de fonctionnement, qui sont préservées lors d'une chute de tension dans le réseau.
4. En conséquence de tout cela, la vitesse de rotation est stable lors des surcharges et des creux, dans les limites de la capacité de surcharge, notamment lorsque le courant d'excitation est augmenté.

Cependant, un inconvénient important d'un moteur synchrone est que sa conception est plus compliquée que celle d'un moteur à induction avec un rotor en court-circuit; une excitatrice est nécessaire, sans laquelle il ne peut pas fonctionner. Tout cela entraîne des coûts plus élevés par rapport aux machines asynchrones et des complexités de maintenance et d'exploitation.

C'est peut-être là que s'arrêtent les avantages et les inconvénients des moteurs électriques synchrones. Dans cet article, nous avons essayé de résumer les informations générales sur les moteurs synchrones. Si vous avez quelque chose à ajouter au matériel, écrivez dans les commentaires.

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