Motor sinkron: prinsip operasi, perangkat, tujuan

Motor listrik sinkron (SM) tidak biasa seperti motor induksi sangkar tupai. Tetapi mereka digunakan di mana torsi besar dibutuhkan dan sering kelebihan muatan. Juga, jenis mesin ini digunakan di mana daya tinggi diperlukan untuk menggerakkan mekanisme, karena tingginya faktor daya dan kemampuan untuk meningkatkan faktor daya jaringan, yang secara signifikan akan mengurangi biaya energi dan beban garis. Apa itu motor sinkron, di mana digunakan dan apa kelebihan dan kekurangannya, kami akan pertimbangkan dalam artikel ini.

Definisi dan prinsip tindakan

Secara sederhana, motor listrik disebut motor sinkron, di mana kecepatan putaran rotor (poros) bertepatan dengan kecepatan putaran medan magnet stator.

Mari kita pertimbangkan secara singkat prinsip pengoperasian motor listrik semacam itu - ini didasarkan pada interaksi putaran medan magnet stator, yang biasanya dibuat oleh arus bolak-balik tiga fase dan medan magnet konstan rotor.

Medan magnet konstan rotor dibuat oleh belitan eksitasi atau magnet permanen. Arus pada belitan stator menciptakan medan magnet yang berputar, saat rotor sedang beroperasi adalah magnet permanen, kutubnya bergegas ke kutub magnet yang berlawanan bidang stator. Akibatnya, rotor berputar serempak dengan medan stator, yang merupakan fitur utamanya.

Ingat itu untuk motor asinkron kecepatan putaran stator MF dan kecepatan putaran rotor berbeda dengan besarnya slip, dan karakteristik mekanis "punuk" dengan puncak pada slip kritis (di bawah kecepatan pengenalnya rotasi).

Kecepatan putaran medan magnet stator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

N = 60f / p

f adalah frekuensi arus dalam belitan, Hz, p adalah jumlah pasangan kutub.

Dengan demikian, rumus yang sama menentukan kecepatan putaran poros motor sinkron.

Sebagian besar motor AC yang digunakan dalam produksi dirancang tanpa magnet permanen, dan dengan belitan medan, sedangkan motor sinkron AC berdaya rendah dibuat dengan magnet permanen menyala rotor.

Arus ke belitan medan disuplai oleh cincin dan rakitan sikat. Tidak seperti motor kolektor, di mana kumparan berputar digunakan untuk mentransmisikan arus kolektor (satu set pelat yang disusun secara longitudinal), pada cincin sinkron dipasang di salah satu ujungnya stator.

Sumber arus eksitasi konstan saat ini adalah thyristor exciters, sering disebut "VTE" (setelah nama salah satu rangkaian perangkat produksi dalam negeri tersebut). Sebelumnya, sistem eksitasi "generator-motor" digunakan, ketika generator (alias exciter) dipasang pada poros yang sama dengan mesin, yang melalui resistor mengalirkan arus ke belitan eksitasi.

Rotor dari hampir semua motor DC sinkron dilakukan tanpa belitan eksitasi, dan dengan magnet permanen, meskipun serupa dalam prinsip operasi pada LED AC, tetapi dalam cara menghubungkan dan mengendalikannya, mereka sangat berbeda dari tiga fase klasik mesin.

Salah satu ciri utama motor listrik adalah sifat mekaniknya. Untuk motor listrik sinkron, dekat dengan garis horizontal lurus. Ini berarti bahwa beban pada poros tidak mempengaruhi kecepatannya (sampai mencapai beberapa nilai kritis).

Ini dicapai justru karena eksitasi DC, oleh karena itu motor sinkron sangat baik mempertahankan kecepatan konstan di bawah perubahan beban, kelebihan beban, dan penurunan tegangan (hingga batas tertentu) membatasi).

Di bawah ini Anda melihat legenda pada diagram mesin sinkron.

Desain rotor

Seperti yang lain, motor listrik sinkron memiliki dua bagian utama:

• stator. Ada gulungan di dalamnya. Itu juga disebut jangkar.
• Rotor. Magnet permanen atau belitan eksitasi dipasang di atasnya. Ini juga disebut induktor karena tujuannya - untuk menciptakan medan magnet).

Untuk memasok arus ke belitan eksitasi, 2 cincin dipasang pada rotor (karena eksitasi dengan arus searah, salah satunya disuplai dengan "+", dan yang lainnya dengan "-"). Kuas melekat pada pemegang sikat.

Rotor untuk motor sinkron AC terdiri dari dua jenis, tergantung pada tujuannya:

1. Kutub eksplisit. Kutub (kumparan) terlihat jelas. Digunakan pada kecepatan rendah dan jumlah tiang yang banyak.
2. Implisit - terlihat seperti kosong bundar, di slot tempat kabel berliku diletakkan. Mereka digunakan pada putaran kecepatan tinggi (3000, 1500 rpm) dan sejumlah kecil kutub.

Start motor sinkron

Keunikan mobil listrik jenis ini adalah tidak bisa begitu saja dicolokkan ke jaringan dan menunggu sampai menyala. Selain itu, untuk pengoperasian LED, tidak hanya diperlukan sumber arus eksitasi, tetapi juga memiliki rangkaian awal yang agak rumit.

Start-up terjadi seperti pada motor induksi, dan untuk menciptakan torsi awal, selain belitan eksitasi, "kandang tupai" belitan hubung singkat tambahan juga ditempatkan pada rotor. Ini juga disebut belitan "redaman" karena meningkatkan stabilitas selama kelebihan beban yang tiba-tiba.

Tidak ada arus eksitasi pada belitan rotor saat start-up, dan ketika berakselerasi ke kecepatan subsinkron (3-5% lebih sedikit sinkron), arus eksitasi disuplai, setelah itu dan arus stator berosilasi, motor memasuki sinkronisme dan pergi ke Mode kerja.

Untuk membatasi arus awal mesin yang kuat, tegangan pada terminal belitan stator kadang-kadang dikurangi dengan menghubungkan autotransformer atau resistor secara seri.

Saat mesin sinkron dinyalakan dalam mode asinkron, resistor dihubungkan ke belitan eksitasi, yang resistansinya melebihi resistansi belitan itu sendiri sebanyak 5 hingga 10 kali. Ini diperlukan agar fluks magnet berdenyut yang timbul di bawah aksi arus yang diinduksi dalam belitan selama start-up tidak memperlambat akselerasi, dan juga agar tidak merusak belitan karena EMF yang diinduksi di dalamnya.

Tampilan

Ada banyak jenis mesin seperti itu, desain motor listrik sinkron arus bolak-balik dengan belitan medan, seperti yang paling umum dalam produksi, dijelaskan di atas. Ada juga jenis lainnya, seperti:

• Motor sinkron magnet permanen. Ini adalah berbagai motor listrik, seperti PMSM - motor sinkron magnet permanen, BLDC - Arus Langsung Brushless dan lain-lain. Perbedaan antara keduanya terletak pada metode kontrol dan bentuk arus (sinusoidal atau trapesium). Mereka juga disebut motor brushless atau brushless. Digunakan dalam peralatan mesin, model yang dikendalikan radio, peralatan listrik, dll. Mereka tidak bekerja langsung dari arus searah, tetapi melalui konverter khusus.
• Motor stepper adalah motor brushless sinkron, di mana rotor secara tepat memegang posisi tertentu, mereka digunakan untuk penentuan posisi alat kerja di mesin CNC dan untuk mengendalikan berbagai elemen sistem otomatis (misalnya, posisi katup throttle di mobil). Mereka terdiri dari stator, dalam hal ini, gulungan medan terletak di atasnya, dan rotor, yang terbuat dari bahan magnet lunak atau magnet keras. Secara struktural, mereka sangat mirip dengan tipe sebelumnya.
• Reaktif.
• Histerisis.
• Histeresis reaktif.

Tiga jenis LED terakhir juga tidak memiliki sikat, mereka bekerja karena desain khusus rotor. SM reaktif memiliki tiga desain: rotor laminasi silang, rotor dengan kutub yang jelas, dan rotor laminasi aksial. Penjelasan tentang prinsip kerja mereka agak rumit dan akan memakan banyak waktu, jadi kami akan menghilangkannya. Dalam praktiknya, Anda mungkin jarang melihat motor listrik seperti itu. Ini terutama mesin berdaya rendah yang digunakan dalam otomatisasi.

Lingkup aplikasi

Motor sinkron lebih mahal daripada motor asinkron, dan mereka juga membutuhkan sumber tambahan eksitasi arus searah - ini sebagian mengurangi lebar bidang aplikasi jenis listrik ini mesin. Namun, motor listrik sinkron digunakan untuk menggerakkan mekanisme di mana kemungkinan kelebihan beban dan pemeliharaan kecepatan stabil yang tepat diperlukan.

Selain itu, mereka paling sering digunakan di bidang daya tinggi - ratusan kilowatt dan unit megawatt, dan, pada saat yang sama, mulai dan berhenti sangat jarang terjadi, yaitu, mesin bekerja sepanjang waktu untuk waktu yang lama waktu. Aplikasi ini disebabkan oleh fakta bahwa mesin sinkron beroperasi dengan cosphi mendekati 1, dan dapat menghasilkan reaktif daya ke jaringan, akibatnya faktor daya jaringan ditingkatkan dan konsumsinya berkurang, yang penting untuk perusahaan.

Keuntungan dan kerugian

Secara sederhana, setiap mobil listrik memiliki pro dan kontra. Aspek positif dari motor sinkron adalah:

1. Operasi dengan cosPhi = 1, karena eksitasi arus searah, masing-masing, mereka tidak mengkonsumsi daya reaktif dari jaringan.
2. Selama operasi, dengan eksitasi berlebih, daya reaktif ditransfer ke jaringan, meningkatkan faktor daya jaringan, penurunan tegangan dan kerugian di dalamnya, dan KM generator di pembangkit listrik meningkat.
3. Torsi maksimum yang dikembangkan pada poros SD sebanding dengan U, dan untuk IM - U² (ketergantungan kuadrat pada tegangan). Ini berarti bahwa LED memiliki kapasitas beban yang baik dan stabilitas operasi, yang dipertahankan selama penurunan tegangan di jaringan.
4. Sebagai konsekuensi dari semua ini, kecepatan rotasi stabil selama kelebihan beban dan penurunan, dalam batas kapasitas kelebihan beban, terutama ketika arus eksitasi ditingkatkan.

Namun, kerugian yang signifikan dari motor sinkron adalah bahwa desainnya lebih rumit daripada motor induksi dengan rotor hubung singkat; diperlukan exciter, yang tanpanya tidak dapat bekerja. Semua ini mengarah pada biaya yang lebih tinggi dibandingkan dengan mesin asinkron dan kerumitan dalam pemeliharaan dan pengoperasian.

Mungkin di sinilah kelebihan dan kekurangan motor listrik sinkron berakhir. Pada artikel ini, kami telah mencoba merangkum informasi umum tentang motor sinkron. Jika Anda memiliki sesuatu untuk ditambahkan ke materi - tulis di komentar.

Bahan terkait:

• Apa itu rotor dan stator?
• Bagaimana listrik ditransmisikan melalui jarak tanpa kabel
• Apa itu konverter frekuensi